В феврале 2021 года Европейская ассоциация авиакомпаний опубликовала план устойчивого развития, цель которого — углеродная нейтральность авиации.
Согласно этому плану к 2030 году выброс СО2 будет сокращен на 45% для рейсов в пределах Евросоюза, а к 2050 году — достигнет нуля. Рассказываем, какие пути экологизации воздушного транспорта наметились уже сегодня.
Накопление парниковых газов (ПГ) в атмосфере — основная угроза для экологии. Примерно 16% выбросов ПГ — результат сжигания ископаемого топлива разными видами транспорта. Вклад авиации в общее количество эмиссии ПГ на первый взгляд незначительный — 2-2,5%.
Однако в пересчете на метры куб. эта величина сопоставима с выбросами отдельно взятой страны. Воздушный трафик ежегодно растет, а авиаперелеты покрывают огромные расстояния, и тем самым влияют на атмосферу в глобальном масштабе.
В прошлом году компания ZeroAvia провела успешное испытание первого самолета HyFlyer на водородно-электрическом двигателе. Непосредственно за движение в них так же отвечают электромоторы, но энергию они получают от топливных элементов, которые соединяют водород из баков и кислород из окружающей среды, получая ток.
В компании заявляют, что им удалось достигнуть нулевого уровня выбросов ПГ и снизить затраты на топливо и техобслуживание на 75%.
Фото: самолет HyFlyer ZeroAvia
К 2040 году ZeroAvia планирует выпустить пять моделей водородных самолетов с вместимостью до 200 пассажиров и максимальной дальностью полета в 5755 мили (около 9300 км).
Однако по оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии для коммерческого использования подобные технологии будут доступны не раньше 2050 года.
Более того, потребуется замена парка самолетов и учет дополнительных рисков безопасности (жидкий водород — взрывоопасное вещество, для поддержания его стабильности необходимы определенные условия), что невыгодно с экономической точки зрения.
Впервые о необходимости поиска альтернатив реактивному топливу заговорили в 2007 году на сессии Международной организации гражданской авиации (ИКАО от англ. ICAO).
Уже в 2009 году ИКАО выдвинула концепцию экологически устойчивого авиатоплива (от англ. sustainable aviation fuel или SAF), применение которого поможет снизить объем эмиссий углекислоты в авиации.
Существует два типа SAF: синтетическое (получают путем захвата СО2 из атмосферы) и биотопливо (продукт преобразования биомассы).
Это экологически нейтральное горючее, которое получают из диоксида углерода и воды. Обычно для этого применяют электролиз — разделение молекулы воды на атомы водорода и кислорода с помощью электричества.
22 января 2021 года голландское подразделение AirFrance выполнило первый пассажирский рейс Амстердам — Мадрид на самолете Boeing 737-800, с применением пятисот литров синтетического топлива из атмосферного СО2 (5% от общего объема, требующегося для полета).
Поставила это топливо компания Royal Dutch Shell. Для его получения были использованы выбросы нефтеперерабатывающего завода в Пернисе и животноводческой фермы на севере Нидерландов.
Синтетический авиакеросин активно разрабатывают в странах Европы. В феврале этого года стало известно о строительстве двух заводов, которые будут изготавливать топливо из углекислоты: German Aerospace Center проектирует завод в Германии, Synkero и SkyNRG — в Нидерландах.
Тем не менее, высокая стоимость и энергозатратность электролиза остается серьезным препятствием для использования синтетического топлива в коммерческих целях.
Возможное решение этой проблемы предложили ученые из Оксфорда. Они открыли и описали процесс “органического сжигания” углекислого газа из воздуха.
Процесс заключается в нагреве смеси из лимонной кислоты, СО2, воды и катализатора до 350 °С. Это приводит к распаду молекул СО2 на атомы кислорода и углерода, которые связываются с водородом и превращаются в жидкое реактивное топливо, водяной пар и прочие соединения.
Пока эксперименты проводятся в небольших объемах. По словам ученых, процесс “органического сжигания” дешевле электролиза и для него требуется меньше энергии.
В то время как применение синтетического топлива — относительно новая технология, полеты на биотопливе уже стали обычным явлением для США и Европы.
Углеродная нейтральность биотоплива обеспечена тем, что при его сгорании высвобождается СО2, поглощенный в процессе фотосинтеза растениями и водорослями — биомассой, которую используют в качестве сырья.
Способность биотоплива снижать выбросы углекислого газа неоднородна и зависит от материала, из которого его получают, и способов переработки.
Так, например, биоэтанол из крахмалосодержащего сырья сокращает выбросы ПГ на 10%, HVO — биодизельное топливо из растительных масел (от англ. Hydrotreated Vegetable Oils) — на 40-65%, а спиртовое реактивное топливо на основе лигноцеллюлозы из кукурузных стеблей — на 73%.
Еще одно преимущество этой технологии — полная взаимозаменяемость с реактивным топливом. Это значит, что переход от традиционного на биотопливо не повлияет на инфраструктуру авиации и исключает необходимость модификации двигателей самолетов.
На данный момент гражданская авиация использует 8 видов сертифицированного биотоплива. Его получают путем преобразования биомассы из растительных и отработанных масел, животного жира, отходов лесного и сельского хозяйства, целлюлозы, водорослей, а также сырья для производства сахара и крахмала.
SkyNRG — крупнейший производитель SAF в мире, поставляет в аэропорты ЕС и США биотопливо из отработанного масла.
Производство биотоплива — дорогостоящий процесс (авиакеросин в среднем в 9 раз дешевле), но, несмотря на это, его применение в мире постепенно расширяется.
Исследование SkyNRG показали, что по сравнению с обычным авиакеросином, смеси с добавлением SAF, снижают объем выбросов CO2 на 85%, твердых частиц (сажи и пыли) — на 90%, серы (SOX) — на 100%. Что положительно сказывается на качестве воздуха в районах с высокой плотностью полетов — аэропортах и соседних территориях.
Обязательство использовать SAF в составе топливной смеси взяли на себя многие страны. Например, США и Австралия планируют заменить традиционное горючее биотопливом на 50% к 2050 году, Норвегия, Швеция и Финляндия — на 30% к 2030, Израиль — на 20% к 2025 году, Испания, Франция и Германия — на 2% к 2025 году.
Благодаря принятым усилиям уже в 2015 году 11 авиакомпаний выполнили 2500 пассажирских рейса на топливной смеси с 50%-ной добавкой авиабиотоплива. А в 2016 году United Airlines стала первым перевозчиком, который применяет биотопливо на постоянной основе.
По данным ИКАО к началу 2021 года с применением SAF выполнено более 350 тысяч пассажирских рейсов — 13 аэропортов, расположенных в Швеции, Австралии, США и Канаде закупают биотопливо партиями, а 9 аэропортов в США, Норвегии и Швеции, используют SAF постоянно.
Проекты по переходу на экологически устойчивое топливо находят поддержку и в странах Африки и Латинской Америки.
В России проводятся исследования по получению авиакеросина из водорослей, однако наши технологии отстают от мировых, а внимание ведущих компаний сосредоточено на использовании ископаемого топлива — нефти, газа и угля.
Но даже частичный переход на биотопливо поможет улучшить экологическую ситуацию и выполнить часть обязательств Парижского соглашения, которые взяло на себя правительство.
Статья подготовлена по материалам: Ourworldindata.org; Zeroavia.com; Epa.gov; Destination2050.eu; Irena.org
