Жир, сахар, мусор: все странные виды топлива, которыми могут заправлять самолеты к 2050 году

В прошлом году самолет впервые перелетел через Атлантику, заправленный жиром и сахаром , что позволило заглянуть в будущее авиационной отрасли. Когда-нибудь самолеты перестанут сжигать нефть — они будут летать на постоянной диете, состоящей из жиров, крахмала, сахара, мусора, травы и фекалий определенного штамма бактерий, обнаруженных в кишках кроликов и других экзотических источников топлива.

По крайней мере, таковы планы таких авиакомпаний, как American, Delta и United, которые поставили перед собой амбициозные цели по сведению к нулю выбросов углекислого газа к 2050 году.

Самолеты, на долю которых приходится 2 процента мировых выбросов углекислого газа, значительно отстают от автомобилей и электростанций в переходе от ископаемого топлива. Это потому, что сложно спроектировать достаточно легкую и мощную батарею, обеспечивающую электричеством коммерческий самолет.

Поэтому на данный момент наиболее реалистичный способ сократить выбросы в авиационной отрасли — заставить самолеты сжигать экологически чистое авиационное топливо (SAF). Проблема в том, что SAF недостаточно для удовлетворения потребностей авиационной отрасли. В прошлом году Соединенные Штаты произвели экологически чистого топлива, которое покрыло менее 0,2 процента потребления авиакомпаниями.

Администрация Байдена поставила цель довести это число до 100 процентов к 2050 году. Чтобы достичь этого, нефтеперерабатывающим предприятиям придется освоить новые, а иногда и странные способы производства реактивного топлива.

Каждый из этих новых источников топлива имеет свой собственный набор компромиссов: для разработки некоторых потребуются годы исследований, у других низкие потолки роста, а некоторые могут создать свои собственные экологические проблемы. «Диапазон действительно широк», — сказал Никита Павленко, возглавляющий группу по топливу в некоммерческом Международном совете по чистому транспорту.

Но сокращение выбросов углекислого газа от самолетов будет зависеть от борьбы со всеми этими потенциальными источниками топлива, поскольку ни один из них не может удовлетворить весь спрос на авиационное топливо в одиночку.

Вот некоторые из новых продуктов, которые нефтеперерабатывающие заводы могут превратить в авиационное топливо в ближайшие годы для достижения климатических целей авиационной отрасли.

Жир

Почти все экологичное авиационное топливо до сих пор производится из той или иной формы жира, включая использованное кулинарное масло, растительное масло и животный жир. Нефтеперерабатывающие заводы перерабатывают молекулы жира в керосин, который может гореть в реактивных двигателях.

Топливо на основе жиров относительно дешево и, поскольку оно производится из отходов, производит мало выбросов углекислого газа. Но этого недостаточно, чтобы удовлетворить потребность авиационной отрасли в топливе. По словам Павленко, США и Европа уже используют почти все внутренние запасы использованного кулинарного масла и импортируют дополнительные жировые отходы из Азии для производства биотоплива для самолетов, автомобилей и грузовиков.

«Мы застряли в объемах, которые уже производим», — сказал он. «Люди не будут жарить больше еды в ответ на политику использования биотоплива».

Кукуруза и сахар

Следующий набор экологически чистого реактивного топлива, которое появится на рынке США, может быть изготовлен из таких культур, как кукуруза и сахарный тростник. Переработчики топлива уже ферментируют крахмал и сахар этих культур в этанол, который они смешивают с бензином и дизельным топливом для легковых и грузовых автомобилей.

Теперь нефтеперерабатывающие компании строят заводы, которые смогут перерабатывать этанол в топливо для реактивных двигателей. Например, стартап по производству альтернативного топлива под названием LanzaJet на прошлой неделе открыл первый в мире завод, который может перерабатывать спирт в топливо для реактивных двигателей. Этот завод будет производить топливо для реактивных двигателей, используя этанол, полученный из американской кукурузы, бразильского сахарного тростника и фабричного дыма, ферментированного бактериями в спирт.

Недостаток заключается в том, что топливо, изготовленное из продовольственных культур, вероятно, не будет таким же экологичным, как топливо, изготовленное из отходов. Сельскохозяйственные земли ограничены, и их расширение для выращивания большего количества культур для производства биотоплива может привести к плохим экологическим последствиям, таким как избыточное использование воды и вырубка лесов, что приводит к выбросу большего количества углерода в атмосферу.

По данным Института мировых ресурсов , чтобы удовлетворить всю потребность авиационной отрасли США в топливе кукурузным этанолом, стране придется выращивать 114 миллионов акров кукурузы — больше площади Калифорнии.

«Если вы просто производите огромные объемы этанола для удовлетворения потребностей авиационной промышленности… вы можете столкнуться с ситуацией, когда вы делаете один шаг вперед и два шага назад», — сказал Марк Браунштейн, возглавляющий отдел энергетического перехода. команда некоммерческого Фонда защиты окружающей среды.

Вот почему европейские правила не считают большинство видов биотоплива, произведенного из продовольственных культур, «экологичными», а авиационное топливо, изготовленное из кукурузного этанола, также не может претендовать на налоговые льготы по определениям США – хотя регулирующие органы США меняют эти стандарты.

Мусор и трава

Двумя крупнейшими источниками топлива для реактивных двигателей в будущем могут стать мусор и трава.

В качестве альтернативы этанолу из кукурузы или сахарного тростника производители также разрабатывают способы производства топлива для реактивных двигателей из «целлюлозных покровных культур» — категории травянистых растений, которые часто выращивают на фермах в промежутках между регулярными вегетативными сезонами, чтобы сохранить почву здоровой. Поскольку они растут в межсезонье, эти растения не будут конкурировать с продовольственными культурами за сельскохозяйственные угодья, поэтому они будут более устойчивыми.

Некоторые компании также перерабатывают мусор в топливо для реактивных двигателей, в том числе нефтеперерабатывающий завод Fulcrum Bioenergy, который в 2022 году открыл завод по переработке топлива в окрестностях Рино, штат Невада. Но не из всего мусора можно получить хорошее топливо. Производителям приходится отделять полезные материалы, в том числе бумагу, текстиль и упаковочные материалы, от остального мусора. Завод Fulcrum в Рено отправляет около половины принимаемого мусора на свалки или заводы по переработке отходов.

«Вы можете столкнуться со многими препятствиями, если на фабрику поступает действительно разнородный, смешанный набор вещей, — сказал Павленко, — а мусор, к сожалению, чрезвычайно варьируется от партии к партии».

Другие формы отходов более постоянны. Заводы по переработке топлива также могут производить топливо из сельскохозяйственных отходов, в том числе стеблей, листьев и несобранных продуктов, оставшихся в поле после сбора урожая, или шелухи, оставшейся после пищевой переработки. Ветви и кора, оставшиеся от лесозаготовок, а также опилки и древесная щепа от лесопилок также могут быть превращены в топливо.

Производство авиакеросина таким способом обходится дорого, и компаний, продающих этот вид топлива, не так много. «Это все еще относительно нишевая технология, которая тестируется в научных кругах, поэтому она не готова к использованию в прайм-тайм», — сказал Хартей Сингх, эксперт по экологически чистому авиационному топливу в Институте Роки Маунтин, аналитическом центре экологически чистой энергетики.

Но по мере того, как исследователи совершенствуют этот процесс, это топливо может стать дешевле и заполнить больше топливных баков самолетов.

Водород

Однажды компании смогут производить топливо для реактивных двигателей, используя лишь воздух, воду и чистую электроэнергию. Ключевым ингредиентом этого типа топлива является зеленый водород, который производится путем расщепления молекул воды на водород и кислород. Если это электричество поступает из экологически чистых источников, таких как энергия ветра или солнца, оно производит почти нулевые выбросы. Нефтеперерабатывающие заводы могли бы объединить водород с углеродом, улавливаемым из воздуха, для производства топлива для реактивных двигателей.

«Поскольку эти вещи теоретически безграничны, они очень, очень масштабируемы, но, вероятно, довольно дороги в краткосрочной перспективе и более технологически далеки», — сказал Павленко.

По прогнозам SkyNRG, производителя экологически чистого авиационного топлива, производители, вероятно, не будут производить много реактивного топлива из водорода до 2030-х годов. Но как только производство начнет наращиваться, оно может быстро стать одним из крупнейших источников экологически чистого топлива.

Если все эти виды топлива появятся в сети относительно быстро, SkyNRG прогнозирует, что они смогут удовлетворить текущий спрос на авиационное топливо в США к 2050 году, но только если спрос на полеты останется неизменным. Если авиационная отрасль продолжит расти нынешними темпами, экологически чистые виды топлива, возможно, не смогут догнать ее.

Источник: https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2024/02/02/sustainable-aviation-fuel-future/