Luftfartsbiobränsle - Aviation biofuel

Tankar en Airbus A320 med biobränsle

Ett flygbränsle eller biobränsle eller biobränsle (BAF) är ett biobränsle som används för att driva flygplan och sägs vara ett hållbart flygbränsle (SAF). Den International Air Transport Association (IATA) anser det vara en av de viktigaste faktorerna för att minska klimatpåverkan inom flygets miljöpåverkan . Luftfartsbiobränsle kan hjälpa till med avkolning av medellånga och långa flygresor som genererar de flesta utsläppen och kan förlänga livslängden för äldre flygplanstyper genom att minska deras koldioxidavtryck.

Biobränslen är bränslen som härrör från biomassa , från växter eller avfall. beroende på vilken typ av biomassa som används kan de sänka koldioxidutsläppen med 20–98% jämfört med konventionellt flygbränsle . Den första testflygningen med blandat biobränsle var 2008, och 2011 tilläts blandade bränslen med 50% biobränslen i kommersiella flygningar. År 2019 siktade IATA på en penetration på 2% år 2025.

Flygbiobränsle kan produceras från växtkällor som Jatropha , alger , talg , spilloljor, palmolja , Babassu och Camelina (bio-SPK); från fast biomassa med pyrolys bearbetad med en Fischer – Tropsch-process (FT-SPK); med en alkohol -till -jet -process (ATJ) från jäsning av avfall; eller från syntetisk biologi genom en solreaktor . Små kolvmotorer kan modifieras för att bränna etanol .

Hållbara biobränslen konkurrerar inte med livsmedelsgrödor , främsta jordbruksmark , naturskog eller sötvatten. De är ett alternativ till elbränslen . Hållbart flygbränsle är certifierat som hållbart av en tredjepartsorganisation.

Påverkan på miljön

Ytterligare information: Miljöpåverkan från luftfart och biobränsle § Utsläpp av växthusgaser

Växter absorberar koldioxid när de växer, vilket innebär att växtbaserade biobränslen avger bara samma mängd växthusgaser som tidigare absorberats. Biobränsleproduktion, bearbetning och transport avger emellertid växthusgaser, vilket minskar utsläppsbesparingarna. Biobränslen med de flesta utsläppsbesparingarna är de som härrör från fotosyntetiska alger (98% besparingar, teknik som ännu inte är mogna) och från livsmedelsgrödor och skogsrester (91-95% besparingar).

Jatropha-olja , en olja som inte används som biobränsle, bör sänka koldioxidutsläppen med 50–80% jämfört med Jet-A1. Jatropha, som används för biodiesel , kan trivas på marginell mark där de flesta växter skulle ge låga grödor . En livscykelbedömning av Yale School of Forestry på jatropha, en källa till potentiella biobränslen, uppskattade att användning av det skulle kunna minska utsläppen av växthusgaser med upp till 85% om tidigare jordbruksmark används eller öka utsläppen med upp till 60% om naturlig skogsmark omvandlas till användning.

Palmoljodling begränsas av knappa markresurser och dess expansion till skogsmark orsakar avskogning och förlust av biologisk mångfald samt direkta och indirekta utsläpp på grund av förändringar i markanvändningen . Neste s förnybara produkter inkluderar ett raffinerings rest av livsmedelskvalitet palmolja, och den oljiga avfallet skummas från palmolja brukets avloppsvatten . Nestes hållbara flygbränsle används av Lufthansa .

NASA har fastställt att 50% biobränsleblandning för luftfart kan minska partikelutsläpp orsakade av flygtrafik med 50–70%. Biobränslen innehåller inga svavelföreningar och avger därför inte svaveldioxid .

Tidslinje

Se även: Demonstrationer av biobränsle för flyg

Den första flygningen med blandat biobränsle ägde rum 2008. Virgin Atlantic flög den första flygningen med ett kommersiellt flygbolag för att drivas delvis av biobränsle, medan kommersiella biobränsleflygningar sannolikt skulle använda råvaror som alger . Då bildade flygbolag som representerar mer än 15% av branschen Sustainable Aviation Fuel Users Group, med stöd från icke -statliga organisationer som Natural Resources Defense Council och The Roundtable For Sustainable Biofuels . De lovade att utveckla hållbara biobränslen för luftfart. Det året var Boeing medordförande för Algal Biomass Organization , tillsammans med lufttrafikföretag och utvecklare av biobränsleteknik UOP LLC (Honeywell).

Under 2009 åtog sig IATA att uppnå koldioxidneutral tillväxt år 2020 och halvera koldioxidutsläppen fram till 2050.

Under 2010 siktade Boeing på 1% av de globala flygbränslen senast 2015.

US Marine Corps AV-8B Harrier II testflygning med en 50–50 biobränsleblandning 2011

I juni 2011 tillät den reviderade specifikationen för luftfartsturbinbränsle som innehåller syntetiserade kolväten ( ASTM D7566) kommersiella flygbolag att blanda upp till 50% biobränslen med konventionellt flygbränsle. Säkerheten och prestandan för jetbränsle som används i passagerarflyg är certifierad av ASTM International . Biobränslen godkändes för kommersiellt bruk efter en flerårig teknisk granskning från flygplanstillverkare , motortillverkare och oljebolag . Sedan dess har vissa flygbolag experimenterat med att använda biobränslen på kommersiella flygningar. Från och med juli 2020 har det publicerats sju bilagor till D7566, inklusive så många typer av biobränslen: Fischer-Tropsch Synthetic Paraffinic Kerosene (FT-SPK, 2009), Hydroprocessed Esters and Fatty Acids Synthetic Paraffinic Kerosene (HEFA-SPK, 2011) , Hydroprocessed Fermented Sugars to Syntetic Isoparaffins (HFS-SIP, 2014), Fischer-Tropsch Syntetic Paraffinic Kerosene with Aromatics (FT-SPK/A, 2015), Alcohol to Jet Syntetic Paraffinic Kerosene (ATJ-SPK, 2016), Catalytic Hydrothermolysis Fotogen (CH-SK eller CHJ; 2020).

I december 2011 FAA tilldelades US $ 7.700.000 till åtta företag att utveckla drop-in hållbara bränslen, särskilt från alkoholer , socker , biomassa och organiskt material som pyrolysoljor inom sina CAAFI och excellent program.

Från 2014 planerade Solena att årligen vända 500 000 ton avfall från London City som normalt skulle gå till deponi till biobränsle för att användas i British Airways flotta, men begärde konkurs 2015.

Av 2015, odling av fettsyra-metylestrar och alkenones från alger, Isochrysis , var under forskning som en möjlig jet biobränsle råmaterial .

År 2016 förutspådde Thomas Brueck från München TU att algakultur kunde ge 3-5% av jetbränslebehovet år 2050.

Hösten 2016, för att uppnå sina utsläppsminskningsmål, planerade ICAO flera åtgärder, inklusive utveckling och distribution av hållbara flygbränslen.

Dussintals företag fick hundratals miljoner i riskkapital från 2005 till 2012 för att utvinna eldningsolja från alger, en del lovande bränsle till konkurrenskraftiga priser 2012 och en produktion på 1 miljard US gal (3,8 miljoner m 3 ) 2012-2014. År 2017 uppnåddes inte heller och de flesta företag hade försvunnit eller ändrat sina affärsplaner för att fokusera på kosmetikatillskott , näringsämnen , tillsatser för sällskapsdjur , djurfoder , pigment och specialoljor.

År 2019 var 0,1% av bränslet SAF: International Air Transport Association (IATA) stöder antagandet av bränsle för hållbart luftfart, med sikte 2019 på 2% penetrering år 2025: 7 miljoner m 3 (1,8 miljarder US gal). Då har mer än 150 000 flygningar använt biobränslen och fem flygplatser har regelbunden distribution av biobränslen: Bergen , Brisbane , Los Angeles , Oslo och Stockholm , och andra erbjuder ibland leverans.

År 2019 köpte United Airlines upp till 10 miljoner amerikanska gallon (38 000 m 3 ) SAF från World Energy under två år.

Det året hade Virgin Australia drivit mer än 700 flygningar och flugit mer än en miljon kilometer, inhemskt och internationellt, med Gevos alkohol-till-jet-bränsle. Gevo har åtagit sig att gå efter hela gallon hållbart flygbränsle, vilket potentiellt kan leda till ett negativt koldioxidavtryck. Virgin Atlantic arbetade med att regelbundet använda bränsle som härrör från avfallsgaserna från stålverk , med LanzaTech . British Airways ville omvandla hushållsavfall till flygbränsle med Velocys . United Airlines åtog sig 900 miljoner US gal (3 400 000 m 3 ) hållbart flygbränsle i 10 år från Fulcrum BioEnergy (att jämföra med sin 4,1 miljarder US gal (16 000 000 m 3 ) bränsleförbrukning 2018), efter sin investering på 30 miljoner dollar i 2015 och kommer att utveckla upp till fem biobränslefabriker nära dess nav.

Från och med 2020 kommer Qantas att börja använda en 50/50 blandning av SG Prestons biobränsle på sina flygningar i Los Angeles-Australien, vilket också ger bränsle från växtoljor från andra livsmedel till JetBlue Airways under 10 år. På sina anläggningar i Singapore , Rotterdam och Borgå räknar Finlands Neste med att förbättra produktionskapaciteten för förnybart bränsle från 2,7 till 3,0 miljoner ton (6,0 till 6,6 miljarder pund) om året till 2020 och ökar kapaciteten i Singapore med 1,3 miljoner ton ( 2,9 miljarder pund) för att nå 4,5 miljoner ton (9,9 miljarder pund) år 2022 genom att investera 1,4 miljarder euro (1,6 miljarder dollar).

År 2020 hade International Airlines Group investerat 400 miljoner dollar för att omvandla avfall till hållbart flygbränsle med Velocys .

I början av 2021 sa Boeings VD Dave Calhoun att drop-in hållbara flygbränslen är "det enda svaret mellan nu och 2050" för att minska koldioxidutsläppen.

Produktion

Jetbränsle är en blandning av ett stort antal olika kolväten . Omfattningen av deras storlekar ( molekylvikter eller kolantal) begränsas av kraven för produkten, till exempel fryspunkt eller rökpunkt . Jetbränslen klassificeras ibland som fotogen eller nafta -typ. Bränslen av fotogen inkluderar Jet A, Jet A-1, JP-5 och JP-8. Jetbränslen av typ Nafta, ibland kallade "brett" jetbränsle, inkluderar Jet B och JP-4.

"Drop-in" biobränslen är biobränslen som är helt utbytbara med konventionella bränslen. Att få "drop-in" jetbränsle från biobaserade källor är ASTM- godkänt via två rutter. ASTM har också funnit det säkert att blanda in 50% SPK i vanliga jetbränslen. Endast tester har gjorts hittills med blandning i syntetiskt paraffinketogen (SPK) i betydligt högre koncentrationer.

HEFA-SPK
Hydroförädlade estrar och fettsyror Syntetisk paraffinkärosin (HEFA-SPK) är en specifik typ av vätebehandlat vegetabiliskt oljebränsle som används inom luftfart. Från och med 2020 är detta den enda mogna tekniken . HEFA-SPK-bränsle anses vara ledande alternativa ersättare för konventionellt jetbränsle av Luftfartsverket på grund av dess hållbarhet. HEFA-SPK godkändes av Altair Engineering för användning 2011. HEFA-SPK produceras genom avoxygenering och hydroprocessering av råmaterialets fettsyror av alger , jatropha och camelina .
Bio-SPK
Denna rutt innebär att man använder olja som utvinns från växtkällor som Jatropha , alger , talgor , andra spilloljor, Babassu och Camelina för att producera biohärledd syntetisk paraffinkärn (bio-SPK) genom sprickbildning och hydroprocessing . Algerna för att tillverka flygbränsle är en lovande men fortfarande framväxande teknik . Företag som arbetar med algerjetbränsle är Solazyme , Honeywell UOP, Solena, Sapphire Energy , Imperium Renewables och Aquaflow Bionomic Corporation . Universitet som arbetar med algerjetbränsle är Arizona State University och Cranfield University Större investerare för algebaserad SPK -forskning är Boeing , Honeywell / UOP , Air New Zealand , Continental Airlines , Japan Airlines och General Electric .
Se även: Algenbränsle
FT-SPK
Den andra vägen involverar bearbetning av fast biomassa med pyrolys för att producera pyrolysolja eller förgasning för att producera ett syntetiskt gas som sedan bearbetas till FT SPK ( Fischer – Tropsch Synthetic Paraffinic Kerosene).
ATJ-SPK
Forskning görs också på alkohol-till-jet-vägen (ATJ) där alkoholer som etanol eller butanol avsyras och bearbetas till jetbränslen. Vissa företag som LanzaTech har redan lyckats skapa ATJ-SPK från CO2 i rökgaser . Etanolen produceras härmed från CO i rökgaserna med hjälp av mikrober ( clostridium autoethanogenum för att vara exakt). LanzaTech har framgångsrikt demonstrerat sin teknik i pilotskala i NZ - genom att använda industriella avgaser från stålindustrin som råvara för dess mikrobiella jäsning.
Framtida produktionsvägar
Rutter som använder syntetisk biologi för att direkt skapa kolväten undersöks. Produktionen av Fischer-Tropsch kolvätebränslen (dvs. FT-SPK, som kallas "solkraftspris" av projektet) genom användning av en solreaktor undersöks av SUN-TO-LIQUID-projektet.
Kolvmotorer
Små kolvmotorer kan modifieras för att bränna etanol som bränsle. Swift Fuel , ett biobränslealternativ till avgas under utveckling, godkändes som testbränsle av ASTM International i december 2009, med sikte på ett jämförbart pris, miljövänligare och mer bränsleeffektivt allmänt flygbränsle.

Tekniska utmaningar

Nitrilbaserade gummimaterial expanderar i närvaro av aromatiska föreningar som finns i konventionellt petroleumbränsle. Rena biobränslen som inte blandas med petroleum och inte innehåller paraffinbaserade tillsatser kan orsaka att gummitätningar och slangar krymper. Tillverkare börjar använda substitut av syntetiskt gummi som inte påverkas negativt av biobränslen, som Viton , för tätningar och slangar. Den United States Air Force har hittat skadliga bakterier och svampar i deras biofueled flygplan och användning pastörisering att desinficera dem.

Ekonomi

Den International Energy Agency prognos SAF produktion bör växa från 18 till 75 miljarder liter mellan 2025 och 2040, vilket motsvarar en andel av flygbränsle komma från 5% till 19%. Av 2019, fossila produktion flygbränsle kostnaden var $ 0,3-0,6 per L ges en $ 50-100 rå oljefat , medan produktionen luftfart biobränsle kostnaden var $ 0,7-1,6, behöver en $ 110-260 råolja fat till noll .

Från och med 2020 är biodrivmedel för luftfart dyrare än petroleum av petroleum, med tanke på luftfartsbeskattning och subventioner vid den tiden.

Hållbara bränslen

Oslo flygplats var den första internationella flygplatsen som erbjöd hållbart flygbränsle som en del av bränslemixen sedan 2016

Hållbara biobränslen konkurrerar inte med livsmedelsgrödor , främsta jordbruksmark eller sötvatten. Hållbart flygbränsle (SAF) är certifierat som hållbart av en tredje part som Roundtable For Sustainable Biofuels . Certifieringen och produktionstakten för hållbara flygbränslen verkar otillräckliga för att uppfylla målet för International Air Transport Association att halvera CO₂ -utsläppen till 2050.

Även om det inte är biobränslen, är väte som förbränns direkt eller används i en bränslecell och elektrisk framdrivning med laddningsbara batterier också hållbart.

Certifiering

En SAF-hållbarhetscertifiering verifierar att bränsleprodukten, som huvudsakligen fokuserar på biomassa, har uppfyllt kriterier fokuserade på långsiktiga globala miljömässiga, sociala och ekonomiska " trippel-bottom-line " hållbarhetshänsyn. Enligt många system för reglering av koldioxidutsläpp, till exempel EU: s system för handel med utsläppsrätter , kan en certifierad SAF -produkt beviljas undantag från en tillhörande kostnad för efterlevnad av koldioxidutsläpp. Detta förbättrar marginellt den ekonomiska konkurrenskraften hos miljövänlig SAF jämfört med traditionellt fossilbaserat flygbränsle. På kort sikt finns det dock flera kommersialiserings- och regleringshinder som ännu inte måste övervinnas genom samarbete mellan olika intressenter för SAF -produkter för att möta prisjämförelse med traditionellt jetbränsle och möjliggöra ett omfattande upptag.

Det första välrenommerade organet som lanserade ett hållbart biobränslecertifieringssystem som är tillämpligt på SAF var den akademiska europeiska rundabordstabellen om hållbara biomaterial (RSB). Denna organisation med flera intressenter satte en global riktmärkestandard på vilken hållbarhetsintegriteten för avancerade biobränsletyper för flyg som vill använda påståendet att vara ett hållbart flygbränsle kan bedömas. Ledande flygbolag inom luftfartsindustrin och andra undertecknare av Sustainable Aviation Fuel Users Group (SAFUG) -lovet stöder RSB som den föredragna leverantören av SAF -certifiering. Dessa flygbolag anser att det är viktigt för alla föreslagna biodrivmedel för luftfart har oberoende certifierade hållbara biobränslen långsiktiga miljöfördelar jämfört med status quo för att säkerställa deras framgångsrika upptag och omsättning

Hållbarhetskriterier

EU RED II Omarbetning (2018)
Utsläpp av växthusgaser - Utsläpp av växthusgaser från hållbara bränslen från luftfarten måste vara lägre än de från de fossila bränslen de ersätter: minst 50% för produktionsanläggningar före den 5 oktober 2015, en obligatorisk minskning med 60% för produktionsanläggningar efter det datumet och 65% för hållbara bränslen (SAF) som produceras i anläggningar som startar verksamheten efter 2021.
Markanvändning - Kolbestånd och biologisk mångfald: råvaror för hållbar bränsleproduktion kan inte hämtas från mark med hög biologisk mångfald eller hög kolhalt (dvs. primära och skyddade skogar, biologisk mångfaldsrika gräsmarker, våtmarker och torvmarker ).
Andra hållbarhetsfrågor anges i styrningsförordningen och kan omfattas av certifieringssystem på frivillig basis.
ICAO 'CORSIA'
Koldioxidutsläpp - Kriterium 1: Hållbart alternativt bränsle för reaktorer kommer att generera en minskning av växthusgaser med minst 10% jämfört med fossilt bränsle för reaktorer, baserat på livscykeln.
Kolbestånd - Kriterium 1: Hållbart alternativt Bränsle kommer inte att produceras från biomassa som erhållits från mark vars användning ändrades efter 1 januari 2008 och som har kommit från urskogar, våtmarker eller torvmarker, eftersom alla dessa marker har höga koldioxidbestånd. Kriterium 2: Vid förändring av markanvändningen efter den 1 januari 2008, enligt definitionen på grundval av IPCC: s markkategorier, ska utsläppen från direkt markanvändningsändring (DLUC) beräknas. Om utsläppen av växthusgaser från en DLUC överstiger standardvärdet för förändrad markanvändning (ILUC), kommer DLUC: s värde att ersätta ILUC: s standardvärde.

Global påverkan

Sustainable Aviation Bränsleutveckling i Europa.

Eftersom utsläppshandelssystem och andra regler för koldioxidefterlevnad växer fram globalt, kommer vissa biobränslen sannolikt att bli undantagna ("nollklassade") från regeringar från att ha ett tillhörande ansvar för koldioxidöverensstämmelse på grund av deras förnybara karaktär av utsläppsslingor, om de också kan bevisa deras bredare hållbarhetsuppgifter. I EU: s system för handel med utsläppsrätter har det till exempel föreslagits av SAFUG att endast biodrivmedel för luftfart som har certifierats som hållbara av RSB eller liknande organ skulle vara nollvärderade. Detta förslag har godtagits. SAFUG bildades av en grupp intresserade flygbolag 2008 i regi av Boeing kommersiella flygplan och i samarbete med stöd från icke -statliga organisationer som Natural Resources Defense Council . Medlemsflygbolag representerar mer än 15% av branschen, och alla medlems VD har tecknat ett löfte om att arbeta med utveckling och användning av hållbart flygbränsle.

Förutom SAF -certifiering kan biobränsleproducenternas integritet och deras produkts integritet bedömas på ytterligare sätt, till exempel genom att använda Richard Bransons Carbon War Room eller initiativet Renewable Jet Fuels. Det senare samarbetar för närvarande med företag som LanzaTech, SG Biofuels, AltAir, Solazyme och Sapphire. En ledande oberoende NGO med fokus på denna fråga är Sustainable Sky Institute.

Certifierade processer

Förkortning Konverteringsprocess Möjliga råvaror Blandningsförhållande Kommersialiseringsförslag / projekt
HEFA-SPK Syntetiserat paraffinkarosen framställt av hydroprocesserade estrar och fettsyror Biooljor, animaliskt fett, återvunna oljor 50% World Energy, Universal Oil Products , Neste , Dynamic Fuels, EERC
FT-SPK Fischer-Tropsch hydroprocessat syntetiserat paraffinketogen Kol, naturgas, biomassa 50% Fulcrum Bioenergy, Red Rock Biofuels, SG Preston, Kaidi Finland , Sasol , Shell Oil Company , Syntroleum
SIP-HFS Syntetiserade fotogenisoparaffiner framställda av hydroprocesserade fermenterade sockerarter Biomassa används för sockerproduktion 10% Amyris (företag) , Total SA
SPK/A Syntetiserat fotogen med aromater härledda genom alkylering av lätta aromater från icke-petroleumkällor Kol, naturgas, biomassa 50% Sasol
ATJ-SPK Alkohol-till-jet syntetiskt paraffiniskt fotogen Biomassa från produktion av etanol eller isobutanol 50% Gevo , kobolt, Universal oljeprodukter , Lanzatech, svenska biodrivmedel, Byogy

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar