Биотопливо на данный момент используется активнее в автомобильном транспорте, а как же самолеты? Вопрос применения это вида топлива сейчас широко изучают в Китае, и уже наметились определенные направления развития на будущее.
На долю авиации приходится три процента выбросов парниковых газов в ЕС, и есть надежда, что использование биотоплива в самолетах может помочь снизить этот показатель и способствовать достижению цели Международной ассоциации воздушного транспорта по сокращению вдвое выбросов углерода от авиации к 2050 году по сравнению с 2005 годом.Профессор Chong Cheng Tung из China-UK Low Carbon College описал перспективы развития биотоплива в интервью для Engineers journal.
Насколько мы близки к использованию экологически чистого топлива для авиации?
Впервые биотопливо использовалось в авиации в 2008 году. Это была авиакомпания Virgin Atlantic, смешавшая 20 процентов биотоплива с обычным топливом. За прошедшие годы еще несколько компаний тестировали эту технологию (Air New Zealand, KLM), но самые последние достижения в этой области за китайской авиакомпанией Hainan Airlines, которая в 2017 году использовала отработанное растительное масло в смеси с обычным реактивным топливом для полета из Китая в США.
Это была хорошая демонстрация использования альтернативного топлива, так что прогресс налицо.
Каков потенциал биотоплива для сокращения авиационных выбросов?
Потенциал огромен. Согласно исследованию (Европейский авиационный экологический отчет 2019), биотопливо может снизить выбросы до 90 процентов.
В настоящее время производственные мощности авиационного топлива на основе био-добавок в ЕС оцениваются примерно в 2,3 миллиона тонн в год, что соответствует примерно четырем процентам от обычного ископаемого топлива.
Биотопливо работает так же хорошо, как керосин?
В целом испытания дали положительный результат. На данный момент мы определили границы устойчивой работы, зависящие от качества биотоплива, которое варьируется в зависимости от производственного процесса, а также от исходного сырья.
Из многих исследований, которые мы провели, стало понятно что произведенное биотопливо содержит избыточный кислород. Таким образом, теплотворная способность (плотность энергии) становится немного ниже по сравнению с обычным реактивным топливом. На основе этих данных мы разработали технологию для дальнейшей обработки такого вида биотоплива, чтобы сделать его авиационным.
Конечно, когда мы говорим об использовании биотоплива в авиации, мы не говорим о полной замене. Мы планируем производить замещение на «зеленый» аналог постепенно. Для начала процесс будет заключаться в смешивании двух видов топлива, например, 10 или 20 процентов био-топлива к обычному авиа-керосину. Это дало бы нам снижение CO2.
Вы работаете над чистым сжиганием биотоплива. Означает ли это, что даже если у вас есть чистое топливо, оно все равно может плохо сгореть?
Да все верно. У вас должен быть механизм для его чистого сжигания, потому что свойства биотоплива будут отличаться по сравнению с обычным топливом с точки зрения физических свойств, а также химических свойств.
Вопрос состоит в том, нужно ли модифицировать двигатели, чтобы горение было более чистым, или нужна какая-то модификация топлива, чтобы сгорание было беспроблемным?
Существует много мнений по этому поводу, но мы конечно стараемся не модифицировать двигатель, потому что в конечном итоге это будет дорого и не практично.
Мы делаем много тестов — особенно тестов на сгорание — чтобы убедиться, что действительно получаем сокращение выбросов, и нужную эффективность.
Вы же не хотите иметь топливо с низким КПД, которое горит наполовину и вызывает проблемы при сгорании? Поэтому тщательное тестирование, особенно в авиации, является абсолютной необходимостью, поскольку это касается безопасности полета.
Есть много разных источников биотоплива. Они все рассматриваются или есть лидер?
Я работал над биотопливом первого поколения, в котором используются пищевые культуры для проведения испытаний на горение. Но сейчас наблюдается тенденция к переходу на биотопливо второго и третьего поколений, которое не конкурирует с продовольствием и не зависит от земли.
Отработанное растительное масло, очевидно, является хорошим решением. В частности, в Китае отработанного растительного масла много в пищевой промышленности, и особенно в производстве напитков. Так что есть большой запас для преобразования в биотопливо.
Исходное сырье зависит от источников. А это сырье в конечном итоге зависит от страны, где оно извлекается. На данный момент в Китае есть много возможностей для использования отработанного масла, но в ЕС этого нет.
В Европе, возможно правильнее искать другие альтернативные источники, такие как стебли табака или отходы животного жира, или биомасса на основе лигноцеллюлозы.
Лигноцеллюлоза использует как основу биомассы — крахмал, жмых сахарного тростника — и все это потенциальное сырье для биотоплива. ЕС сертифицирует некоторые из этих видов биотоплива как дружественные для авиации, поэтому мы видим большой прогресс в этой области.
Как насчет водорослей?
Конечно, есть много надежд на развитие биотоплива из водорослей, но там много проблем при производстве. В ЕС до сих пор не могут сделать этот процесс коммерчески доступным с точки зрения масштаба.
В этой области будет еще много исследований. Это одно из направлений, которое я тоже пытаюсь рассмотреть, потому что в Китае у нас также много водорослей.
Если бы вы сделали ставку на то, что могло бы стать топливом будущего, что бы это было?
Я думаю, что это отработанное растительное масло, а также лигноцеллюлозная биомасса имеющая действительно хороший потенциал для превращения в биотопливо авиационного качества. Просто потому, что есть сырье, технологии есть, и это просто вопрос времени, когда упадет стоимость, чтобы сделать массовое производство реальным.
Вы упомянули стоимость. Как мы можем обойти это?
Это одна из проблем, особенно в биотопливе. Если сравнивать с обычным ископаемым топливом, то цена биотоплива примерно в два-три раза выше с точки зрения цены, что создает проблему. Потому очевидно, что если цена высока, промышленность не захочет брать этот вид топлива.
Я думаю, что политическая сторона могла бы стать хорошим способом помочь увеличить потребление и стимулировать использование биотоплива. Потому что в конечном итоге мы пытаемся решить более серьезную проблему — выбросы CO2.
На этом фронте у ЕС все хорошо, и на самом деле, во многих странах мира существуют различный набор политических решений в области биотоплива, направленных на увеличение использования биотоплива.
В Китае вы можете увидеть, как правительство пытается подтолкнуть переработку растительного масла в биотопливо, поэтому существует определенная политика в эту сторону.
С точки зрения производства основные исследования направлены на решение вопроса увеличения конверсионного дохода, чтобы снизить стоимость.
Помимо стоимости, что еще мешает нам более широко внедрять биотопливо в авиации?
Доступность сырья является еще одной проблемой. Один из насущных вопросов: можем ли мы получить достаточно сырья для производства необходимого нам объема топлива? С точки зрения логистики, как это возможно?
Проблема состоит в том что сбор растительного масла приходится осуществлять из разных мест, а с учетом распространения этого процесса по всей стране возникает много вопросов логистики. Например «как это сделать?», «а что будет с ценой?».
А относительно лигноцеллюлозной биомассы, возникают вопросы доступности нужного объема сырья для переработки.
Если Китай производит один тип биотоплива, а Европа — другой, как это работает с точки зрения международных рейсов?
Стандарты важны для обеспечения качества на одном уровне, поэтому все они должны быть совместимы, и не должно быть никаких проблем, если будет необходимо заправить самолет разными видами биотоплива.
Только в последние годы было выпущено шесть видов биотоплива, сертифицированных по международным стандартам ASTM. Эти стандарты содержат списки свойств, которыми должно обладать топливо, чтобы получить сертификат в авиации и это должно стать ориентиром для всех производителей биотоплива.
То есть один самолет мог бы лететь в разные места и заправляться разными видами биотоплива?
Да. Вот почему сотрудничество необходимо. Это может быть взаимовыгодным решением.
Это может подтолкнуть внедрение стандартов, а также внедрение биотоплива в авиационной промышленности. Таким образом можно будет снизить выбросы СО2.
P.S. — Стоит добавить что кроме жидкого био-топлива возможен и переход на газ.
Комментарии (39)
TargetSan
04.01.2020 19:58Я может чего пропустил, но в статье как-то сложновато найти цифры выбросов углекислого газа на тонну груза или одного пассажира. И преимущество полного цикла биотоплива над классическим керосином. А то, извините, получается яхта Тунберг, слопавшая 10 билетов на самолёт вместо 4.
GeorgKDeft Автор
04.01.2020 20:11По цифрам это сюда.
А преимущество я думаю и так понятно — это утилизация ненужного отхода в полезный продукт. Причем в Китае видимо этого продукта слишком много.RusikR2D2
04.01.2020 23:50«Утилизировать» проще в другие виды топлива, к примеру, для водного транспорта. Скорее всего, переработать то же растительное масло в судовое топливо будет заметно дешевле, чем в авиационное.
saag
05.01.2020 08:39+2— Послушайте Дринкинс, почему от вас так разит алкоголем?
— Биотопливом, сэр, я помогал заправщикам.
Sonnenwendekind
05.01.2020 10:05Вклад авиации в выбросы CO2 составляет 9% от вклада остальных типов транспорта.
PendalFF
05.01.2020 14:20+1Может быть лучше залить то китайское масло из фритюра в танки чего-то типа Эммы Маерск? Вот уж кто точно скушает и не подавится, достаточно через тряпку отфильтровать, больше никакой "подготовки" не потребуется, и точно не потребуется экспериментов с ТРД, летающих с тремястами душами на высотах в 10км. А есть еще котельные на мазуте.
Я бы предпочел чтобы мой рейс заправляли нормальным ТС-1 а не гретинизмами, я у мамы один.GeorgKDeft Автор
05.01.2020 14:49А что вы будете делать если вашим авиалиниям запретят полеты в ЕС по причине «плохого» выхлопа? Предлагать пассажирам Эмму Маерск в качестве транспорта, или закупать правильное топливо у конкурентов?
В США кстати так же био-добавка в тренде.PendalFF
05.01.2020 15:49А что вы будете делать если самолеты вашей АК начнут падать из-за инновационного топлива?
Вы сами сформулировали "утилизация ненужных отходов в полезный продукт" — я вам указал один из путей где отходы сразу будут полезным продуктом и до кучи ко всему не будут возможной проблемой безопасности. Что не так-то? Кстати, кто сказал что если в авиадвигатель лить масло вместо кероса — выхлоп будет радикально зеленее?GeorgKDeft Автор
05.01.2020 16:03Знаете чем био-дизель от обычного? С керосином и био-керосином то же самое.
Varim
05.01.2020 16:35Чем? Разве он не должен быть идентичен, вернее зачем он нужен если он не идентичен?
GeorgKDeft Автор
05.01.2020 16:46
Примерно так. С выбросами тут основной момент на оксиде серы. Коксуемость и зольность это про «будет дымить или нет». Цетановое число это про промежуток времени, который проходит между впрыском горючего в цилиндр и началом его горения. Чем выше этот показатель, тем меньше задержка, тем более плавно и спокойно воспламеняется и горит смесь.PendalFF
05.01.2020 17:22Как вы обошли вниманием другие параметры, здорово.
Но у нас не про это, я повторю вопрос — чем вас не устраивает прямое использование этих отходов вместо мазута, что вы так настаиваете на переработке их в сомнительный керосин чтобы обязательно залить его самолет?GeorgKDeft Автор
05.01.2020 18:04Как вы обошли вниманием другие параметры, здорово.
Речь об экологии, так что я наоборот уточнил где конкретно это проявляется.
Но у нас не про это, я повторю вопрос — чем вас не устраивает прямое использование этих отходов вместо мазута, что вы так настаиваете на переработке их в сомнительный керосин чтобы обязательно залить его самолет?
Я же отвечал на этот вопрос в само начале? Что вам непонятно? Добавлю с кораблями проще гибридную схему реализовать, а вот с авиацией в этом плане проблемы.
Ну не брать же на авиа-буксир в воздухе к какой нибудь Боинг чтоб он не коптил небо над условной Гретландией?PendalFF
05.01.2020 20:04Однако совсем не ясно где тут экология. выхлоп ровно столь же неэкологичен как и на "ископаемом" керосине. Куда утилизировать имеющийся эрзац топлива есть и на земле, с меньшими затратами и меньшим риском, давайте там экологию поправим. Я в третий раз спрошу — чем вас не устраивает заменить печной и судовой мазут, оставив в покое авиацию?
GeorgKDeft Автор
07.01.2020 23:25Есть перспектива более экологичного топлива для кораблей.
Например синтезированный газ созданный с помощью ветряков.
Жидкое топливо больше подходит для авиации, и именно поэтому лучше применять отходы там, где еще не так просто заменить топливо на природный газ или водород.
v1000
05.01.2020 18:39главное чтобы такие инициативы не навязывались безаппеляционно. если это дешевле и экологичнее-путь рынок сам решает. за экологию можно пошлинами давить, но это должно быть обоснованно. а не делать из серии «если это может негативно действовать на движки старого типа-меняйте их на новые, потому что заправляться все должны из одной бочки»
Zmiy666
Биотопливо — плохая идея. Я бы не стал называть его экологически чистым. Тупо по тому, что для его производства нужны плодородные земли, а значит и интенсивное земледелие с кучей удобрений и полным уничтожением реликтовой флоры и фауны. Лучше уже солнечные панели, они конечно тоже требуют места, но его хотя-бы не надо отрывать от пищевых полей.
CKOPOCTb
И CO2 от него не меньше.
GeorgKDeft Автор
т.е. круговорот СО2 при использовании биотоплива не считается?
Varim
Если учесть что уровень СО2 растет, значит природа не успевает его «абсорбировать», значит биотопливо не спасет, да и не понятно как бы биотопливо уменьшило СО2.
VT100
Если цена биотоплива втрое выше обычного (с учётом дотаций на него?) — можно-ли считать, что производство условной "зелёной" ГКал дало втрое больший, как минимум, выброс CO2?
GeorgKDeft Автор
С учетом прогноза роста цены керосина и возможного снижения цены биотоплива в процессе доработки технологии эти две кривые могут сойтись в одной точке.
А уже непосредственно в этой точке выяснится что биотопливо не содержит серы и прочих вредных компонентов, а вот керосин содержит. Что в конечном итоге и определит потенциальный вред… и не только по СО2.
Bedal
считать нужно по-честному? Тогда смотрим на цену. Цена — это деньги, которые будут израсходованы на что-то, в конце-концов, как ни крути — на потребление природных продуктов. Потому дорогие вещи, даже очень-очень экологичные сами по себе, в действительности подстёгивают уничтожение природы.
Выброс СО2 можно резко уменьшить, начав строить, наконец, АЭС — массово. Тогда сумма избыточного СО2 упадёт без манипуляций с цифрами и упирания на политические решения.
И — нужно что-то делать с метаном, производимым сельским хозяйством, его парниковое влияние в разы выше, чем у СО2. Причём сделать это просто — нужно меньше жрать (не веганствовать, а именно меньше жрать). Заодно запретить (поставить высокий налоговый барьер) автомобили с двигателями, мощнее 40кВт. В разы уменьшить объём упаковок (не 100 пэ-пакетов на 100 бумажных, а 10 пакетов).
Вот тогда природе станет легче.
Но это же… как это — не жрать? Давайте громкие глупые проекты, но так, чтобы на жратву не покушаться. И на мои 200+км/час на спидометре. И мои коробочки/пакетики красивые!
GiperBober
Вы статью внимательно прочитали? То, что вы описали — это биотопливо 1 поколения, когда топливо производится из непосредственно для этого выращенной культуры — рапса, например. А в статье упоминается уже о следующих поколениях биотоплива — получение биотоплива из отходов и отработки — масел, компоста, жмыха.
Второе — как солнечные панели могут помочь авиации? Пока аккумуляторы никак не достигли энергоёмкости топлива, и построить средне-дальнемагистральный функциональный самолёт на существующих аккумуляторах не представляется возможным. Биотопливо — единственный способ сделать авиацию… Нет, не экологичной. А углеродно-нейтральной. Во всяком случае, до тех пор, пока не появятся реальные варианты аккумуляторов, окисляемых кислородом воздуха. Литий-воздушные, например.
Впрочем, солнечные панели всё же могут помочь. Сейчас идут исследования в направлении получения углеводородов из воздуха при помощи электричества, без применения растений. Нужны водород, СО2 и электричество, чтобы получить метан СН4 и кислород. Вот только фз, как там с КПД и стоимостью топлива, ЕМНИП, биотопливо стоит дороже, чем обычное, на 40-50%, тут, возможно, цифры будут ещё больше.
Ну и до кучи, для оценки масштабов проблемы — доля авиатоплива в общем потреблении нефтепродуктов составляет порядка 7%, или 7 млн. баррелей в день. Если страны ставят целью 100% углеродную нейтральность к 2050-му году, решать эту проблему в такой медлительной отрасли, как авиастроение, надо начинать уже сейчас.
fougasse
Весь этот СО2-neutral буллщит до 20х5 года при необходимости легко обходится.
Если условная Норвегия заявляет о нейтральности к 2025 году, очевидно, что летать "грязные" самолёты в их аэропорты не перестанут, а все пассажиры не пересядут на "зеленый" ж/д.
Просто сделают "исключение" для "зарубежных перевозчиков", прямо как в современном торговом флоте.
И "зелёный" избиратель доволен, и очередная Либерия/Болгария/Украина(у кого в какой момент экологические нормы попроще и к ЕС поближе) получает немного денег за регистрацию.
Все в хорошем настроении и Грета даже не бубнит.
dasFlug
Плохо. Для выработке углеводородного топлива из воды и CO2 требуется как минимум вдвое больше энергии чем будет в получившимся топливе.
T-minus
А можно подробнее расписать рассчет статьи Transport, storage, distribution. Вот именно 26%? Не 25 и не 27?
dasFlug
Не знаю. Для сжиженного водорода выглядит правдоподобно. Источник цифр — возможно опыт BMW, а может у ракетчиков данные взяли сколько потери на хранение и заправку LH. Пишут что потери LH 1% в день при хранении. Плюс потерь добавят переливания. Два если на заправочной станции емкость съемная и три если емкость стационарная.
T-minus
Если, если, если. Почему сжиженный, может он не сжиженный хранится. Картинка, в общем-то, не имеющая отношения к авиации, а имеющая к автомобилям, где используют сжатый водород, иногда, к тому же, вырабатываемый на месте. А как обстоит хранение электричества? Потери 5%? В линии электропередач потери могут быть больше. А при дальнейшем хранении в батарее + 15-20% на заряд-разряд, а сколько ее там останется после месяца хранения в батарее? Как-то этот момент не рассмотрен.
dasFlug
Я эту картинку взял ради третьей колонки. Что там с водородом в автомобилях по сравнению с аккумуляторами честно говоря не сильно интересовался.
Но все потери связанные с передачей и хранением электроэнергии, кроме потерь в аккумуляторе машины, будут и в водородном цикле и в цикле выработки жидкого топлива. На картинке их нет. Как и нет потерь на преобразование переменного тока в постоянный которое нужно для электролиза. Вообщем вся табличка оставляет желать лучшего.
T-minus
При водородном цикле хранение энергии осуществляется в водороде, а при хранении непосредственно электроэнергии — в батареях. Никакая батарея при хранении водорода не нужна. Перекачка водорода может также осуществляться уже по трубе, что дешевле, чем передача энергии по проводам.
dasFlug
Что-то я никак не пойму что вы предлагаете. Вырабатывать водород чуть ли не на электростанции чтобы не было потерь на передачу и заодно выравнивать нагрузки, там и хранить и передавать его по трубопроводам на заправки по мере необходимости?
T-minus
Обычно этот график постят хомячки Илонмаска. При этом Илонмаск летает на неэффективном частном реактивном самолете и запускает ракеты на керосине. Такая вот неэффективность. На эффективных батарелках он летать не хочет.
dasFlug
Батарейки как-то сбоку к обсуждению «биотопливо vs синтез из воздуха и воды». Производство биотоплива скорее всего будет энергетически более эффективно — фотосинтез уже произвел частичное восстановление углерода и водорода.
ЗЫ Я знаю кто эту картинку тут постил. Уже объяснили постившему что цифра 13% в последней колонке это если нефти не будет, а будет только электричество. Если есть нефть есть то там больше 30%.
v1000
а безопасность продуктов сгорания хорошо проверили? у первого поколения биотоплива оно не особо было. хотя и этилированный бензин в свое время никак не хотели признавать вредным, потому что было выгодно его производить.
Bedal
Вы случайно не читали о том, что во многих приличных странах любовно отсортированные отходы опят валят в кучу, потому как смысла в этом нет? Не читали? А я — видел на британском мусороутилизационном заводе.
Вот то же самое будет с «получением биотоплива из отходов и отработки — масел, компоста, жмыха.» Кто будет это собирать и сортировать, когда технологиями это не предусмотрено? Высокая цена биотоплива — посчитана без этих расходов, между прочим. То есть реальная будет ещё, ещё выше.
lv333
Не обязательно зацикливаться на одном рапсе или чем нибудь подобном, вполне можно выращивать цианобактерии: спирулина, хлорелла. Места потребуется в разы меньше, ресурсов тоже, производительность гораздо выше, проще автоматизировать процесс.
Вполне вероятно что этот способ куда эффективнее чем солнечные панели и использования электричество для синтеза топлива с СО2.