Zrównoważone paliwo lotnicze zapewnia ścieżkę lotu do podróży lotniczych o zerowej wartości netto

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

[Ten artykuł jest częścią serii autorstwa członków koalicji First Movers. Możesz przeczytać więcej historii o inicjatywie tutaj.]

27 listopada dokonano małego kawałka historii lotnictwa: Rolls-Royce przeprowadził pierwszą na świecie jazdę próbną nowoczesnego silnik lotniczy zasilany wyłącznie czystym wodorem. Chociaż oczekuje się, że technologia nie będzie komercyjnie opłacalna do połowy lat 2030. XX wieku, ten test przybliża branżę lotniczą o krok do świętego Graala bezemisyjnych lotów długodystansowych.

W obliczu czystego lotu pasażerskiego napędzanego wodorem za ponad dekadę, nadzieje branży na zerową emisję netto są związane ze zrównoważonym paliwem lotniczym (SAF). W tym artykule zbadano, jak przyspieszyć zarówno podaż, jak i popyt na ten rewolucyjny sposób zasilania samolotów — z prędkością i na skalę wymaganą przez ścieżkę wyrównaną do 1.5 stopnia Celsjusza.

Aviation zgadza się na zmianę planu lotu

W ciągu sześciu dekad od 1960 r. wzrosła liczba pasażerów podróżujących samolotem ze 100 mln do ponad 4 mld w 2019 r. Przewiduje Międzynarodowe Zrzeszenie Przewoźników Powietrznych (IATA). pasażerów przekroczy poziomy sprzed pandemii po 2024 r. i może przekroczyć 10 miliardów podróży do 2050 roku. Chociaż korzyści płynące z lotnictwa dla światowego handlu i zrozumienia są niewątpliwe, mają one swoją cenę dla planety.

W 2021 roku lotnictwo stanowiło ok ponad 2 procent światowego CO związanego z energią₂ emisji, według Międzynarodowej Agencji Energii (IEA). Gdy dodamy do tego ocieplający efekt smug kondensacyjnych powstałych w wyniku spalania paliwa kopalnego do silników odrzutowych na dużych wysokościach, lotnictwo wpływ globalnego ocieplenia wzrasta dalej. W ostatnich dziesięcioleciach emisje z lotnictwa rosły szybciej niż emisje z transportu drogowego, kolejowego czy morskiego, na przykład w Europie o 24 procent od 2005 do 2019 roku. Pomimo 40-procentowego spadku podczas pandemii, MAE spodziewa się, że emisje z lotnictwa przekroczą poziomy z 2019 r. w ciągu kilku lat — bez żadnej redukcji, mogą się potroić do 2050 r. Lotnictwo musi zmienić swój plan lotów — i to szybko.

Chociaż lotnictwo zostało wyłączone z porozumienia paryskiego w sprawie klimatu w 2015 r., przemysł zgodził się we wrześniu 2021 r., aby zobowiązać się do zerowej emisji CO netto₂ do 2050 r. A w październiku 184 rządy zebrały się pod auspicjami tzw Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO) przyjąć ten sam długoterminowy cel. To było bezprecedensowe posunięcie.

SAF odpowiada obecnie za mniej niż 0.1% światowego zużycia paliwa lotniczego — to mały krok, który musi stać się wielkim skokiem.

To tyle, jeśli chodzi o miejsce docelowe, ale co z planem lotu, aby się tam dostać?

Na początku tego roku Mission Possible Partnership i Światowe Forum Ekonomiczne (WEF) opublikowały dokument pt pierwsza na świecie strategia transformacji lotniczej dostosowana do 1.5 stopnia Celsjusza, wspierany przez 70 partnerów korporacyjnych. Strategia wyznacza „ostrożną” ścieżkę prowadzącą do 95-procentowej dekarbonizacji do 2050 r., w której SAF odgrywa wiodącą rolę (45 proc.), z różnymi opcjami zapewnienia pozostałych redukcji emisji, w tym oszczędności paliwa i samolotów, czystego wodoru, zasilanie akumulatorowo-elektryczne do lotów na krótkich dystansachs i optymalizacja żeglugi powietrznej.

Przyjrzyjmy się bliżej zrównoważonym paliwom lotniczym i temu, jak mogą one przybliżyć do rzeczywistości marzenie o niskoemisyjnym locie.

Trzy priorytety, dzięki którym zrównoważone paliwo lotnicze stanie się opłacalne

Obecnie dostępne na rynku SAF to zazwyczaj biopaliwa wytwarzane z olejów roślinnych lub etanolu pochodzącego z upraw, takich jak trzcina cukrowa lub kukurydza. W zależności od surowca użytego do ich produkcji, mogą już zapewnić 60-85 procentową redukcję CO₂ emisji.

Wielką zaletą SAF jest to, że jest to paliwo typu „drop-in” — można je wpompować bezpośrednio do zbiorników paliwa samolotu bez kosztownej modernizacji samolotu lub specjalnej infrastruktury na lotniskach. Obecne przepisy zezwalają tylko na stosowanie w samolotach komercyjnych mieszanki 50/50 SAF i zwykłej nafty. Ale w marcu Airbus pomyślnie przetestował swój A380 — największy na świecie samolot pasażerski — z jednym z czterech silników wykorzystujących 100% SAF. Airbus przeprowadził podobne testy na innych modelach samolotów i na śmigłowcu. W czerwcu szwedzka regionalna linia lotnicza wykonała pierwszy na świecie lot testowy samolotem komercyjny samolot latający SAF w obu swoich silnikach.

Tyle dobrych wiadomości. Zła wiadomość jest taka, że SAF jest nadal bardzo drogi – od dwóch do pięciu razy więcej niż cena konwencjonalnego paliwa do silników odrzutowych z 2019 roku. W rezultacie, SAF odpowiada obecnie za mniej niż 0.1 procent światowego zużycia paliwa lotniczego — mały krok, który musi stać się wielkim skokiem.

Airbus znalazł się wśród ponad 100 firm zwołanych w ramach inicjatywy Forum Czyste niebo na jutro we wrześniu 2021 r., które wyznaczyły SAF ma na celu zaspokojenie 10 procent zapotrzebowania lotnictwa na paliwo na całym świecie do 2030 roku. Aby to osiągnąć, muszą się wydarzyć trzy rzeczy:

Dostawa na większą skalę: Wielkość produkcji musi wzrosnąć pięć lub sześć razy, aby osiągnąć cel 10 procent do 2030 roku. Będzie to wymagało co najmniej 300 nowych zakładów SAF.
Zmniejsz koszty: Producenci paliw nie zainwestują w te nowe elektrownie SAF bez sygnałów popytowych ze strony przemysłu. Ale linie lotnicze nie kupią wystarczającej ilości SAF, aby wysłać ten sygnał, chyba że cena spadnie.
Ustaw jasne sygnały rynkowe i popytowe od rządów i firm: Rządy muszą pomóc w rozpoczęciu inwestycji w produkcję SAF poprzez połączenie zachęt, ulg podatkowych i mandatów. Wiodące firmy lotnicze mogą zobowiązać się do zawierania długoterminowych umów odbioru, aby zmniejszyć ryzyko inwestycji dostawców paliw.

First Movers Coalition wysyła sygnał zapotrzebowania na „super-SAF”

Aby przezwyciężyć dwie kluczowe przeszkody na drodze do zwiększenia skali SAF — cenę i dostępność — ktoś musi wykonać pierwszy krok. W maju, Pierwszym przewoźnikiem były United Airlines podpisać umowę odbioru z zagranicznym dostawcą na 50 milionów galonów SAF na loty z Amsterdamu. United i Airbus należą do ponad 50 firm, które tworzą Koalicja First Movers Forum (FMC), globalna inicjatywa mająca na celu wykorzystanie siły nabywczej firm do dekarbonizacji siedmiu „trudnych do obniżenia” sektorów przemysłowych — w tym lotnictwa — odpowiedzialnych za jedną trzecią światowych emisji.

FMC postawiła sobie za cel rozwiązanie prawdopodobnie najtrudniejszego zadania w lotnictwie — zwiększenie popytu tylko na te „super-SAF”, które mogą zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych w całym cyklu życia o 85 procent lub więcej w porównaniu z konwencjonalnymi paliwami do silników odrzutowych. Celem członków FMC jest zastąpienie co najmniej 5 procent ich konwencjonalnego paliwa tymi superwydajnymi SAF (lub innej technologii bezemisyjnej, jeśli jest dostępna) do 2030 r. Celem jest wysłanie sygnału popytowego do producentów paliw i inwestorów, aby mieli pewność, że mogą inwestować w nowe elektrownie i obniżać ceny.

Każdy proces SAF ma własne wyzwania do pokonania. Dwie najpopularniejsze technologie (HEFA i Alcohol-to-Jet) opierają się na przetwarzaniu upraw spożywczych, takich jak rzepak, soja, olej palmowy, trzcina cukrowa lub kukurydza w celu wytworzenia paliwa do silników odrzutowych. Ponieważ te uprawy są ograniczone – i zgodnie ze złotą zasadą unikania surowców, które wykorzystują ziemię potrzebną do innych celów – musimy przyjrzeć się źródłom uzupełniającym.

Dwie nowe technologie mają potencjał do produkcji JPK o prawie zerowej emisji: procesy Fischera-Tropscha (FT) i Power-to-Liquid (PtL). Zaletą FT jest to, że może przekształcić szeroką gamę „surowców niespożywczych” – stałe odpady komunalne, proso rózgowe, pozostałości z leśnictwa i rolnictwa – w paliwo do silników odrzutowych, które zapewnia 90-100 procent redukcji emisji CO2.

Tymczasem PtL to technologia w fazie pilotażowej, która łączy zielony wodór (wytwarzany przez energię odnawialną) z CO₂ bezpośrednio wychwytywane z otaczającego powietrza w celu wytworzenia syntetycznego paliwa, często znanego jako „e-nafta” — źródła zasilania praktycznie wolnego od paliw kopalnych. Airbus jest częścią konsorcjum, które niedawno ogłosiło budowę nowej fabryki PtL na skalę przemysłową w Hamburgu. Zaletą PtL jest to, że nie wymaga gruntów ornych ani surowców biologicznych. Wyzwania związane z PtL będą dotyczyć kosztów i konkurencji o zielony wodór z innych sektorów.

Potrzebujemy wszystkich certyfikowanych ścieżek, aby stymulować rynek SAF w skali globalnej — i nie ma czasu do stracenia.

Zrównoważone lotnictwo potrzebuje wsparcia ze strony państw i organów ustanawiających standardy

Teraz, gdy ponad 100 firm lotniczych zobowiązało się zapewnić, że do 10 r. 2030 procent ich globalnych dostaw paliwa do silników odrzutowych będzie stanowić SAF, wyraźnie widać zapotrzebowanie na zupełnie nowy rodzaj rynku paliw. Zaczynają reagować zarówno producenci paliw tradycyjnych, jak i nowi. Ale firmy nie mogą samodzielnie zarządzać przejściem na ścieżkę zerowej emisji netto.

Rządy mogłyby wyrównać szanse między SAF i kopalnymi paliwami do silników odrzutowych, oferując zachęty. Na przykład w Stanach Zjednoczonych niedawno uchwalona przez prezydenta Joe Bidena ustawa o redukcji inflacji (IRA) rozszerzyła ok ulga podatkowa w wysokości do 1.75 USD za galon dla SAF i po raz pierwszy powiązał kwotę kredytu bezpośrednio z emisjami w całym cyklu życia paliwa, aby zachęcić do produkcji paliw o jak najmniejszej emisji. Efektem będzie obniżenie kosztu SAF do niemal najwyższej ceny konwencjonalnego paliwa do silników odrzutowych. Te ulgi podatkowe dla blenderów stanowią część ulg podatkowych administracji Bidena SAF Grand Challenge, aby zachęcić do produkcji 3 miliardów galonów zrównoważonego paliwa do silników odrzutowych i zmniejszyć emisje z lotnictwa o 20 procent do 2030 roku.

Uwzględniono również IRA Bidena a ulga podatkowa na produkcję wodoru w wysokości 3 USD za kilogram zielonego wodoru, co może sprawić, że e-nafta będzie znacznie bardziej konkurencyjna kosztowo i przyspieszy rozwój PtL. Subsydiując zarówno ekologiczny wodór, jak i SAF, te ulgi podatkowe są prawdziwym przełomem dla przemysłu lotniczego, który powinien znaleźć odzwierciedlenie w innych miejscach, aby zapewnić równe warunki działania i stymulować produkcję i stosowanie SAF na poziomie globalnym.

Tymczasem Europa zastanawia się nad mandatami prawnymi. The Rząd Wielkiej Brytanii ogłosił mandat rozpoczynający się w 2025 r który będzie wymagał od dostawców paliwa lotniczego, aby do 10 r. ich paliwa zawierały 2030 proc. SAF. W przyszłym roku Unia Europejska planuje wprowadzić podobny „mandat mieszany” będzie to wymagało paliwo dostawców do zwiększenia udziału SAF dostarczanego na europejskie lotniska, zaczynając od 2 procent całego paliwa lotniczego w 2025 r., aż do 37 procent do 2040 r. i 85 procent do 2050 r. Zgodnie z przepisami UE każdy SAF wykorzystujący rośliny spożywcze surowce na bazie zostaną wykluczone.

Chociaż mandaty mogą pomóc w wyrównaniu szans, aby były skuteczne, muszą im towarzyszyć inwestycje publiczne w badania i rozwój, a także zachęty ze strony nabywców do rozwijania wciąż bardzo rozwijającego się rynku. UE rozważa również pomoc w obniżeniu kosztów JPK poprzez oferowanie bezpłatnych kredytów węglowych w ramach swojego programu Handel emisjami Scheme (ETS) które są równoważne z emisją CO2 zmniejszoną dzięki zastosowaniu zrównoważonego paliwa do silników odrzutowych.

Istotne znaczenie mają również wspólne standardy certyfikacji i rachunkowości. Głównym wyzwaniem jest to, że dostawy SAF nie są jeszcze dostępne na wielu lotniskach, co stawia przewoźników, którzy chcą zatankować swoje samoloty, w trudnej sytuacji. Innowacyjne podejście do rozwiązania tego problemu — znane jako „Zarezerwuj i złóż wniosek” — umożliwia samolotowi, który nie może zatankować SAF, zapłacić za inny równoważny lot w celu zatankowania z lotniska, które nie ma SAF. Linia lotnicza płacąca za zrównoważone paliwo może następnie ubiegać się o CO₂ obniżkę, jaką przynosi w stosunku do swoich zobowiązań do zerowej emisji netto. Book and Claim to bardzo obiecujące rozwiązanie, ale wymaga międzynarodowej standaryzacji w celu zharmonizowania podejść. Forum Inicjatywa Czyste niebo na jutro opublikowała niedawno wytyczne dotyczące rachunkowości i sprawozdawczości w sprawie certyfikowanych redukcji emisji związanych z SAF.

Dzięki połączeniu rządowych ulg podatkowych i przywództwa firm lotniczych zobowiązujących się do zawierania długoterminowych umów z dostawcami SAF, rynek mógłby szybko wystartować. I to nie tylko w Europie i Ameryce Północnej. Aby dotrzeć do 300-370 milionów ton SAF dekarbonizacja lotnictwa zajmie co roku, będziemy potrzebować krajów na całym świecie, aby zaangażowały się w produkcję. Istnieje szansa na stworzenie zupełnie nowej branży z potencjalnie milionami nowych miejsc pracy.

Inne trasy do tego samego zdekarbonizowanego miejsca docelowego

Podczas gdy SAF jest najbardziej opłacalną średnioterminową drogą do zmniejszenia śladu węglowego lotnictwa, opracowywane są dwie inne rewolucyjne technologie niemal zerowego tankowania: akumulatory elektryczne i czysty wodór.

Podczas gdy oczekuje się, że waga akumulatorów ograniczy technologię zasilaną elektrycznie tylko do tras krótkodystansowych, lot z napędem elektrycznym może stać się komercyjną rzeczywistością już pod koniec tej dekady. Linie lotnicze United Airlines złożyły zamówienie na 100 samolotów z napędem elektrycznym zdolny do przewożenia 30 pasażerów na odległość 124 mil — rozciągający się do 249 mil z rezerwowym silnikiem hybrydowym napędzanym przez SAF. Baterie mogą również odgrywać ważną rolę w zmniejszaniu zużycia paliwa w większych samolotach. To wyjaśnia, dlaczego Airbus i francuski producent samochodów Renault niedawno nawiązali współpracę rozwój technologii związanych z magazynowaniem energii, jedną z głównych przeszkód dla rozwoju pojazdów elektrycznych dalekiego zasięgu.

A potem — jak widzieliśmy na początku tego artykułu — jest czysty wodór. Może służyć do zasilania ogniw paliwowych napędzających silniki elektryczne lub może być spalany bezpośrednio na pokładzie samolotu. Wagowo jest trzy razy mocniejszy niż nafta. Ale w postaci gazowej jego objętość jest wyzwaniem – do transportu i przechowywania musi zostać schłodzony do temperatury minus -423 stopni Fahrenheita, a następnie ponownie przekształcony w gaz przed spaleniem. Wodór można również przekształcić w energię elektryczną za pomocą ogniw paliwowych, które z kolei napędzają elektryczne śmigło. Samolot na ogniwa paliwowe jest szczególnie interesujący, ponieważ nie generuje emisji CO2 ani toksycznych tlenków azotu.

W maju Airbus uruchomił Centrum Rozwoju Zero Emisji w Bristolu w Anglii, dzięki wsparciu finansowemu w wysokości 828 milionów dolarów od rządu Wielkiej Brytanii, a także prowadzi badania we Francji i Niemczech, zwłaszcza nad zbiornikami paliwa wodorowego i układami napędowymi. Airbus planuje przeprowadzić testy w locie A380 wyposażonego w jeden silnik napędzany wodorem w 2026 r. komercyjny start napędzanego wodorem samolotu pasażerskiego Airbusa ZEROe planowanego na 2035 rok.

Chociaż nie ma złotego środka na dekarbonizację transportu lotniczego, każda z tych inicjatyw jest obiecująca. Ale potrzeba długoterminowych, skoordynowanych działań ze strony linii lotniczych, producentów samolotów, producentów paliwa, lotnisk i rządów, aby loty bezemisyjne naprawdę wystartowały.