В поисках Святого Грааля для авиации: возможно ли создание экологичного топлива для самолётов?

Авиация долгое время была символом современности, олицетворяя триумф инженерного искусства над гравитацией и кульминацию мечты человечества о полётах. Однако сегодня глобальный бизнес авиаперевозок представляет собой одну из самых сложных климатических проблем в мире. На коммерческие авиарейсы приходится около 2,5% ежегодных выбросов CO. Однако общее воздействие авиации на климат значительно выше, если учитывать также воздействие инверсионных следов и оксидов азота. В отличие от автомобилей, автобусов или поездов, которые можно переоборудовать для работы на батареях или водородном топливе, реактивным двигателям требуется топливо, такое как специальный авиакеросин, которое обладает огромной мощностью и при этом имеет небольшой, лёгкий вес и пониженный объем.

Именно поэтому декарбонизация авиации представляет собой столь сложную задачу для учёных и инженеров, замедляя процесс перехода этой отрасли к более экологичной экономике. Например, батареи по-прежнему слишком тяжелы для большинства типов летательных аппаратов, а водородное топливо в чистом виде потребует совершенно новых конструкций и глобальной инфраструктуры для его поддержки. Даже пока нет уверенности, что вес конструкций, для обеспечения взрывобезопасности, будет подъёмным для дальнемагстральных самолётов. По мере ужесточения климатических целей и стремления авиационной отрасли выполнить собственные обязательства по достижению углеродной нейтральности, разворачивается гонка за поиском реалистичной альтернативы традиционным ископаемым видам топлива. И до недавнего времени главным претендентом, а, по сути, единственным решением в ближайшей перспективе, было экологичное, но эффективное авиационное топливо (SAF - Sustainable Aviation Fuel).

Концепция в самом широком смысле не нова. Авиакомпании регулярно смешивают стандартное реактивное топливо с небольшими количествами биотоплива, получаемого из сельскохозяйственных отходов, отработанных растительных масел и даже бытовых отходов. И хотя эти смешанные виды топлива могут снизить общие выбросы, по сравнению со стандартным ископаемым (для реактивных двигателей), они никоим образом недостаточны для достижения амбициозных целевых показателей по выбросам, установленных на перспективу авиационной отраслью.
Даже в своём нынешнем виде эти экологические добавки в авиационный керосин испытывают трудности в снабжении, сталкиваясь со значительным дефицитом, помимо других ограничений. Сырье и источники, используемые для производства биотоплива, ограничены в количестве - поэтому авиакомпаниям приходится конкурировать с другими отраслями за доступ к ним. Более того, масштабирование производства для удовлетворения огромных потребностей глобального флота, насчитывающего тысячи коммерческих самолётов, практически невозможно в рамках существующей инфраструктуры.

Однако и в этой непростой требовательной категории появляется новый класс топлива, который может отбросить традиционные представления и полностью переписать правила игры. Именно здесь на сцену выходит электросинтетическое авиационное топливо (e-SAF), которое создаётся непосредственно из уловленного углерода и экологически чистого водорода, получаемого из воды. Надо признать, что пока химический процесс его получения довольно сложен, но основная идея элегантно проста: извлекать CO непосредственно из природных биогенных источников, соединять его с водородом, полученным благодаря возобновляемой электроэнергии, и синтезировать жидкое углеводородное топливо, которое ведёт себя почти так же, как обычное реактивное.

Что особенно важно, с точки зрения достижения целевых показателей по выбросам, поскольку углерод, используемый в e-SAF, уже находится над поверхностью земли и улавливается, прямо или косвенно, из воздуха, то топливо может приблизиться к практически нулевым выбросам. И чем больше возобновляемой энергии используется в процессе, тем чище и экологичнее становится топливо. Это действительно тихая революция, которая почти не была замечена широкой общественностью. На этом фоне амбициозный проект находится на пороге воплощения этого футуристического видения в реальность. Если эти усилия увенчаются успехом, они достигнут того, что многие считают Святым Граалем «зелёной авиации».

Один небольшой, но амбициозный финский стартап, занимающийся климатическими технологиями и системами охлаждений для дата-центров (что для скандинавских стран сейчас практически идентично), разрабатывает систему, которая преобразует биогенные выбросы диоксида углерода и экологически чистый водород в устойчивое реактивное топливо. Обширные леса Финляндии и развитая биоэкономика приводят к тому, что ежегодно образуется большое количество выбросов углекислоты в результате производства целлюлозы, переработки лесных отходов и работы биогазовых установок. Цель разработчиков — уловить эти выбросы и использовать их для производства эффективного «зелёного» авиакеросина.

Технологический процесс основан на низкотемпературном электролизе — технологии, позволяющей соединять водород с уловленным углекислым газом для образования углеводородов, которые затем могут быть переработаны в востребованный продукт. По сути, используя экологически чистую электроэнергию, обильные запасы биомассы и высокотехнологичную промышленную химию, стартап находится на ранних этапах производства практически углеродно-нейтрального топлива для самолётов.

Но тут возникает ещё одна, уже глобальная структурная проблема, которую ни одной стране не решить в одиночку: аэропортам может потребоваться новая инфраструктура для заправки самолётов, а производителям - для производства водорода и самого синтетического топлива. Если консорциум стран договорится начать внедрение «зелёной повестки» в авиационный бизнес, то обе эти области могли бы выиграть от такой поддержки со стороны политиков. Несомненно, при позитивном развитии событий, больше всего выиграет третья сторона - природный баланс Планеты и здоровье всех её живых обитателей.

Впервые в истории концепция углеродно-нейтральных коммерческих полётов перестала быть спекулятивной - она уже реализуется на опытных предприятиях, хотя и в относительно небольших количествах. Таким образом, вопреки распространённому мнению, следующий крупный технологический прорыв в коммерческой авиации вряд ли будет связан с экзотическими новыми двигателями или передовыми типами аэродинамики. Вместо этого он, вероятно, произойдёт благодаря химии и возможности восстанавливать жидкое топливо, молекула за молекулой, используя возобновляемую энергию и переработанный углерод. Если технологические прорывы в области eSAF оправдают себя, самолёты будущего будут летать на топливе, которое замнёт углеродный цикл способом, который когда-то считался невозможным.