Sustainable Aviation Fuel Offers Flight Path To Net-zero Air Travel

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

[Bài viết này là một phần trong loạt bài của các thành viên của First Movers Coalition. Bạn có thể đọc thêm những câu chuyện về sáng kiến tại đây.]

Vào ngày 27 tháng XNUMX, một phần nhỏ của lịch sử ngành hàng không đã được tạo nên: Rolls-Royce tiến hành cuộc chạy thử đầu tiên trên thế giới của một chiếc máy bay hiện đại. động cơ máy bay chạy hoàn toàn bằng hydro sạch. Mặc dù công nghệ này dự kiến sẽ không khả thi về mặt thương mại cho đến giữa những năm 2030, nhưng cuộc thử nghiệm này sẽ đưa ngành hàng không tiến một bước gần hơn đến mục tiêu chuyến bay đường dài không carbon.

Với chuyến bay chở khách chạy bằng năng lượng hydro sạch còn hơn một thập kỷ nữa, hy vọng gần như bằng không của ngành được đặt vào nhiên liệu hàng không bền vững (SAF). Bài viết này xem xét cách tăng tốc cả cung và cầu đối với cách cung cấp năng lượng mang tính cách mạng này cho máy bay — ở tốc độ và quy mô theo yêu cầu của lộ trình phù hợp với 1.5 độ C.

Hàng không đồng ý thay đổi kế hoạch bay

Trong sáu thập kỷ kể từ năm 1960, số lượng hành khách di chuyển bằng đường hàng không tăng vọt từ 100 triệu lên hơn 4 tỷ năm 2019. Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA) dự báo hành khách sẽ vượt qua mức trước đại dịch sau năm 2024 và có thể vượt quá 10 tỷ hành trình vào năm 2050. Mặc dù lợi ích của ngành hàng không đối với thương mại và hiểu biết toàn cầu là không thể nghi ngờ, nhưng chúng cũng phải trả giá đắt cho hành tinh này.

Năm 2021, hàng không chiếm hơn 2 phần trăm COXNUMX liên quan đến năng lượng toàn cầu₂ khí thải, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA). Khi bạn thêm vào hiệu ứng nóng lên của vệt khói được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu phản lực hóa thạch ở độ cao lớn, ngành hàng không tác động nóng lên toàn cầu gia tăng hơn nữa. Trong những thập kỷ gần đây, lượng khí thải của ngành hàng không đã tăng nhanh hơn so với đường bộ, đường sắt hoặc đường biển, ví dụ như tăng mạnh ở châu Âu, tăng 24% từ năm 2005 đến năm 2019. Mặc dù đã giảm 40% trong đại dịch, IEA dự đoán lượng khí thải của ngành hàng không sẽ vượt qua mức của năm 2019 trong vòng vài năm - mà không có bất kỳ sự giảm bớt nào, họ có thể tăng gấp ba vào năm 2050. Hàng không cần thay đổi kế hoạch bay — và nhanh chóng.

Mặc dù ngành hàng không đã bị loại khỏi Thỏa thuận Paris về khí hậu vào năm 2015, nhưng vào tháng 2021 năm XNUMX, ngành này đã đồng ý cam kết không phát thải COXNUMX ròng.₂ khí thải vào năm 2050. Và vào tháng 184, XNUMX chính phủ đã tập hợp lại dưới sự bảo trợ của Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) để chấp nhận cùng một mục tiêu dài hạn. Đây là một động thái chưa từng có.

SAF chiếm chưa đến 0.1% mức tiêu thụ nhiên liệu hàng không toàn cầu hiện nay — một bước nhỏ cần trở thành một bước nhảy vọt khổng lồ.

Quá nhiều cho điểm đến, nhưng kế hoạch chuyến bay để đến đó thì sao?

Đầu năm nay, Mission Possible Partnership và Diễn đàn Kinh tế Thế giới (WEF) đã công bố chiến lược chuyển đổi hàng không phù hợp với 1.5 độ C đầu tiên trên thế giới, được hỗ trợ bởi 70 đối tác của công ty. Chiến lược vạch ra lộ trình “thận trọng” hướng tới khử cacbon 95% vào năm 2050, trong đó SAF đóng vai trò dẫn đầu (45%), với nhiều lựa chọn để giảm lượng khí thải còn lại, bao gồm cả hiệu suất nhiên liệu và máy bay, hydro sạch, năng lượng pin-điện cho chuyến bay ngắns và tối ưu hóa điều hướng hàng không.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về nhiên liệu hàng không bền vững và cách chúng có thể mang giấc mơ về chuyến bay ít carbon đến gần hơn với thực tế.

Ba ưu tiên để làm cho nhiên liệu hàng không bền vững trở nên khả thi

SAF thương mại có sẵn ngày nay thường là nhiên liệu sinh học làm từ dầu thực vật hoặc ethanol có nguồn gốc từ cây trồng như mía hoặc ngô. Tùy thuộc vào nguyên liệu được sử dụng trong sản xuất của họ, họ đã có thể giảm được 60-85% lượng COXNUMX₂ khí thải.

Ưu điểm lớn của SAF là nó là nhiên liệu “thả vào” — bạn có thể bơm thẳng vào thùng nhiên liệu máy bay mà không cần trang bị thêm tốn kém cho máy bay hoặc cơ sở hạ tầng đặc biệt tại sân bay. Các quy định hiện hành chỉ cho phép máy bay thương mại sử dụng hỗn hợp 50/50 giữa SAF và dầu hỏa thông thường. Nhưng vào tháng Ba, Airbus đã thử nghiệm thành công chiếc A380 — máy bay chở khách lớn nhất thế giới — với một trong bốn động cơ sử dụng 100% SAF. Airbus đã tiến hành các thử nghiệm tương tự trên các mẫu máy bay khác và trên một chiếc trực thăng. Vào tháng XNUMX, một hãng hàng không khu vực của Thụy Điển đã hoàn thành chuyến bay thử nghiệm đầu tiên trên thế giới với một máy bay thương mại bay SAF trong cả hai động cơ của nó.

Rất nhiều cho những tin tốt. Tin xấu là SAF vẫn còn rất đắt - bất cứ thứ gì cao gấp hai đến năm lần giá nhiên liệu máy bay thông thường năm 2019. Kết quả là, SAF đại diện cho ít hơn 0.1 phần trăm mức tiêu thụ nhiên liệu hàng không toàn cầu hiện nay — một bước nhỏ cần trở thành một bước nhảy vọt khổng lồ.

Airbus là một trong số hơn 100 công ty, được triệu tập bởi sáng kiến Bầu trời sạch cho ngày mai của Diễn đàn vào tháng 2021 năm XNUMX, đặt mục tiêu mục tiêu để SAF đáp ứng 10% nhu cầu nhiên liệu của ngành hàng không trên toàn cầu vào năm 2030. Để đạt được điều này, ba điều phải xảy ra:

Mở rộng quy mô cung ứng: Khối lượng sản xuất phải tăng gấp năm hoặc sáu lần để đạt mục tiêu 10% vào năm 2030. Điều này sẽ cần ít nhất 300 nhà máy SAF mới.
Giảm chi phí: Các nhà sản xuất nhiên liệu sẽ không đầu tư vào các nhà máy SAF mới này nếu không có tín hiệu nhu cầu từ ngành. Nhưng các hãng hàng không sẽ không mua đủ SAF để gửi tín hiệu này trừ khi giá giảm.
Đặt tín hiệu thị trường và nhu cầu rõ ràng từ chính phủ và các công ty: Các chính phủ phải giúp khởi động đầu tư vào sản xuất SAF thông qua kết hợp các biện pháp khuyến khích, tín dụng thuế và nhiệm vụ. Các công ty hàng không hàng đầu có thể cam kết thực hiện các thỏa thuận bao tiêu dài hạn để giảm rủi ro đầu tư của các nhà cung cấp nhiên liệu.

First Movers Coalition gửi tín hiệu yêu cầu cho 'siêu SAF'

Để vượt qua hai trở ngại chính đối với việc mở rộng SAF — giá cả và tính khả dụng — ai đó cần thực hiện bước đầu tiên. Vào tháng Năm, United Airlines là hãng hàng không đầu tiên để ký một thỏa thuận bao tiêu với một nhà cung cấp ở nước ngoài cho 50 triệu gallon SAF cho các chuyến bay của họ ra khỏi Amsterdam. United và Airbus nằm trong số hơn 50 doanh nghiệp tạo nên Liên minh những người chuyển động đầu tiên của Diễn đàn (FMC), một sáng kiến toàn cầu nhằm khai thác sức mua của các công ty để khử cacbon trong bảy lĩnh vực công nghiệp “khó giảm thiểu” — bao gồm cả ngành hàng không — chịu trách nhiệm cho một phần ba lượng khí thải của thế giới.

FMC đã đặt mục tiêu giải quyết nhiệm vụ có lẽ là khó khăn nhất trong ngành hàng không - chỉ thúc đẩy nhu cầu đối với những “siêu SAF” có thể giảm phát thải khí nhà kính trong vòng đời từ 85% trở lên so với nhiên liệu máy bay thông thường. Mục tiêu của các thành viên FMC là thay thế ít nhất 5% nhiên liệu thông thường của họ bằng các SAF siêu hiệu quả này (hoặc một công nghệ không phát thải khác nếu có) vào năm 2030. Mục đích là gửi tín hiệu nhu cầu đến các nhà sản xuất và nhà đầu tư nhiên liệu để họ tự tin đầu tư vào các nhà máy mới và giảm giá thành.

Mọi quy trình của SAF đều phải đối mặt với những thách thức riêng cần vượt qua. Hai công nghệ phổ biến nhất (HEFA và Alcohol-to-Jet) dựa vào việc chế biến các loại cây lương thực như hạt cải dầu, đậu tương, dầu cọ, mía hoặc ngô để tạo ra nhiên liệu máy bay. Vì những loại cây trồng này bị hạn chế — và tuân theo nguyên tắc vàng để tránh nguyên liệu thô sử dụng đất cần thiết cho các mục đích khác — nên chúng ta phải xem xét các nguồn bổ sung.

Hai công nghệ mới có tiềm năng tạo ra SAF phát thải gần như bằng không: quy trình Fischer-Tropsch (FT) và Chuyển hóa năng lượng thành chất lỏng (PtL). Lợi thế của FT là nó có thể biến nhiều loại “nguyên liệu thô phi thực phẩm” — chất thải rắn đô thị, cỏ switchgrass, phụ phẩm lâm nghiệp và nông nghiệp — thành nhiên liệu phản lực giúp giảm 90-100% CO2.

Trong khi đó, PtL là một công nghệ ở giai đoạn thí điểm kết hợp hydro xanh (được sản xuất từ năng lượng tái tạo) với CO₂ được thu trực tiếp từ không khí xung quanh để tạo ra nhiên liệu tổng hợp thường được gọi là “dầu hỏa điện tử” — một nguồn năng lượng hầu như không có hóa thạch. Airbus là một phần của tập đoàn gần đây đã công bố một nhà máy PtL quy mô công nghiệp mới ở Hamburg. Ưu điểm của PtL là nó không yêu cầu đất canh tác hoặc nguyên liệu sinh học. Những thách thức với PtL sẽ xoay quanh chi phí và sự cạnh tranh đối với hydro xanh từ các lĩnh vực khác.

Chúng tôi cần tất cả các lộ trình được chứng nhận để kích thích thị trường SAF trên cơ sở toàn cầu — và không có thời gian để lãng phí.

Hàng không bền vững cần sự hỗ trợ từ các quốc gia và các nhà thiết lập tiêu chuẩn

Giờ đây, hơn 100 công ty hàng không cam kết đảm bảo rằng 10% nguồn cung cấp nhiên liệu máy bay toàn cầu của họ là SAF vào năm 2030, rõ ràng là có nhu cầu về một loại thị trường nhiên liệu hoàn toàn mới. Cả các nhà sản xuất nhiên liệu truyền thống và những người mới bắt đầu phản ứng. Nhưng các công ty không thể một mình quản lý quá trình chuyển đổi sang con đường không có mạng.

Các chính phủ có thể tạo sân chơi bình đẳng giữa SAF và nhiên liệu phản lực hóa thạch bằng cách đưa ra các ưu đãi. Ví dụ, tại Hoa Kỳ, Đạo luật Giảm lạm phát (IRA) gần đây của Tổng thống Joe Biden đã mở rộng một tín dụng thuế lên tới $1.75 mỗi gallon cho SAF và lần đầu tiên, số tiền tín dụng được gắn trực tiếp với lượng khí thải trong vòng đời của nhiên liệu để khuyến khích sản xuất nhiên liệu với lượng khí thải ít nhất. Hiệu quả sẽ là giảm chi phí của SAF xuống gần mức giá cao nhất đối với nhiên liệu máy bay thông thường. Các khoản tín dụng thuế của những người pha trộn này là một phần của chính quyền Biden Thử thách lớn của SAF để khuyến khích sản xuất 3 tỷ gallon nhiên liệu máy bay bền vững và giảm 20% lượng khí thải hàng không vào năm 2030.

IRA của Biden cũng bao gồm a tín dụng thuế sản xuất hydro là $3 cho mỗi kg hydro xanh, điều này có thể làm cho dầu hỏa điện tử có chi phí cạnh tranh hơn nhiều và thúc đẩy sự phát triển của PtL. Khi trợ cấp cho cả hydro xanh và SAF, các khoản tín dụng thuế này là một công cụ thay đổi cuộc chơi thực sự cho ngành hàng không cần được nhân đôi ở những nơi khác để đảm bảo một sân chơi bình đẳng và kích thích sản xuất và sử dụng SAF trên cơ sở toàn cầu.

Trong khi đó, châu Âu đang cân nhắc các nhiệm vụ pháp lý. Các Chính phủ Vương quốc Anh đã công bố một nhiệm vụ bắt đầu từ năm 2025 điều đó sẽ yêu cầu các nhà cung cấp nhiên liệu hàng không đảm bảo nhiên liệu của họ bao gồm 10% SAF vào năm 2030. Năm tới, Liên minh Châu Âu có kế hoạch giới thiệu “nhiệm vụ pha trộn” điều đó sẽ yêu cầu nhiên liệu các nhà cung cấp để tăng tỷ lệ SAF mà họ cung cấp cho các sân bay châu Âu, bắt đầu từ 2% tổng số nhiên liệu hàng không vào năm 2025, tăng lên tới 37% vào năm 2040 và 85% vào năm 2050. Theo quy định của EU, bất kỳ SAF nào sử dụng cây lương thực- dựa trên nguyên liệu sẽ được loại trừ.

Mặc dù các nhiệm vụ có thể giúp tạo sân chơi bình đẳng, nhưng để có hiệu quả, chúng cần đi kèm với đầu tư công vào R&D cũng như các khuyến khích của người mua để phát triển một thị trường vẫn còn rất non trẻ. EU cũng đang xem xét giúp giảm chi phí của SAF bằng cách cung cấp các khoản tín dụng carbon miễn phí theo Khí thải Hệ thống kinh doanh (ETS) tương đương với lượng CO2 giảm đi khi sử dụng nhiên liệu máy bay bền vững.

Các tiêu chuẩn kế toán và chứng nhận chung cũng rất quan trọng. Một thách thức lớn là nguồn cung cấp SAF vẫn chưa có sẵn ở nhiều sân bay, khiến các hãng hàng không muốn tiếp nhiên liệu cho máy bay của họ gặp khó khăn. Một cách tiếp cận sáng tạo để giải quyết vấn đề này - được gọi là "Sổ sách và yêu cầu" - cho phép một chiếc máy bay không thể tiếp nhiên liệu bằng SAF có thể trả tiền cho một chuyến bay tương đương khác để tiếp nhiên liệu từ một sân bay có SAF. Hãng hàng không trả tiền cho nhiên liệu bền vững sau đó có thể yêu cầu CO₂ mức giảm mà nó mang lại so với các cam kết bằng không. Sách và Yêu sách là một giải pháp rất hứa hẹn, nhưng nó cần tiêu chuẩn hóa quốc tế để hài hòa các cách tiếp cận. Diễn đàn Sáng kiến Bầu trời sạch cho ngày mai gần đây đã xuất bản các hướng dẫn về kế toán và báo cáo về giảm phát thải được chứng nhận liên quan đến SAF.

Với sự kết hợp giữa các khoản tín dụng thuế của chính phủ và sự lãnh đạo của các công ty hàng không cam kết thực hiện các thỏa thuận bao tiêu dài hạn với các nhà cung cấp SAF, thị trường có thể phát triển nhanh chóng. Và không chỉ ở châu Âu và Bắc Mỹ. Để đạt được 300-370 triệu tấn SAF sẽ mất mỗi năm để khử cacbon cho ngành hàng không, chúng tôi sẽ cần các quốc gia trên toàn thế giới tham gia sản xuất. Có cơ hội để tạo ra một ngành công nghiệp hoàn toàn mới với khả năng tạo ra hàng triệu việc làm mới.

Các tuyến đường khác đến cùng một điểm đến khử cacbon

Trong khi SAF là con đường trung hạn khả thi nhất để giảm lượng khí thải carbon của ngành hàng không, hai công nghệ nhiên liệu gần như bằng không mang tính cách mạng khác đang được phát triển: pin điện và hydro sạch.

Mặc dù trọng lượng của pin dự kiến sẽ hạn chế công nghệ chạy bằng điện chỉ áp dụng cho các tuyến đường ngắn, nhưng chuyến bay chạy bằng pin có thể trở thành hiện thực thương mại ngay sau cuối thập kỷ này. United Airlines đã đặt hàng 100 máy bay chạy bằng pin có khả năng chở 30 hành khách trong quãng đường 124 dặm—mở rộng đến 249 dặm với động cơ hybrid dự trữ do SAF cung cấp. Pin cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của máy bay lớn hơn. Điều này giải thích tại sao Airbus và nhà sản xuất ô tô Pháp Renault gần đây đã hợp tác phát triển các công nghệ liên quan đến lưu trữ năng lượng, một trong những rào cản chính cho việc phát triển xe điện tầm xa.

Và sau đó - như chúng ta đã thấy ở đầu bài viết này - có hydro sạch. Nó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu chạy động cơ điện hoặc nó có thể được đốt cháy trực tiếp trên máy bay. Theo trọng lượng, nó mạnh hơn dầu hỏa gấp ba lần. Nhưng ở dạng khí, thể tích của nó là một thách thức — để vận chuyển và lưu trữ, nó cần được làm lạnh thành chất lỏng ở nhiệt độ âm 423 độ F, sau đó chuyển đổi trở lại thành khí trước khi đốt cháy. Hydro cũng có thể được chuyển đổi thành điện thông qua pin nhiên liệu, từ đó cung cấp năng lượng cho cánh quạt điện. Máy bay chạy bằng pin nhiên liệu đặc biệt thú vị vì nó không tạo ra khí thải CO2 hoặc oxit nitơ độc hại.

Vào tháng 828, Airbus đã khai trương Trung tâm Phát triển Không phát thải ở Bristol, Anh, với sự hỗ trợ tài chính trị giá 380 triệu đô la từ chính phủ Anh, đồng thời công ty cũng đang tiến hành nghiên cứu ở Pháp và Đức, đặc biệt là về thùng nhiên liệu hydro và hệ thống động cơ đẩy. Airbus có kế hoạch thực hiện các chuyến bay thử nghiệm trên chiếc A2026 được trang bị một động cơ chạy bằng hydro vào năm XNUMX — điểm dừng chân đầu tiên trên đường tới một ra mắt thương mại máy bay chở khách chạy bằng hydro ZEROe của Airbus nhắm mục tiêu vào năm 2035.

Mặc dù không có viên đạn bạc nào để khử cacbon trong vận tải hàng không, nhưng mỗi sáng kiến này đều cho thấy nhiều hứa hẹn. Nhưng sẽ cần có hành động phối hợp lâu dài từ các hãng hàng không, nhà sản xuất máy bay, nhà sản xuất nhiên liệu, sân bay và chính phủ để các chuyến bay không khí thải thực sự cất cánh.