Из мусора в топливо: новое решение для авиации

Авиационная отрасль является значимым источником выбросов углекислого газа, и ожидаемый рост авиаперевозок к 2040 году лишь усугубит эту проблему. Одним из перспективных направлений является разработка устойчивого авиационного топлива (SAF) – низкоуглеродной альтернативы, производимой из отработанного растительного масла и сельскохозяйственных культур. Однако, несмотря на потенциал, SAF пока составляет менее 1% мирового потребления авиационного топлива из-за высокой стоимости производства и ограниченных объемов.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Sustainability, указывает на многообещающий прорыв: использование городских твердых бытовых отходов (ТБО) в качестве надежного, экономически эффективного и экологически чистого сырья для производства SAF.

Ученые из Университета Цинхуа и Гарвардско-китайского проекта по энергетике, экономике и окружающей среде провели оценку авиационного топлива, полученного из ТБО, путем промышленной газификации и синтеза Фишера-Тропша. Анализ жизненного цикла показал, что топливо из бытовых отходов может сократить выбросы парниковых газов на 80–90% по сравнению с традиционным керосином. Основной технической преградой остается масштабирование систем газификации для широкого применения.

«В отличие от наземного транспорта, который активно переходит на электрификацию, для авиации нет универсального решения для достижения углеродной нейтральности», – отмечает Цзинран Чжан, ведущий автор исследования и постдок Гарвардско-китайского проекта. «Превращение повседневного мусора в авиационное топливо может стать инновационным, но важным шагом к более экологичной авиации. Используя ТБО для производства низкоуглеродного авиационного топлива, совместимого с существующими двигателями, мы можем немедленно начать сокращать выбросы, не дожидаясь будущих технологий».

Муниципальные твердые бытовые отходы как сырье

ТБО включают органические вещества, такие как пищевые отходы и бумага, а также пластик и металлы. Традиционно большая часть этих отходов отправляется на свалки или сжигается, что требует землепользования или приводит к загрязнению воздуха. С учетом сокращения площадей свалок и роста объемов образования отходов, переработка ТБО в жидкое топливо может способствовать сохранению земель, сокращению выбросов и производству более чистой энергии, помогая городам достигать целей по достижению нулевого уровня отходов.

Гарвардское исследование изучает в значительной степени недооцененный потенциал авиационного топлива на основе ТБО, используя реальные данные о технологии газификации Фишера-Тропша. Исследователи проанализировали ключевые источники выбросов, рассчитали воздействие на парниковый эффект и определили пути повышения эффективности.

Они обнаружили, что, несмотря на существенное снижение выбросов, только около 33% исходного углерода преобразуется в топливо из-за несоответствия состава газов. Эффективность может быть повышена за счет улавливания углекислого газа или добавления «зеленого» водорода, произведенного с использованием возобновляемой энергии, в процессе переработки.

Глобальные перспективы

Многие страны активизируют усилия по повышению экологичности авиации путем внедрения более чистых видов топлива. Правительство США ставит цель производить до 35 миллиардов галлонов SAF ежегодно к 2050 году, поддерживая эту инициативу значительными финансовыми стимулами. В Европейском союзе новые правила потребуют от всех вылетающих рейсов постепенного увеличения доли SAF, с 2% в 2025 году до 70% к 2050 году. На глобальном уровне программа CORSIA Международной организации гражданской авиации требует от операторов компенсировать рост выбросов, что они могут сделать, приобретая соответствующие сертификаты или используя устойчивое топливо.

Исследование рассмотрело, как ТБО могут быть преобразованы в SAF в различных сценариях. В наиболее практичном случае мировые ТБО могут обеспечить около 50 миллионов тонн (62 миллиарда литров) авиационного топлива в год, сократив выбросы парниковых газов от авиации примерно на 16%. При неэффективной системе управления отходами и переработки выгоды существенно снижаются.

Однако, если в процесс будет интегрирован «зеленый» водород, производство может достичь 80 миллионов тонн в год, что достаточно для покрытия до 28% мирового спроса на авиационное топливо и сокращения выбросов до 270 миллионов тонн углекислого газа ежегодно.

В Европе прогнозируемый объем производства уже превысит целевые показатели ЕС по смешиванию авиационного топлива, оставаясь при этом в рамках стандартов устойчивости. Экономически исследование предполагает, что использование SAF на основе ТБО может сэкономить авиакомпаниям средства при углеродном ценообразовании, таком как CORSIA, особенно с учетом государственных стимулов и субсидий.

В настоящее время SAF составляет менее 1% мирового потребления авиационного топлива, главным образом из-за высокой стоимости производства. Это подчеркивает острую необходимость в решительных политических мерах и финансовых стимулах для увеличения объемов производства.

«Это исследование представляет собой план по преобразованию городских отходов в устойчивое авиационное топливо, предлагая будущие экологические и экономические выгоды», – заявил руководитель исследования Майкл Б. МакЭлрой, профессор экологических исследований Гарварда. «В будущем широкое сотрудничество между правительствами, производителями топлива, авиакомпаниями и производителями самолетов будет иметь важное значение для увеличения производства, снижения затрат и ускорения пути авиации к нулевым выбросам».