Изследователи от ЕС търсят начини да се разшири предлагането на чисти авиационни горива, като произвеждат още от тях от селскостопански култури.
От Тереза Пултарова
Професор Давид Киарамонти е насочил поглед надолу към земята в търсене на помощ за разрешаването на проблем горе в небето: емисиите на въглероден диоксид (CO2) и други замърсители от самолетите.
Специалист по енергийни системи и енергетика в Политехническия университет на Торино, Италия, Киарамонти търси неизползвани, малки по площ и деградирали земи за производството на чисти горива за реактивни самолети.
Богати на петрол растения
Източник на горивата ще бъдат маслодайни растения, като Camelina sativa, което се среща в Европа и централна Азия. Те ще заместят керосина, изкопаемо гориво, с което традиционно се задвижват самолетите. Керосинът допринася за влошаване на изменението на климата, като отделя CO2 и азотни оксиди в атмосферата.
Киарамонти ръководи изследователски проект, получил финансиране от ЕС, за да увеличи предлагането на единствения тип устойчиво авиационно гориво, което е налице понастоящем: хидрообработените естери и мастни киселини, заедно известни като HEFA. Наречен BIO4A, проектът приключи в средата на 2023 г. след пет години работа.
HEFA е биогориво, произвеждано основно от използвано олио за готвене и животински мазнини, остатъци от производството на месо — източници, които в най-добрия случай могат да задоволят 2 % от потребностите от авиационно гориво. Киарамонти смята, че растението Camelina, известно още като ленак, което вирее в държави като Италия и Испания, може да помогне за преодоляване на това затруднение, без да засяга културите, отглеждани за хранителни цели.
„Насочихме се към много бедни почви — върху земи, които са много сухи, безводни и неподходящи за производството на храни, но които може да бъда възстановени“, казва той.
Във връзка с това растението Camelina предлага перспективата за увеличаване на общите количества HEFA и решение на проблема с деградирането на почвите, който засяга редица държави, особено в района на Средиземноморието, като следствие от изменението на климата и интензивното земеделие.
„Най-големият проблем при устойчивите авиационни горива днес е намиране на източник на устойчиви липиди“, казва Киарамонти, който също е президент на италианската организация за изследване на възобновяемата енергия, наречена RE-CORD. „Изследвахме как да произвеждаме устойчиви липиди в малки по площ, деградирали земи.“
Огромни емисии
Емисиите на CO2 от глобалната авиационна индустрия през последните десетилетия нарастват по-бързо от тези от автомобилния, железопътния и морския превоз. Авиацията вече е отговорна за 2 до 3 % от глобалните емисии на CO2 в атмосферата.
Нещо повече, за разлика от шосейните и железопътните превози, електричеството тепърва започва да се разглежда като възможност за авиацията по принцип, тъй като акумулаторните технологии понастоящем могат да задвижват само леки летателни апарати, като дроновете.
Това насочва вниманието към устойчивите авиационни горива, известни още като УАГ.
През октомври 2023 г. националните правителства в ЕС одобриха законодателство, с което се изисква от доставчиците на авиационни горива в Европа да осигурят пазарен дял на УАГ, възлизащ най-малко на 2 % през 2025, 6 % през 2030 и 70 % през 2050 г.
Законът е част от голям пакет европейско законодателство в подкрепа на целта на ЕС за понижаване на емисиите на парникови газове с 55 % през 2030 г. в сравнение с нивата от 1990 г. Целта за намаляване с 55 % е по-амбициозна от предишния план на ЕС за намаляване на емисиите с 40 % за същия период.
Традиционен успех
Химическата структура на HEFA е подобна на тази на изкопаемите горива, което улеснява задачата за съвместимост с реактивните двигатели.
При провеждането на изпитванията с неизползвана земя за производството на HEFA от Camelina, изследователите от проекта BIO4A усъвършенстват традиционните производствени методи.
Проектът използва рафинерия, която произвежда HEFA от отпадъчно олио за готвене и животински мазнини, остатъци от производството на месо, в пълен промишлен мащаб.
Тази посока обяснява участието в проекта на две големи европейски компании за производство на олио: Total във Франция и Eni, базирана в Италия.
„Произведохме 1000 тона HEFA от остатъчно олио, което до този момент бе най-голямото количество, произвеждано някога в промишлен мащаб в Европа в рамките на изследователска програма на ЕС“, казва Киарамонти.
Ротация на културите
Да се върнем към неизползваната земя — екипът с желание показва, че производството на HEFA от растения като Camelina може да се постигне, като същевременно се подпомага отглеждането на култури за храна и фураж.
Идеята се концентрира върху използването на компост, както и биовъглища, които се произвеждат от растителна и животинска биомаса, за подобряване на качеството на почвата и допринасяне за въглеродната неутралност или дори за отрицателен въглероден баланс.
Изследователите смятат, че отглеждането на енергийни култури може да помогне на фермерите да подобрят качеството на малките по площ земи, затова производствата на биогориво и на храни може да съжителстват, а не да се конкурират.
Според Киарамонти енергийните пазари биха могли да плащат на фермерите за възстановяване на качеството на земите с компост и биовъглища.
„По този начин една година в почвата може да се отглеждат енергийни растителни култури, като Camelina, а на следващата — ечемик например“, казва той.
Растителните остатъци ще бъдат компостирани и/или превърнати в биовъглища чрез нагряване при високи температури и ще бъдат връщани в почвата. Това не само ще подобри състоянието на почвите, но и ще заключи в тях въглерода, с което допълнително се намалява екологичният отпечатък от произвежданото гориво за реактивни двигатели.
„Демонстрирахме, че биогоривата могат да бъдат с отрицателна въглеродна стойност“, казва Киарамонти. „Това е революционен резултат.“
Изследователите тестват подхода си на парцели с деградирали земи близо до испанската столица Мадрид и в италианската област Тоскана.
Те експериментират с различни начини на възстановяване на почвите и последователно отглеждат ечемик и Camelina, която понася сушата по-добре от други енергийни култури, които по-рано са били използвани за производството на гориво за реактивни двигатели на базата на HEFA.
Успоредни стъпки
Докато деградиралите земи може да увеличат запасите от HEFA, много изследователи смятат, че устойчивите горива за реактивни двигатели ще трябва да бъдат произвеждани също и от по-широко разпространени ресурси, като отпадъци от биомаса, които не са богати на мазнини.
Това е доста по-сложно от производството на HEFA от маслена биомаса и е предизвикателство, което решава друг изследователски проект, финансиран от ЕС.
Наречен HIGFLY, проектът продължава четири години, до края на 2024 г., и се изпълнява от Технологичния институт в Айндховен, Нидерландия.
Изследователите обръщат поглед към селскостопанските остатъци, остатъците от хранителната промишленост и определени видове водорасли — всичко, в което има захари, но не може да се яде, според д-р Фернанда Нейра Д’Анджело, главният изследовател на HIGFLY, която е специалист по химически технологии в нидерландския университет.
Този тип материал се нарича лигноцелулозна биомаса.
Превръщането на вещество на основата на захар в наситено с енергия олио, което може да накара самолетите да излитат, включва няколко стъпки според Д’Анджело.
„Процесът изисква много повече енергия и етапи на преработка, отколкото превръщането на маслена биомаса в гориво от HEFA за реактивни двигатели“, казва тя.
Изследователите търсят начини за постигане на максимална ефективност на всеки етап, за да може по-голямата част от биомасата и енергията, използвана в процеса, да останат в произведеното гориво.
Те преработват биомасата в циклични органични молекули, наречени фурани, след което ги сливат, за да произведат масла, които по-нататък могат да бъдат рафинирани в гориво. Целта на екипа е да тества първоначалните образци от базираното на биомаса гориво за реактивни двигатели в лаборатории до няколко месеца.
Макар резултатите от проекта да са обещаващи, ще са необходими години, преди такъв тип гориво, основано на биомаса, да може да задвижва самолетите, тъй като сертифицирането на нови горива и навлизането на новите технологии на пазара отнемат време, според Д’Анджело.
„В зависимост от резултатите, които получим в проекта, можем да оценим възможните подобрения в състава на горивото, както и стъпките, необходими за търговската му реализация“, казва тя.
Въпроси за цената
Освен търсенето на достатъчно материал за горива за реактивни двигатели на растителна основа, разработването им е изправено пред сериозно икономическо препятствие — цената.
Горивата за реактивни двигатели на основата на HEFA понастоящем струват почти два пъти повече от изкопаемите си еквиваленти. А цената на горивата от отпадъци от биомаса вероятно ще е три пъти по-висока.
Това означава, че създаването на авиационни горива на растителна основа, които да са конкурентни на изкопаемото реактивно гориво, ще изисква промени в политиките и още инвестиции в изследвания и разработване според Д’Анджело.
„Можем да го направим конкурентно, ако имаме инвестициите и разпоредбите в негова подкрепа“, казва тя.
Киарамонти се съгласява, като заявява, че напредъкът ще е резултат от редица стъпки, включително регулаторни стимули и подобрения в производството и доставката на изходни суровини.
„Това няма да е решение в резултат от една мярка“, казва той.
Изследванията в тази статия са финансирани от програма „Хоризонт“ на ЕС. Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия.
Повече информация
Тази статия е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.
