Что касается разработки экологически чистых видов авиационного топлива (SAF), то 2050 год наступит в мгновение ока, и достижение цели по нулевому выбросу CO2 в авиационном секторе будет зависеть от наличия миллиардов галлонов доступного топлива. По данным IATA, в 2024 году производство SAF достигло 1 млн тонн (1,3 млрд литров), что вдвое превышает объем производства в 2023 году, но значительно ниже прогнозируемых 1,5 млн тонн (1,9 млрд литров).
По мнению некоторых представителей отрасли, включая генерального директора IATA Вилли Уолша, отрасль уже проигрывает в гонке за производством достаточного количества топлива для удовлетворения как требований, так и спроса. “Объемы SAF увеличиваются, но, к сожалению, медленно. Правительства посылают неоднозначные сигналы… а инвесторы в производителей топлива нового поколения, похоже, ждут гарантий легких денег, прежде чем перейти на полную мощность”, — сказал Уолш в декабре.
На сегодняшний день принцип производства SAF заключается в использовании недорогого и обильного сырья, которое требует сложного оборудования ограниченного масштаба, что увеличивает затраты и делает конечный продукт в значительной степени недоступным. Однако в промышленном парке в столичном Чикаго партнерство между технологической фирмой GTI Energy и разработчиком экологически чистых видов топлива Aether Fuels стремится выйти из тупика, используя новый метод создания SAF.
Экологически чистое топливо в основном производится путем гидроочистки отработанных жиров и масел — сырья, запасы которого ограничены, и процессов, которые не учитывают гораздо более обильное количество отходящих газов. Генеральный директор Aether Fuels Конор Мэдиган увидел возможность в этой ситуации, когда в 2022 году его компания в партнерстве с GTI Energy начала расширять трехэтапный производственный процесс.
“С точки зрения химии, гибкость [процесса] обусловлена его способностью преобразовывать CO, CO2, водород и легкие углеводороды”, — сказал Мэдиган в интервью ATW. “Легкими углеводородами чаще всего являются метан, но также могут быть этан, пропан, бутан — в принципе, любые другие углеводороды, находящиеся в газовой фазе при комнатной температуре, — и все они преобразуются в синтез-газ, который нам нужен” для производства SAF.
Наряду с этими газообразными источниками можно использовать биогаз (метан и CO2), газифицированную биомассу из твердых сельскохозяйственных отходов и промышленные отходящие газы из таких источников, как химические и нефтеперерабатывающие заводы.
“Практически все виды углеродных отходов, которые вы можете использовать, могут быть эффективно интегрированы”, — сказал Мэдиган. “Я думаю об этом как о технологии производства швейцарских армейских ножей”.
РАННИЕ РАЗРАБОТКИ
В 2016 году GTI Energy приступила к ранней стадии разработки процесса преобразования газа в жидкость (GTL) SAF. При поддержке Министерства энергетики США некоммерческая организация создала интегрированную пилотную линию, способную производить 1,5 галлона экологически чистого топлива в день, которая была запущена в эксплуатацию в 2021 году. Но в то время как научно-исследовательские разработки такого уровня были вполне под силу GTI, для их коммерциализации требовался партнер.
“Исследования и разработки, как правило, проводятся в идеальных условиях. Вы находите именно тот процесс, который вам нужен, вы просто предоставляете чистые корма для этого процесса и не пытаетесь слишком сильно нарушить условия”, — сказал Мэдиган. “Когда вы переходите к коммерциализации, вы действительно сосредотачиваетесь на том, «как я могу максимально повлиять на каждую часть процесса, чтобы понять, насколько он надежен?’ Итак, вы вводите яды, вы смотрите на гораздо более высокое и низкое давление, вы смотрите на то, какие расстройства это вызовет”.
За прошедшие годы, прошедшие с тех пор, как первая итерация того, что Aether теперь называет процессом Aurora, оправдала себя, дальнейшие исследования и разработки стали названием игры, это трудоемкий процесс — “обычно от 18 до 24 месяцев”, — отметил Мэдиган, — который должен учитывать успех итерации и долгосрочную жизнеспособность. “Это своего рода естественная часть процесса, когда катализатор, с которого вы начали, оказывается не в состоянии справиться с тем или иным сбоем”, — сказал Мэдиган. “Итак, вы выявляете проблему, находите первопричину и переформулируете ее, чтобы сделать более надежной. Мы действительно сосредоточились в первую очередь на прогрессивной перестройке технологического процесса и конструкции реактора, чтобы сделать его надежным, с длительным технологическим периодом и технологичным в производстве, так что при его запуске на коммерческой установке ничего не выйдет из строя”.
На первом этапе трехфазного процесса производства SAF Aether газифицированное сырье подается в электрический термохимический реактор, который компания называет триконвертером, для получения синтез-газа.
“На сегодняшний день для всех этих [различных] компонентов требовались отдельные реакторы. Вы не смогли провести все эти реакции в одном реакторе”, — сказал ATW старший директор по исследованиям и разработкам Aether Эли Файяд, отметив, что электрический преобразователь также позволяет использовать возобновляемую электроэнергию там, где это возможно, и снижает выбросы углекислого газа по сравнению с газовыми реакторами, которым обычно требуется гораздо больше времени для достижения стабильной работы. температуры. “Вам нужен очень хороший температурный режим для вашего реактора, что для нас возможно благодаря тому, что у нас электрический реактор. Таким образом, у нас есть возможность контролировать этот режим”.
На втором и третьем этапах синтез-газ, полученный в триконвертере, проходит через процесс синтеза Фишера-Тропша (FT), который превращает монооксид углерода и водород в жидкие углеводороды, а затем переходит к процессу обогащения, который включает в себя цикл рециркуляции, который направляет непереработанные реагенты и любые побочные газы обратно в реактор. стадия получения синтез-газа для последующей переработки.
Именно здесь процесс становится более кропотливым и деликатным.
“Конвертер FT использует синтез-газ и начинает выстраивать все эти углеродные цепочки в очень аккуратную и прямую форму, и если вы позволите реакции продолжаться, то в итоге получите продукт, который больше похож на вазелин или воск”, — сказал Файяд. “Итак, все, что вам нужно сделать, это поместить эту смесь в реактор, который расщепляет длинные цепочки до желаемого диапазона, а именно диапазона реактивного топлива. Другая часть модернизации заключается в том, что эти прямые цепи имеют тенденцию замерзать при температурах, которые обычно наблюдаются на большой высоте, а мы не хотим, чтобы это происходило в самолете. Вы же не хотите, чтобы топливо для реактивных двигателей замерзало. Поэтому, чтобы улучшить это свойство, мы присоединяем несколько ответвлений к [цепям] во время гидроизомеризации”, которая является этапом, улучшающим текучесть топлива на холоде.
Ожидается, что следующая стадия процесса Aurora будет запущена в эксплуатацию к концу 2025 года и будет производить 1 баррель (42 галлона) SAF в день, хотя Мэдиган в некоторой степени перестраховывается: “Мощность установки составит около 100 галлонов в день”.
ДОЛГОСРОЧНАЯ ПЕРСПЕКТИВА
Осторожность, с которой оцениваются ожидания относительно того, что в конечном итоге сможет производить Aurora, соответствует философии устойчивого роста Aether. Проблемы, связанные с внедрением этой технологии в промышленных масштабах, намного серьезнее, чем те, которые можно решить в лабораторных условиях.
“Ключевое значение имеет тщательная проверка цепочки поставок”, — сказала ATW директор по устойчивому развитию Aether Алисса Норрис“Очень важно, чтобы мы проверяли сырье, которое мы рассматриваем, будь то возобновляемый природный газ, отходы, промышленные отходящие газы, отходы сельского хозяйства, лесоводства, — чтобы убедиться, что оно агрегировано и доступно, а также чтобы у нас были долгосрочные соглашения о сбыте”.
Транспортная логистика также сопряжена с трудностями, поскольку доставка исходных газов на производственные мощности и полученного SAF туда, где он может быть переработан, станет поворотным моментом в коммерческом росте, чем в настоящее время занимается Норрис: “Большинство производителей SAF, включая нас, производят чистый SAF, поэтому его все еще необходимо смешивать прежде чем его можно будет использовать в реальных самолетах.”
ПАРТНЕРЫ-АВИАКОМПАНИИ
Компания Madigan планирует к 2028 году построить первый коммерческий производственный комплекс Aurora. В сентябре прошлого года Aether подписала меморандумы о взаимопонимании с JetBlue Airways (также заинтересованной стороной), а в феврале — с Singapore Airlines о взаиморасчетах в ожидании успешного создания первого предприятия, которое будет способно производить 50 баррелей, или более 2000 галлонов, в день. Несмотря на растущую обеспокоенность в отрасли по поводу ориентиров на 2030 и 2050 годы, в Aether преобладают настроения осторожного оптимизма в сочетании с прагматизмом.
“Существует ошибочное представление о том, что совершенство всегда должно быть целью, и я придерживаюсь подхода, которым должен быть прогресс, особенно в этой отрасли”, — сказал Норрис, на что Мэдиган добавил: “2050 год — это действительно важное стремление. Мы не выступаем за изменение этой даты, но достичь нулевого показателя в авиации к 2050 году будет очень непросто. В настоящее время мы производим менее 1% авиакеросина в качестве SAF, и в ближайшие 25 лет будет сложно увеличить масштабы этой отрасли в сто раз, особенно потому, что используемые нами современные технологии уже исчерпывают свои возможности. Если мы получим [надежное руководство], я думаю, что у нас будут воля и технологии, которые позволят отрасли выйти на чистый ноль — но сможем ли мы достичь этого к 2050 году? На самом деле все зависит только от того, насколько четкой будет политика, потому что если ее не будет, то это определенно займет больше времени”.