Hållbart flygbränsle erbjuder flygväg till netto-noll flygresor

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

[Denna artikel är en del av en serie av medlemmar i First Movers Coalition. Du kan läsa fler berättelser om initiativet här..]

Den 27 november gjordes ett litet stycke flyghistoria: Rolls-Royce genomförde världens första testkörning av en modern flygmotor som drivs av rent väte. Även om tekniken inte förväntas vara kommersiellt gångbar förrän i mitten av 2030-talet, tar detta test flygindustrin ett steg närmare den heliga graalen med noll-kol, långdistansflyg.

Med en ren vätedriven passagerarflygning mer än ett decennium kvar, är branschens kortsiktiga nettonoll-förhoppningar knutna till hållbart flygbränsle (SAF). Den här artikeln undersöker hur man kan accelerera både utbud och efterfrågan på detta revolutionerande sätt att driva flygplan – med den hastighet och skala som krävs av en 1.5 graders Celsius-linje.

Aviation går med på att ändra sin färdplan

Under de sex decennierna från 1960 ökade antalet passagerare som reser med flyg från 100 miljoner till över 4 miljarder 2019. International Air Transport Association (IATA) förutspår passagerare kommer att överträffa pre-pandeminivåerna efter 2024 och kan överstiga 10 miljarder resor år 2050. Även om flygets fördelar för global handel och förståelse är utom tvivel, har de ett pris för planeten.

2021 stod flyget för över 2 procent av global energirelaterad CO₂ utsläpp, enligt International Energy Agency (IEA). När man lägger till den värmande effekten av de spetsar som skapas av förbränning av fossilt jetbränsle på hög höjd, kommer flygets påverkan på den globala uppvärmningen ökar ytterligare. Under de senaste decennierna har flygets utsläpp ökat snabbare än utsläppen från vägar, järnvägar eller sjöfart, och i Europa har t.ex. med 24 procent från 2005 till 2019. Trots en nedgång på 40 procent under pandemin, förväntar IEA att flygets utsläpp kommer att överstiga 2019 års nivåer inom några år – utan någon minskning, de kan tredubblas till 2050. Flyget måste ändra sin färdplan – och det snabbt.

Även om flyget utelämnades från Parisavtalet om klimat 2015, gick industrin med i september 2021 om att åta sig en nettonoll COXNUMX₂ utsläpp år 2050. Och i oktober samlades 184 regeringar under överinseende av Internationella civila luftfartsorganisationen (ICAO) att anta samma långsiktiga mål. Detta var ett drag utan motstycke.

SAF står för mindre än 0.1 % av den globala flygbränsleförbrukningen idag – ett litet steg som måste bli ett stort steg.

Så mycket för destinationen, men hur är det med flygplanen för att komma dit?

Tidigare i år publicerade Mission Possible Partnership och World Economic Forum (WEF) rapporten världens första 1.5 grader Celsius-justerade flygövergångsstrategi, med stöd av 70 företagspartners. Strategin kartlägger en "försiktig" väg mot 95 procents avkarbonisering till 2050, där SAF spelar en ledande roll (45 procent), med en mängd olika alternativ för att leverera de återstående utsläppsminskningarna, inklusive bränsle- och flygplanseffektivitet, rent väte, batteri-elektrisk kraft för kortdistansflygs och optimera flygnavigeringen.

Låt oss ta en närmare titt på hållbara flygbränslen och hur de kan föra drömmen om flyg med låga koldioxidutsläpp närmare verkligheten.

Tre prioriteringar för att göra hållbart flygbränsle lönsamt

Dagens kommersiellt tillgängliga SAF är typiskt biobränslen gjorda av vegetabiliska oljor eller etanol som härrör från grödor som sockerrör eller majs. Beroende på vilket råmaterial som används i deras tillverkning kan de redan leverera en 60-85 procents minskning av CO₂ utsläpp.

SAF:s stora fördel är att det är ett "drop-in"-bränsle — du kan pumpa det rakt in i flygplansbränsletankar utan dyr eftermontering av flygplan eller speciell infrastruktur på flygplatser. Nuvarande regler tillåter endast kommersiella flygplan att använda en 50/50-blandning av SAF och vanlig fotogen. Men i mars, Airbus testade framgångsrikt sin A380 – världens största passagerarflygplan – med en av sina fyra motorer med 100 procent SAF. Airbus har genomfört liknande tester på andra flygplansmodeller och på en helikopter. I juni genomförde ett svenskt regionalt flygbolag världens första testflygning med en kommersiella flygplan som flyger SAF i båda dess motorer.

Så mycket för de goda nyheterna. Den dåliga nyheten är att SAF fortfarande är mycket dyrt – allt mellan två och fem gånger 2019 års pris på konventionellt flygbränsle. Som ett resultat, SAF står för mindre än 0.1 procent av den globala flygbränsleförbrukningen idag — ett litet steg som måste bli ett stort steg.

Airbus är bland mer än 100 företag, sammankallade av Forums Clean Skies for Tomorrow-initiativ i september 2021, som satte en målet för SAF att till 10 tillgodose 2030 procent av flygets bränslebehov globalt. För att uppnå detta måste tre saker hända:

Uppskalning utbud: Produktionsvolymerna måste öka fem eller sex gånger för att nå målet på 10 procent till 2030. Detta kommer att kräva minst 300 nya SAF-fabriker.
Minska kostnaden: Bränsleproducenter kommer inte att investera i dessa nya SAF-anläggningar utan efterfrågesignaler från industrin. Men flygbolagen kommer inte att köpa tillräckligt med SAF för att skicka denna signal om inte priset sjunker.
Sätt tydliga marknads- och efterfrågesignaler från regeringar och företag: Regeringar måste hjälpa till att kickstarta investeringar i SAF-produktion genom en blandning av incitament, skattelättnader och mandat. Ledande flygbolag kan förbinda sig till långsiktiga uttagsavtal för att riskera investeringar från bränsleleverantörer.

First Movers Coalition skickar efterfrågesignal för "super-SAFs"

För att övervinna de två viktiga hindren för uppskalning av SAF – pris och tillgänglighet – måste någon ta det första steget. I maj, United Airlines var det första flygbolaget att underteckna ett uttagsavtal med en utländsk leverantör för 50 miljoner gallons SAF för sina flygningar från Amsterdam. United och Airbus är bland mer än 50 företag som utgör Forumets First Movers Coalition (FMC), ett globalt initiativ för att utnyttja företagens köpkraft för att minska koldioxidutsläppen i sju "svåra att minska" industrisektorer – inklusive flyg – som står för en tredjedel av världens utsläpp.

FMC har siktet inställt på att lösa den förmodligen tuffaste uppgiften inom flyget - att öka efterfrågan på endast de "super-SAFs" som kan minska växthusgasutsläppen under hela livscykeln med 85 procent eller mer jämfört med konventionella jetbränslen. Målet för FMC-medlemmarna är att ersätta minst 5 procent av sitt konventionella bränsle med dessa supereffektiva SAF:er (eller annan nollutsläppsteknik om tillgänglig) till 2030. Syftet är att skicka en efterfrågesignal till bränsleproducenter och investerare så att de har förtroendet att investera i nya anläggningar och få ner priserna.

Varje SAF-process står inför sina egna utmaningar att övervinna. De två vanligaste teknologierna (HEFA och Alcohol-to-Jet) är beroende av bearbetning av livsmedelsgrödor som raps, sojabönor, palmolja, sockerrör eller majs för att skapa flygbränsle. Eftersom dessa grödor är begränsade – och enligt den gyllene principen för att undvika råvaror som använder mark som behövs för andra ändamål – måste vi titta på kompletterande källor.

Två nya teknologier har potential för att producera nästan nollutsläpp SAF: Fischer-Tropsch (FT) och Power-to-Liquid (PtL) processer. FT:s fördel är att det kan förvandla ett brett utbud av "icke-livsmedelsråvaror" - kommunalt fast avfall, växelgräs, rester från skogsbruk och jordbruk - till flygbränsle som ger 90-100 procent CO2-minskning.

PtL är samtidigt en teknik i pilotstadiet som kombinerar grönt väte (producerat av förnybar kraft) med CO₂ direkt fångad från omgivande luft för att skapa ett syntetiskt bränsle som ofta kallas "e-fotogen" - en praktiskt taget fossilfri kraftkälla. Airbus är en del av ett konsortium som nyligen tillkännagav en ny PtL-fabrik i industriell skala i Hamburg. Fördelen med PtL är att det inte kräver någon åkermark eller biologiska råvaror. Utmaningarna med PtL kommer att handla om kostnader och konkurrens för grönt väte från andra sektorer.

Vi behöver alla certifierade vägar för att stimulera SAF-marknaden på global basis – och det finns ingen tid att slösa.

Hållbart flyg behöver stöd från stater och normgivare

Nu när över 100 flygbolag har åtagit sig att se till att 10 procent av deras globala flygbränsletillförsel är SAF år 2030, är efterfrågan på en helt ny typ av bränslemarknad uppenbar. Både traditionella bränsleproducenter och nykomlingar börjar svara. Men företag kan inte hantera övergången till en netto-noll väg ensam.

Regeringar skulle kunna utjämna villkoren mellan SAF och fossilt flygbränsle genom att erbjuda incitament. I USA, till exempel, förlängde president Joe Bidens nyligen inflationsreduktionslag (IRA) en skatteavdrag på upp till 1.75 USD per gallon för SAFs och för första gången kopplade kreditbeloppet direkt till bränslets livscykelutsläpp för att stimulera produktion av bränslen med minst utsläpp. Effekten blir att sänka kostnaderna för SAF till nästan det högsta priset för konventionellt flygbränsle. Dessa blandares skattelättnader är en del av Biden-administrationens SAF Grand Challenge för att stimulera produktionen av 3 miljarder liter hållbart flygbränsle och minska flygets utsläpp med 20 procent till 2030.

Bidens IRA ingår också a väteproduktionsskatteavdrag på 3 USD per kilogram grönt väte, vilket skulle kunna göra e-fotogen mycket mer kostnadskonkurrenskraftigt och påskynda utvecklingen av PtL. Genom att subventionera både grönt väte och SAF är dessa skattelättnader en verklig spelomvandlare för flygindustrin som bör återspeglas någon annanstans för att säkerställa lika villkor och för att stimulera SAF-produktion och användning på global basis.

Samtidigt funderar Europa över juridiska mandat. De Storbritanniens regering har meddelat ett mandat som börjar 2025 som kommer att kräva att flygbränsleleverantörer säkerställer att deras bränslen inkluderar 10 procent SAF till 2030. Nästa år planerar EU att införa en liknande ”blandningsmandat” som kommer att kräva bränsle leverantörer att öka andelen SAF som de levererar till europeiska flygplatser, med början på 2 procent av allt flygbränsle 2025, och stiga till så mycket som 37 procent 2040 och 85 procent till 2050. Enligt EU:s regler ska alla SAF som använder livsmedelsgrödor- baserade råvaror kommer att uteslutas.

Även om mandat skulle kunna bidra till att jämna ut villkoren, måste de för att vara effektiva åtföljas av offentliga investeringar i FoU samt köparnas incitament för att utveckla vad som fortfarande är en mycket begynnande marknad. EU överväger också att hjälpa till att minska kostnaderna för SAF genom att erbjuda gratis koldioxidkrediter under dess Handel med utsläppsrätter (ETS) som är likvärdiga med den CO2 som minskar genom att använda hållbart flygbränsle.

Gemensamma certifierings- och redovisningsstandarder är också viktiga. En stor utmaning är att leveranser av SAF ännu inte är tillgängliga på många flygplatser, vilket gör att flygbolag som vill tanka sina flygplan är i en förträngning. Ett innovativt tillvägagångssätt för att lösa detta problem - känd som "Book and Claim" - tillåter ett flygplan som inte kan tanka med SAF att betala för en annan likvärdig flygning för att tanka upp från en flygplats som har SAF. Flygbolaget som betalar för det hållbara bränslet kan sedan göra anspråk på CO₂ minskning den medför mot sina netto-nolllöften. Book and Claim är en mycket lovande lösning, men den behöver internationell standardisering för att harmonisera tillvägagångssätt. Forumets Clean Skies for Tomorrow-initiativet har nyligen publicerat riktlinjer för redovisning och rapportering om SAF-relaterade certifierade utsläppsminskningar.

Med en kombination av statliga skattelättnader och ledarskap från flygbolag som förbinder sig till långsiktiga uttagsavtal med SAF-leverantörer, skulle marknaden kunna ta fart snabbt. Och inte bara i Europa och Nordamerika. För att nå 300-370 miljoner ton SAF det kommer att ta varje år att minska koldioxidutsläppen inom flyget, vi kommer att behöva länder över hela världen för att engagera sig i tillverkningen. Möjligheten finns att skapa en helt ny industri med potentiellt miljontals nya jobb.

Andra rutter till samma kolfria destination

Medan SAF är den mest livskraftiga vägen på medellång sikt för att minska flygets koldioxidavtryck, utvecklas två andra revolutionerande tekniker för nästan noll bränsle: batterielektriskt och rent väte.

Medan vikten av batterier förväntas begränsa eldriven teknik till enbart kortdistansrutter, kan batteridrivna flygningar bli en kommersiell verklighet så snart som slutet av detta decennium. United Airlines har lagt en beställning på 100 batterielektriska plan kapabel att flyga 30 passagerare under 124 miles — sträcker sig till 249 miles med en reservhybridmotor som drivs av SAF. Batterier kan också spela en viktig roll för att minska bränsleförbrukningen för större flygplan. Detta förklarar varför Airbus och franska biltillverkaren Renault ingick nyligen ett samarbete att utveckla teknik relaterad till energilagring, en av de viktigaste vägspärrarna för utvecklingen av elfordon med lång räckvidd.

Och sedan - som vi såg i början av den här artikeln - finns det rent väte. Den kan användas för att driva bränsleceller som driver elmotorer eller så kan den förbrännas direkt ombord på flygplanet. I vikt är den tre gånger mer kraftfull än fotogen. Men i gasform är dess volym en utmaning - för transport och lagring måste den kylas till en vätska vid minus-423 grader Fahrenheit och sedan omvandlas tillbaka till gas före förbränning. Vätgas kan också omvandlas till el via bränsleceller, som i sin tur driver en elektrisk propeller. Ett bränslecellsflygplan är särskilt intressant eftersom det inte genererar några CO2-utsläpp eller giftiga dikväveoxider.

I maj lanserade Airbus sitt Zero Emission Development Center i Bristol, England, med 828 miljoner dollar i finansieringsstöd från den brittiska regeringen, och företaget bedriver även forskning i Frankrike och Tyskland, särskilt om vätgasbränsletankar och framdrivningssystem. Airbus planerar att genomföra flygtester på en A380 utrustad med en motor som drivs av vätgas 2026 - den första mellanlandningen på väg till en kommersiell lansering av Airbus ZEROe vätgasdrivna passagerarflygplan som är inriktat på 2035.

Även om det inte finns någon silverkula för att minska koldioxidutsläppen från lufttransporter, visar vart och ett av dessa initiativ lovande. Men det kommer att krävas långsiktiga, samordnade åtgärder från flygbolag, flygplanstillverkare, bränsleproducenter, flygplatser och regeringar för att nollutsläppsflyget verkligen ska ta fart.