Перспективы биотоплива в авиации

Биотопливо на данный момент используется активнее в автомобильном транспорте, а как же самолеты? Вопрос применения это вида топлива сейчас широко изучают в Китае, и уже наметились определенные направления развития на будущее.

На долю авиации приходится три процента выбросов парниковых газов в ЕС, и есть надежда, что использование биотоплива в самолетах может помочь снизить этот показатель и способствовать достижению цели Международной ассоциации воздушного транспорта по сокращению вдвое выбросов углерода от авиации к 2050 году по сравнению с 2005 годом.

Профессор Chong Cheng Tung из China-UK Low Carbon College описал перспективы развития биотоплива в интервью для Engineers journal.

Насколько мы близки к использованию экологически чистого топлива для авиации?

Впервые биотопливо использовалось в авиации в 2008 году. Это была авиакомпания Virgin Atlantic, смешавшая 20 процентов биотоплива с обычным топливом. За прошедшие годы еще несколько компаний тестировали эту технологию (Air New Zealand, KLM), но самые последние достижения в этой области за китайской авиакомпанией Hainan Airlines, которая в 2017 году использовала отработанное растительное масло в смеси с обычным реактивным топливом для полета из Китая в США.

Это была хорошая демонстрация использования альтернативного топлива, так что прогресс налицо.

Каков потенциал биотоплива для сокращения авиационных выбросов?

Потенциал огромен. Согласно исследованию (Европейский авиационный экологический отчет 2019), биотопливо может снизить выбросы до 90 процентов.

В настоящее время производственные мощности авиационного топлива на основе био-добавок в ЕС оцениваются примерно в 2,3 миллиона тонн в год, что соответствует примерно четырем процентам от обычного ископаемого топлива.

Биотопливо работает так же хорошо, как керосин?

В целом испытания дали положительный результат. На данный момент мы определили границы устойчивой работы, зависящие от качества биотоплива, которое варьируется в зависимости от производственного процесса, а также от исходного сырья.

Из многих исследований, которые мы провели, стало понятно что произведенное биотопливо содержит избыточный кислород. Таким образом, теплотворная способность (плотность энергии) становится немного ниже по сравнению с обычным реактивным топливом. На основе этих данных мы разработали технологию для дальнейшей обработки такого вида биотоплива, чтобы сделать его авиационным.

Конечно, когда мы говорим об использовании биотоплива в авиации, мы не говорим о полной замене. Мы планируем производить замещение на «зеленый» аналог постепенно. Для начала процесс будет заключаться в смешивании двух видов топлива, например, 10 или 20 процентов био-топлива к обычному авиа-керосину. Это дало бы нам снижение CO2.

Вы работаете над чистым сжиганием биотоплива. Означает ли это, что даже если у вас есть чистое топливо, оно все равно может плохо сгореть?

Да все верно. У вас должен быть механизм для его чистого сжигания, потому что свойства биотоплива будут отличаться по сравнению с обычным топливом с точки зрения физических свойств, а также химических свойств.

Вопрос состоит в том, нужно ли модифицировать двигатели, чтобы горение было более чистым, или нужна какая-то модификация топлива, чтобы сгорание было беспроблемным?

Существует много мнений по этому поводу, но мы конечно стараемся не модифицировать двигатель, потому что в конечном итоге это будет дорого и не практично.

Мы делаем много тестов — особенно тестов на сгорание — чтобы убедиться, что действительно получаем сокращение выбросов, и нужную эффективность.

Вы же не хотите иметь топливо с низким КПД, которое горит наполовину и вызывает проблемы при сгорании? Поэтому тщательное тестирование, особенно в авиации, является абсолютной необходимостью, поскольку это касается безопасности полета.

Есть много разных источников биотоплива. Они все рассматриваются или есть лидер?

Я работал над биотопливом первого поколения, в котором используются пищевые культуры для проведения испытаний на горение. Но сейчас наблюдается тенденция к переходу на биотопливо второго и третьего поколений, которое не конкурирует с продовольствием и не зависит от земли.

Отработанное растительное масло, очевидно, является хорошим решением. В частности, в Китае отработанного растительного масла много в пищевой промышленности, и особенно в производстве напитков. Так что есть большой запас для преобразования в биотопливо.

Исходное сырье зависит от источников. А это сырье в конечном итоге зависит от страны, где оно извлекается. На данный момент в Китае есть много возможностей для использования отработанного масла, но в ЕС этого нет.

В Европе, возможно правильнее искать другие альтернативные источники, такие как стебли табака или отходы животного жира, или биомасса на основе лигноцеллюлозы.

Лигноцеллюлоза использует как основу биомассы — крахмал, жмых сахарного тростника — и все это потенциальное сырье для биотоплива. ЕС сертифицирует некоторые из этих видов биотоплива как дружественные для авиации, поэтому мы видим большой прогресс в этой области.

Как насчет водорослей?

Конечно, есть много надежд на развитие биотоплива из водорослей, но там много проблем при производстве. В ЕС до сих пор не могут сделать этот процесс коммерчески доступным с точки зрения масштаба.

В этой области будет еще много исследований. Это одно из направлений, которое я тоже пытаюсь рассмотреть, потому что в Китае у нас также много водорослей.

Если бы вы сделали ставку на то, что могло бы стать топливом будущего, что бы это было?

Я думаю, что это отработанное растительное масло, а также лигноцеллюлозная биомасса имеющая действительно хороший потенциал для превращения в биотопливо авиационного качества. Просто потому, что есть сырье, технологии есть, и это просто вопрос времени, когда упадет стоимость, чтобы сделать массовое производство реальным.

Вы упомянули стоимость. Как мы можем обойти это?

Это одна из проблем, особенно в биотопливе. Если сравнивать с обычным ископаемым топливом, то цена биотоплива примерно в два-три раза выше с точки зрения цены, что создает проблему. Потому очевидно, что если цена высока, промышленность не захочет брать этот вид топлива.

Я думаю, что политическая сторона могла бы стать хорошим способом помочь увеличить потребление и стимулировать использование биотоплива. Потому что в конечном итоге мы пытаемся решить более серьезную проблему — выбросы CO2.

На этом фронте у ЕС все хорошо, и на самом деле, во многих странах мира существуют различный набор политических решений в области биотоплива, направленных на увеличение использования биотоплива.

В Китае вы можете увидеть, как правительство пытается подтолкнуть переработку растительного масла в биотопливо, поэтому существует определенная политика в эту сторону.

С точки зрения производства основные исследования направлены на решение вопроса увеличения конверсионного дохода, чтобы снизить стоимость.

Помимо стоимости, что еще мешает нам более широко внедрять биотопливо в авиации?

Доступность сырья является еще одной проблемой. Один из насущных вопросов: можем ли мы получить достаточно сырья для производства необходимого нам объема топлива? С точки зрения логистики, как это возможно?

Проблема состоит в том что сбор растительного масла приходится осуществлять из разных мест, а с учетом распространения этого процесса по всей стране возникает много вопросов логистики. Например «как это сделать?», «а что будет с ценой?».

А относительно лигноцеллюлозной биомассы, возникают вопросы доступности нужного объема сырья для переработки.

Если Китай производит один тип биотоплива, а Европа — другой, как это работает с точки зрения международных рейсов?

Стандарты важны для обеспечения качества на одном уровне, поэтому все они должны быть совместимы, и не должно быть никаких проблем, если будет необходимо заправить самолет разными видами биотоплива.

Только в последние годы было выпущено шесть видов биотоплива, сертифицированных по международным стандартам ASTM. Эти стандарты содержат списки свойств, которыми должно обладать топливо, чтобы получить сертификат в авиации и это должно стать ориентиром для всех производителей биотоплива.

То есть один самолет мог бы лететь в разные места и заправляться разными видами биотоплива?

Да. Вот почему сотрудничество необходимо. Это может быть взаимовыгодным решением.

Это может подтолкнуть внедрение стандартов, а также внедрение биотоплива в авиационной промышленности. Таким образом можно будет снизить выбросы СО2.

P.S. — Стоит добавить что кроме жидкого био-топлива возможен и переход на газ.