Биотопливо или нефть? На чём самолёты полетят в будущее

15.03.2021 22:13

Биотопливо или нефть? На чём самолёты полетят в будущее

Сегодня эксперты продолжают спорить о перспективах биотоплива в авиационной отрасли. Мнения на этот счёт различны, при этом очевидно, что пока в вопросе биотоплива больше политики, чем экономики. Биотопливо важно в первую очередь для экологии и программ, направленных на уменьшение объёмов вредных выбросов СО2 в атмосферу. Причём у такого топлива может быть больше вреда, чем пользы.

Что мы знаем о биотопливе?

Сегодня биотопливо кажется чем-то новым и особенным, но на самом деле оно окружало нас всегда. Наиболее простым примером, с которым, наверное, сталкивался каждый россиянин, являются дрова – один из древнейших видов твёрдого биотоплива. Если давать обобщённую характеристику биотоплива, то можно отметить, что это топливо, которое производится из сырья растительного или животного происхождения, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

По-настоящему история биотоплива получила активное развитие в 1970-е годы, когда в США был принят федеральный закон, контролирующий загрязнение воздуха на национальном уровне, он получил название Clean Air Act. Закон принимался во вполне понятных целях, чтобы максимальным образом снизить вредные выбросы в атмосферу различных транспортных средств: от автомобилей и поездов до самолётов. В настоящее время на рынке работает несколько десятков компаний, которые занимаются разработкой и производством биотоплива, и большая их часть по-прежнему расположена именно в США.

Сегодня можно выделить два основных вида биотоплива. К биотопливу первого поколения относят растительное, которое добывают из распространённых сельскохозяйственных культур, обладающих высоким содержанием жиров, сахаров и крахмала. Крахмал и сахар из сельскохозяйственных культур перерабатывается в этанол, а жиры в биодизель. Наиболее распространёнными сельхозкультурами для биотоплива являются пшеница, рапс и кукуруза.

Биотопливом второго поколения называют промышленное биотопливо, которое получают из отходов древесного или растительного производства, отходов пищевой промышленности, отходов промышленных газов и т. д. Получение такого биотоплива менее затратно, чем у культур первого поколения.

Ещё одним видом сырья для биотоплива уже третьего поколения могут стать водоросли. Это перспективное направление развития данной отрасли. Для их производства не требуются дефицитные земельные ресурсы, при этом водоросли обладают большой скоростью воспроизводства и концентрацией биомассы. Важно и то, что их можно выращивать в загрязнённой и солёной воде.

До сих пор большая часть транспортного биотоплива в мире приходится на топливо первого поколения, которое производится из растительного сырья. Но в последние годы инвестиции в эту отрасль падают. У такого топлива и его производства есть масса недостатков. Один из них – подрыв продовольственной безопасности. В мире, где не решена проблема с голодом, переводить сельхозпродукты в топливо многие политики и активисты считают неуместным.

Специалисты считают, что использование подобного биотоплива несёт больше вреда для климата, чем пользы. Снижая выбросы от сжигания ископаемого топлива, мы одновременно вносим серьёзные изменения в землепользование. Растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать площади под продовольственные культуры. Это расходится с программами продовольственной безопасности многих стран.

Производство биотоплива из сельскохозяйственного сырья оказывает непрямое влияние на производство пищевых продуктов питания, влияет на разнообразие выращиваемых культур, цены на продукты питания, а также площади используемых сельскохозяйственных земель. В мире, где, по прогнозам, к 2025 году может насчитываться 1,2 миллиарда голодающих, тратить 2,8 тонны пшеницы на выпуск 952 литров этанола или 5 тонн кукурузы на выпуск 2000 литров этанола, выглядит не самым рациональным и этичным решением.

Более перспективным выглядит биотопливо второго поколения, которое не вредит экологии, не лишает человечество продовольствия и помогает решать проблему отходов. Специалисты полагают, что у такого биотоплива, изготовленного из отходов промышленных газов и древесных отходов, большие перспективы, в том числе и в России. В нашей стране только отходы лесной промышленности оценочно составляют 35 миллионов кубометров ежегодно, а по объёмам лесозаготовок мы уступаем только США.

Перспективы биотоплива в авиации

Авиация и весь сектор воздушных перевозок можно отнести к возможным драйверам роста для биотоплива. В общем объёме потребляемого на планете топлива на авиацию приходится около 10 процентов, это достаточно много. Однако перспективы биотоплива в авиации не так очевидны. У биотоплива как замены нефти, из которой производится авиационный керосин, есть свои плюсы и минусы.

При этом важно помнить о том, что в авиации у биотоплива есть внушительное лобби. В первую очередь на уровне организаций, к которым относят Международную ассоциацию воздушного транспорта и Международную организацию гражданской авиации (ICAO). Данные организации лоббируют само биотопливо и нормативы его использования в авиаперевозках.

Причём сами авиакомпании также видят некоторые преимущества в использовании биотоплива. Во-первых, они поддерживают хорошие отношения с ICAO и общественными организациями. Во-вторых, экологизируют транспорт. Тема экологии в настоящее время очень популярна, можно сказать, «хайпова», и является очень хорошей площадкой пиара для авиакомпаний. В-третьих, у биотоплива есть экономические преимущества, которые заключаются в снижении рисков волатильности цен на топливо.

При этом экономика в вопросе биотоплива играет как в плюс, так и в минус. Сначала рассмотрим положительный момент, который нравится авиаперевозчикам. Рынок биотоплива сегодня является внебиржевым, такое топливо выделяет стабильная и понятная стоимость. В свою очередь, классическое топливо, получаемое в процессе переработки нефти, является биржевым товаром, стоимость которого напрямую зависит от цен на бирже. Колебания цен на топливо идут постоянно, и это наблюдают все, даже далёкие от этой области люди.

Теперь поговорим об экономических минусах. Производство биотоплива недешёвое удовольствие. Профессор химической инженерии и биоинженерии в Калифорнийском университете в Беркли Джей Д. Кислинг, занимающий также пост главного исполнительного директора Объединённого института биоэнергетики, в интервью изданию «Глобальная энергия» рассказал, что массовое производство биотоплива для авиации в настоящее время менее экономически эффективно, чем выпуск авиационного керосина из нефти.

Он отметил:

«Топливо для современных реактивных двигателей, которое производят из нефти, очень дешёвое. Если страны мира установят правила, которые потребуют использования углеродно-нейтральных видов топлива или введут углеродные налоги на авиационный керосин, то это сможет стать мотивацией для производителей биореактивных видов топлива. Мы знаем, что такое топливо возможно производить, но главная проблема сегодня заключается в экономике.»

Со своим заокеанским коллегой согласен и Дмитрий Лось, являющийся директором Института физиологии растений имени Тимирязева (ИФР РАН). Стоимость биотоплива для авиации по-прежнему очень высока. Производство биотоплива в наши дни больше политическая воля, чем экономический феномен. По словам специалиста, авиационный керосин и так хорошо очищен и мало чадит в атмосферу Земли в отличие от угольных электростанций, которых по-прежнему достаточно во всём мире.

И Дмитрий Лось, и Джей Д. Кислинг считают, что наиболее перспективным будет использование биотоплива второго и третьего поколений. Более эффективным представляется выпуск биотоплива из водорослей (природных микроорганизмов), а в перспективе и генно-инженерных микроорганизмов. Данный подход отличается большой ресурсной базой, решает проблему нехватки земель сельскохозяйственного назначения и ирригационных ресурсов.

Помимо этого, такое производство будет технологией закрытого цикла, которая может воспроизводить сама себя бесконечно долго. Как минимум до тех пор, пока над нашей планетой светит Солнце и идёт процесс фотосинтеза. Кислинг в свою очередь добавил, что проблему нехватки ресурсов со временем можно будет решать и за счёт широкого применения в процессе выпуска биотоплива органических отходов.

Использование биотоплива в авиации

Сегодня использование биотоплива в авиации продавливается на политическом уровне. К примеру, в ЕС на долю авиации приходится 3 процента выбросов парниковых газов. За счёт использования биотоплива Международная ассоциация воздушного транспорта рассчитывает вдвое снизить объём вредных выбросов в атмосферу к 2050 году (в сравнении с 2005 годом).

Проблемой является то, что все эти выбросы происходят в наиболее чувствительных к изменениям слоях тропосферы Земли. Рост авиаперевозок на пять процентов в год может со временем привести к тому, что без каких-либо изменений доля выбросов CO2 от авиации в мировом масштабе вырастет до 3-х процентов к 2050 году (в настоящее время в мире на них приходится 2 процента выбросов).

Для атмосферы нашей планеты даже такое повышение – это уже много. Принимая во внимание проблему глобального изменения климата на планете, человечеству необходимо уменьшать объёмы вредных выбросов и работать над повышением экологичности авиационных двигателей. Это важно, если мы хотим ограничить своё воздействие на глобальное потепление на уровне 1,5 градусов Цельсия в сравнении с доиндустриальным уровнем развития.

Пока что замена авиакеросина на биотопливо осуществляется постепенно путём смешивания двух видов топлива в пропорциях 10-20 процентов биотоплива к керосину. Даже при таких объёмах это даёт ощутимое снижение вредных выбросов в атмосферу.

Первый опыт использования биотоплива в авиации относят к 2008 году. Тогда авиакомпания Virgin Atlantic осуществила полёт, смешав 20 процентов биотоплива с обычным авиационным керосином. С тех пор данную технологию опробовали разные авиакомпании, в том числе и такие крупные как KLM. А самое заметное достижение принадлежит Hainan Airlines, которая в 2017 году выполнила полёт из Китая в США, использовав в качестве топлива смесь с добавлением отработанного растительного масла.

Интересуются технологией и в ВВС. К примеру, в Индии военно-транспортные самолёты Ан-32 получили сертификацию для совершения полётов с использованием биотоплива. Двигатели этого самолёта штатно работают на смеси, 10 процентов которой составляют биокомпоненты. К 2024 году ВВС Индии рассчитывают сократить использование обычного авиационного керосина на 4 миллиарда долларов, осуществив достаточно широкий переход на биотопливо.

К 2030 году аэрокосмическая корпорация Boeing планирует выпускать самолёты, которые смогут совершать регулярные рейсы на стопроцентном биотопливе. По крайней мере, такие планы сегодня действительно озвучиваются авиапроизводителем. В то же время биотопливо далеко не единственный способ сокращения вредных выбросов в атмосферу.

Перспективным направлением может стать создание самолётов с гибридными или полностью электрическими двигателями. Это реальный шанс сделать авиацию не просто углеродо-нейтральной, а полностью экологичной. Осталось лишь дождаться появления мощных аккумуляторных батарей, окисляемых кислородом воздуха.