Branża lotnicza stoi w obliczu ogromnego wyzwania związanego z redukcją emisji dwutlenku węgla. Rocznie lotnictwo odpowiada za ponad gigatonę emisji CO₂, co stanowi znaczący udział w globalnym bilansie gazów cieplarnianych. Rozwiązaniem, które zyskuje coraz większą popularność i wzbudza nadzieje na realną poprawę sytuacji, jest paliwo lotnicze ze zrównoważonego źródła (Sustainable Aviation Fuel – SAF), wytwarzane z surowców niezwiązanych z wydobyciem paliw kopalnych. Zyskując coraz większe poparcie zarówno branży, jak i pasażerów, SAF może stać się kluczowym elementem transformacji sektora lotniczego w kierunku bardziej ekologicznej przyszłości.
Stany Zjednoczone, będąc jednym z największych producentów bioetanolu na świecie, rocznie wytwarzają około 15,6 miliarda galonów tego surowca. Proces produkcji etyliny jednak generuje 48 megaton CO₂, co paradoksalnie utrudnia osiągnięcie celów klimatycznych. Jednocześnie, ten ogromny potencjał etyliny może być wykorzystany do produkcji SAF na skalę przemysłową, oferując realną szansę na znaczne zmniejszenie śladu węglowego lotnictwa.
Badacze z Uniwersytetu Michigan podjęli się szczegółowej analizy różnych ścieżek technologicznych, które umożliwiają wytwarzanie paliwa lotniczego ze zrównoważonego źródła z wykorzystaniem bioetanolu. Celem było zidentyfikowanie tych procesów, które charakteryzują się najmniejszym wpływem na środowisko, aby w przyszłości pomóc w kształtowaniu polityki i kierunku rozwoju branży.
Obecnie najpopularniejszą metodą produkcji SAF z bioetanolu jest proces nazywany “Alcohol-to-Jet" (ATJ). Technologia ta polega na chemicznej modyfikacji etyliny, przekształcającej ją w paliwo lotnicze. Chociaż charakteryzuje się wysoką wydajnością – około 90 % – redukcja intensywności węgla w porównaniu z konwencjonalnym paliwem Jet A jest stosunkowo niewielka, oscylując w zakresie 4,5 % do 20 %.
Porównanie Ścieżek: Gas Fermentation vs. Fischer-Tropsch Synthesis
Zespół badawczy postanowił porównać proces ATJ z dwoma alternatywnymi metodami opartymi na wykorzystaniu dwutlenku węgla. Oba te nowe podejścia rozpoczynają się od przekształcenia wychwyconego CO₂ w tzw. syntezogaz (syngas) – mieszaninę tlenku węgla (CO) i wodoru (H₂).
Pierwsza z tych ścieżek, proces fermentacji gazowej (gas fermentation), wykorzystuje syntezogaz do wytworzenia etyliny, która następnie jest przetwarzana metodą ATJ w celu uzyskania paliwa lotniczego. Druga metoda, synteza Fischer-Tropscha (Fischer‑Tropsch Synthesis), przekazuje syntezogaz do reaktora, gdzie odbywa się synteza długołańcuchowych węglowodorów płynnych, które stanowią główny składnik paliwa lotniczego.
Analiza cyklu życia (life‑cycle assessment) wykazała, że obie te metody znacząco przewyższają konwencjonalne procesy pod względem redukcji wpływu na środowisko. Synteza Fischer‑Tropscha oferuje najbardziej obiecujące wyniki, prognozując redukcję intensywności węgla nawet do 90 %, podczas gdy fermentacja gazowa ma potencjał redukcji o 84 %.
Pomimo wyższej skuteczności syntezy Fischer‑Tropscha, badacze uwzględnili również inne czynniki, takie jak dostępność istniejących zakładów produkujących bioetanol oraz umiejętności kadry pracowniczej. W oparciu o te aspekty, proces fermentacji gazowej, a następnie ATJ, okazał się ścieżką o najłatwiejszej implementacji i przejściu, mimo nieco niższego poziomu redukcji intensywności węgla.
"Przy planowaniu produkcji dużych ilości zrównoważonego paliwa lotniczego z wykorzystaniem dwutlenku węgla, należy wziąć pod uwagę szereg czynników. Wykorzystanie dwutlenku węgla pochodzącego z fermentacji etanolu kukurydzy stanowi najszybszą drogę do skalowania tej nowej branży" – podkreślił Volker Sick, były dyrektor Globalnej Inicjatywy CO₂ oraz profesor Uniwersytetu Michigan.
Perspektywy Ekonomiczne i Przyszłość Lotnictwa
W celu dokładniejszej oceny potencjału ekonomicznego poszczególnych ścieżek technologicznych, zespół badaczy przeprowadził kolejne analizy, mające na celu zrozumienie, która z metod okaże się najbardziej opłacalna i którą można będzie najszybciej wdrożyć w warunkach amerykańskiego rynku.
W obecnej sytuacji, gdy elektryfikacja i wykorzystanie wodoru w lotnictwie napotykają na znaczne przeszkody techniczne i praktyczne, paliwa węglowodorowe prawdopodobnie pozostaną niezbędnym elementem funkcjonowania branży w przewidywalnej przyszłości. Zrównoważone paliwo lotnicze, wytwarzane z wykorzystaniem opracowanych metod konwersji, oferuje realną możliwość "odgazowania" paliwa lotniczego i osiągnięcia znaczącego postępu w redukcji śladu węglowego lotnictwa, zapewniając realne, krótkoterminowe rozwiązanie, gdzie alternatywy są ograniczone.
"Te procesy konwersji zapewniają wiarygodny sposób "odgazowania" paliwa lotniczego i osiągnięcia znaczącego postępu w redukcji śladu węglowego lotnictwa – oferując realistyczne, krótkoterminowe rozwiązanie, gdzie alternatywy są ograniczone" – dodał McCord. Rozwój i wdrażanie SAF stanowi zatem kluczowy element transformacji branży lotniczej, umożliwiający redukcję emisji gazów cieplarnianych i wkład w walkę ze zmianami klimatycznymi. Wykorzystanie istniejących zasobów, takich jak bioetanol, oraz doskonalenie procesów technologicznych, pozwolą na dalsze zwiększenie efektywności i dostępności tego zrównoważonego rozwiązania.