Исследователи стремятся расширить поставки чистого авиационного топлива за счет увеличения его производства из сельскохозяйственных источников.
Профессор Дэвид Кьярамонти смотрит вниз на землю, чтобы помочь решить проблему в небе: выбросы углекислого газа (CO 2 ) и других загрязняющих веществ самолетами.
Эксперт в области энергетических систем и производства электроэнергии из Политехнического университета Турина в Италии, Кьярамонти хочет, чтобы земля была неиспользуемой, маргинальной и деградированной, для производства чистого топлива для самолетов.
Богатые нефтью растения
Топливо будет поступать из масличных растений, таких как Camelina sativa, произрастающих в Европе и Центральной Азии, и заменит керосин, ископаемое топливо, которое традиционно используется в самолетах. Керосин ухудшает изменение климата, выделяя в атмосферу CO 2 и оксиды азота.
Кьярамонти возглавил исследовательский проект, целью которого было увеличение поставок единственного доступного в настоящее время типа экологически чистого авиационного топлива: гидроочищенных эфиров и жирных кислот, известных под общим названием HEFA. Проект под названием BIO4A завершился в середине 2023 года, спустя пять лет.
HEFA — это биотопливо, изготовленное в основном из использованного кулинарного масла и животного жира, оставшегося при производстве мяса — источников, которые в лучшем случае могут удовлетворить 2% потребностей авиации в топливе. Кьярамонти считает, что рыжик, который также известен как рыжик и растет в таких странах, как Италия и Испания, может помочь преодолеть это узкое место, не нанося вреда культурам, выращиваемым в пищу.
«Мы сосредоточились на очень бедных почвах — на очень засушливых и засушливых землях, потерянных для производства продуктов питания, но которые можно восстановить», — сказал он.
В результате рыжик открывает перспективы увеличения общего количества HEFA и решения проблемы деградации почвы , от которой страдают многие страны, особенно в Средиземноморском регионе, в результате изменения климата и интенсивного сельского хозяйства.
«Самая большая проблема в области экологически чистого авиационного топлива сегодня — это поиск экологически чистых липидов», — сказал Кьярамонти, который также является президентом итальянской исследовательской организации в области возобновляемых источников энергии под названием RE-CORD. «Мы исследовали, как производить устойчивые липиды на маргинальных, деградированных землях».
Заоблачные выбросы
Выбросы CO 2 в мировой авиационной отрасли в последние десятилетия росли быстрее, чем в автомобильном, железнодорожном и морском секторах. На долю авиации в настоящее время приходится 2–3% мировых выбросов CO 2 .
Более того, в отличие от автомобильного и железнодорожного транспорта, электричество еще не стало альтернативой для авиации в целом, поскольку аккумуляторные технологии в настоящее время могут питать только легкие самолеты, такие как дроны.
Это усиливает внимание к экологичному авиационному топливу, также известному как SAF.
В октябре 2023 года национальные правительства ЕС одобрили закон , который потребует от поставщиков авиационного топлива в Европе обеспечить долю рынка SAF не менее 2% в 2025 году, 6% в 2030 году и 70% в 2050 году.
Закон является частью крупного пакета европейского законодательства, который лежит в основе цели ЕС по сокращению выбросов парниковых газов на 55% в 2030 году по сравнению с уровнями 1990 года. Цель сокращения выбросов на 55% является более амбициозной, чем предыдущий план ЕС по сокращению выбросов на 40% за этот период.
Традиционный успех
HEFA имеет химическую структуру, аналогичную ископаемому топливу , что упрощает задачу его пригодности для реактивных двигателей.
Даже когда они тестировали неиспользуемую землю для производства HEFA из рыжика, исследователи BIO4A усовершенствовали традиционные методы производства.
В проекте использовался нефтеперерабатывающий завод, который производит HEFA из отходов кулинарного масла и животного жира, оставшегося от производства мяса, в полном промышленном масштабе.
Такой фокус объясняет участие в проекте двух крупнейших европейских нефтяных компаний: французской Total и итальянской Eni.
«Мы произвели 1000 [метрических] тонн HEFA из остаточной нефти, что на данный момент было самым большим объемом, когда-либо произведенным промышленным способом в Европе в рамках исследовательской программы ЕС», — сказал Кьярамонти.
Севооборот
Вернувшись на неиспользуемую землю, команда стремилась показать, что производство HEFA из таких растений, как рыжик, можно производить, одновременно поддерживая выращивание сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания и кормов.
Идея сосредоточена на использовании компоста, а также биоугля, который производится из растительной и животной биомассы, улучшает качество почвы и способствует углеродной нейтральности или даже углеродной отрицательности.
Исследователи полагают, что выращивание энергетических культур может помочь фермерам улучшить качество маргинальной почвы, чтобы биотопливо и производство продуктов питания могли сосуществовать, а не конкурировать.
По словам Кьярамонти, энергетические рынки могли бы платить фермерам за восстановление качества почвы с помощью компоста и биоугля.
«Тогда в один год почва сможет давать энергетические культуры, такие как рыжик, а в следующем — ячмень», — сказал он.
Растительные остатки будут компостироваться и/или превращаться в биоуголь путем нагревания при высоких температурах и возвращаться в почву. Это не только улучшит здоровье почвы, но и зафиксирует углерод, что еще больше уменьшит воздействие получаемого авиатоплива на окружающую среду.
«Мы продемонстрировали, что биотопливо может быть углеродоотрицательным», — сказал Кьярамонти. «Это революционный результат».
Исследователи проверили свой подход на участках деградированной земли недалеко от испанской столицы Мадрида и в итальянском регионе Тоскана.
Они экспериментировали с различными методами восстановления почвы и поочередно выращивали ячмень и рыжик, который лучше других энергетических культур переносит засуху и ранее использовался для производства реактивного топлива на основе HEFA.
Параллельные шаги
Хотя деградированные земли могут увеличить запасы HEFA, многие исследователи считают, что экологически чистое авиационное топливо в любом случае придется производить также из более распространенных ресурсов, таких как отходы биомассы, которые не богаты нефтью.
Это намного сложнее, чем получение HEFA из маслянистой биомассы, и эту задачу решает другой исследовательский проект.
Проект под названием HIGFLY продлится четыре года до конца 2024 года и будет осуществляться Технологическим университетом Эйндховена в Нидерландах.
По словам доктора Фернанды Нейры Д’Анджело, главного исследователя HIGFLY, эксперта в области химический инженер в голландском университете.
Этот тип материала называется лигноцеллюлозной биомассой.
По словам Д’Анджело, превращение вещества на основе сахара в энергетически насыщенное масло, которое могло бы позволить самолетам взлетать, включает несколько этапов.
«Этот процесс требует гораздо больше энергии и технологических операций, чем превращение маслянистой биомассы в авиационное топливо HEFA», — сказала она.
Исследователи стремятся максимизировать эффективность на каждом этапе, чтобы большая часть биомассы и энергии, используемых в процессе, оставалась в получаемом топливе.
Они перерабатывают биомассу в циклические органические молекулы, называемые фуранами, а затем объединяют их для производства масел, которые в дальнейшем можно перерабатывать в топливо. Команда намерена протестировать первые образцы своего реактивного топлива на основе биомассы в лабораториях в течение нескольких месяцев.
Хотя результаты проекта являются многообещающими, потребуются годы, чтобы такое топливо на основе биомассы стало использоваться в самолетах, поскольку сертификация новых видов топлива и вывод новых технологий на рынок требуют времени, по словам Д’Анджело.
«В зависимости от результатов, которые мы получим в этом проекте, мы сможем оценить возможные улучшения состава топлива, а также шаги, необходимые для его коммерциализации», — сказала она.
Вопросы о стоимости
Помимо поиска достаточного количества материала для производства реактивного топлива на растительной основе, его разработка сталкивается со значительным экономическим препятствием: стоимостью.
Реактивное топливо на основе HEFA в настоящее время стоит как минимум в два раза дороже, чем его ископаемое топливо. А цена топлива из отходов биомассы будет, возможно, в три раза выше.
По мнению Д’Анджело, это означает, что для того, чтобы сделать авиационное топливо на растительной основе конкурентоспособным по сравнению с ископаемым авиационным топливом, потребуются изменения в политике и увеличение инвестиций в исследования и разработки.
«Мы можем сделать его конкурентоспособным, если у нас будут инвестиции и поддерживающее это регулирование», — сказала она.
Кьярамонти соглашается, говоря, что прогресс будет результатом ряда шагов, включая нормативные стимулы и улучшения в производстве и поставках сырья.
«Это не будет решением, основанным только на одной мере», — сказал он.
Теги: авиакомпания, растения, экология, энергия
