Duurzame vliegtuigbrandstof (SAF - Sustainable Aviation Fuel), waterstof en elektrisch vliegen spelen allemaal hun rol bij het koolstofvrij maken van de luchtvaart. SAF is van vitaal belang omdat het de decarbonisatie van brandstof gedurende zijn levenscyclus kan aanpakken, en dit is nu beschikbaar voor gebruik in alle turbinemotoren. Daarom is het begrijpen van het grondstoffenlandschap en de technologische paden een integraal onderdeel van het maximaliseren van de productie en levering van SAF.
De productie van SAF begint met één van de vijf belangrijkste families van grondstoffen:
- Oliën en vetten,
- Suiker en granen,
- Stedelijk vast afval,
- Hout en landbouwresiduen,
- Hernieuwbare energie en koolstof die worden gebruikt om een deel van de grondstof ruwe olie te vervangen.
Elk van deze grondstoffen maakt gebruik van een bepaalde productietechnologie, waarbij elk specifiek technologietraject goedkeuring nodig heeft van de brandstofstandaardinstantie ASTM voordat deze commercieel wordt ingezet.
Er zijn twee manieren om SAF te produceren: met standalone units of via co-processing. Standalone units gebruiken duurzame grondstoffen om de synthetische kerosine (SK) te produceren, die vervolgens wordt gemengd met conventionele helikopterbrandstof om SAF te produceren. Terwijl SAF die wordt geproduceerd door co-processing met 5% duurzame grondstoffen worden verwerkt samen met fossiele grondstoffen via hydro-processing in de raffinaderij.
Met standalone units wordt de grondstof in een bio-raffinage omgezet in SK en vervolgens gecertificeerd volgens de relevante specs in ASTM D7566-norm. De goedgekeurde technologietrajecten en bijbehorende grondstoffen zijn weergegeven in tabel 2. Deze SK wordt vervolgens tot 50% gemengd met conventionele vliegtuigbrandstof en gecertificeerd volgens ASTM D1655 of Defence Standard 91-091 en wordt geleverd als conventionele Jet A / Jet A-1 brandstof.
Twee van de technologiepaden en bijbehorende grondstoffen zijn goedgekeurd om SAF te produceren door middel van co-processing. Deze grondstoffen zijn weergegeven in tabel 3.
Waterstofbehandelde esters en vetzuren (HEFA)
Gedreven door de lagere kapitaalkosten en de beschikbaarheid van grondstoffen die qua energiedichtheid dicht bij fossiele brandstoffen liggen, wordt het grootste deel van de SAF die vandaag wordt geleverd, afgeleid met behulp van de waterstofbehandelde esters en vetzuren (HEFA)-route. De primaire grondstoffen voor deze omzettingsroute omvatten afvalvetten, oliën en vetten en na voorbehandeling kunnen deze worden verwerkt in standaard hydrocracker-eenheden.
Hoewel HEFA synthetische paraffinekerosine (SPK) momenteel de enige commerciële route is die op grote schaal wordt gebruikt om SAF te produceren, zijn de huidige grondstoffen beperkt. Er is behoefte aan een snelle commerciële grootschalige mobilisatie van duurzame grondstoffen. Alternatieve hoogenergetische gewassen die worden getest of al zijn goedgekeurd als HEFA-grondstoffen, zijn algen, camelina, pennycress, talgboom en carinata. We promoten het gebruik van bodembedekkers (gewassen die worden geteeld voor de bescherming en verrijking van de bodem), zoals carinata, als grondstof wanneer ze geen extra vraag naar land vereisen en bijdragen aan duurzame landbouwpraktijken - ter ondersteuning van koolstofaccumulatie in de bodem, bodemkwaliteit en biodiversiteit. bp heeft al een langetermijnovereenkomst voor strategische afname en marktontwikkeling gesloten met Nuseed om carinata-olie te kopen.
Hoewel een toenemend aantal vluchten wordt gevoed door SAF geproduceerd uit de HEFA-route, betekenen beperkte grondstoffen dat we verwachten dat SAF geproduceerd van 'alcohol tot jet' (AtJ), stedelijk vast afval (MSW) en tweede generatie (2G) biomassa na 2030 aanzienlijk zal toenemen.
Eerste generatie alcohol om te jetten (AtJ)
'Alcohol to jet' (AtJ) is een andere technologie die een goedgekeurde route heeft. Het is een methode waarbij suikerachtige, zetmeelrijke biomassa zoals suikerriet en maïskorrels via fermentatie worden omgezet in ethanol of andere alcoholen. De grondstoffen zijn gemakkelijk te kweken en per trein te vervoeren, maar suikerriet moet binnen 48 uur na het snijden worden verwerkt tot ethanol. Om lage logistieke kosten te bereiken, de koolstofemissies van transport te verminderen en beter gebruik te maken van de infrastructuur, profiteren ethanolfabrieken van het feit dat ze dicht bij grondstofproductiefabrieken en raffinaderijen worden geplaatst.
In sommige regio's, met name in Noord- en Zuid-Amerika, worden grondstoffen zoals maïs en suikerriet momenteel commercieel gebruikt voor de productie van brandstof. De vraag vanuit sectoren als grondtransport en petrochemie betekent echter dat er beperkte grondstoffen beschikbaar zijn voor de luchtvaart. Als gevolg hiervan zijn er momenteel geen commerciële SK-fabrieken die het AtJ-productiepad gebruiken. Timing is daarom de belangrijke factor om te overwegen met het AtJ-pad. Naarmate grondtransport meer in de richting van elektrificatie gaan, zal dit de aanvoer van grondstoffen voor de luchtvaart vrijmaken, wat op zijn beurt zal leiden tot commerciële SAF-productie via deze route.
Een andere overweging met de AtJ-route is dat de vermindering van de koolstofintensiteit niet zo sterk is in vergelijking met de alternatieve technologieën. De implementatie van oplossingen zoals technologie voor koolstofafvang en -opslag zal de sleutel zijn tot het verlagen van de uitstoot van broeikasgassen (BKG) met behulp van deze technologie. Andere opties om te evalueren zijn het gebruik van biogas in plaats van aardgas in molens en het ombouwen van landbouwmachines om te draaien op biobrandstoffen in plaats van fossiele brandstoffen.
Fischer-Tropsch (FT) voor vast stedelijk afval (SVA)
Net als bij AtJ zijn er goedgekeurde trajecten voor deze productie. Er is ook beschikbaarheid van grondstoffen, daarom richten producenten zich op technologische ontwikkelingen die de relatief hoge kapitaalkosten kunnen verlagen.
Voor SAF geproduceerd uit stedelijk afval met behulp van Fischer-Tropsch (FT) technologie wordt de belangrijkste milieuwinst afgeleid van het feit dat het afval anders zou worden achtergelaten om te ontbinden op stortplaatsen. Volgens de Wereldbank genereert de wereld jaarlijks meer dan 2 miljard ton van dit afval; een cijfer dat naar verwachting zal groeien tot 3,4 miljard ton in 2050. Hoewel de toegang tot dit afval als grondstof over de hele wereld op grote schaal beschikbaar is en het doorgaans een goedkopere grondstof is dan andere grondstoffen, concurreert de luchtvaart in sommige regio's met andere sectoren, waaronder de energiesector, voor toegang tot deze grondstof.
In de EU pleit bp – naast andere grondstoffen- en technologietrajecten – voor de erkenning van gerecycleerde koolstofbrandstoffen gemaakt van het niet-organische deel van dit afval als SAF in het kader van het geplande SAF bijmeng-mandaat van de EU.
Het is een kapitaalintensief proces om de infrastructuur op zijn plaats te krijgen, omdat de productie bestaat uit het produceren van een FT-was die vervolgens wordt verfijnd tot SK voordat deze wordt gemengd in SAF. Het goede nieuws hier is dat er voortdurend wordt gewerkt aan onderzoek en ontwikkeling van technologieën die zullen leiden tot een efficiëntere productie.
Technologieën om biomassa van de 2e generatie om te zetten
Voor deze grondstoffen is er geen route die commercieel wordt ingezet. Er wordt echter gewerkt met ASTM voor pyrolyse van biomassa door zowel standalone productie als co-processing in raffinaderijen. Zodra een traject is goedgekeurd, moeten demo-installaties worden opgezet om de technologie op schaal te bewijzen voordat deze commercieel wordt ingezet.
Hoewel biomassa van de tweede generatie, zoals land- en bosbouwresidu, als grondstof enorm beschikbaar is, moet het eenmaal geaggregeerd over de weg of per spoor worden vervoerd - als vaste stof kan het niet via pijpleidingen worden verplaatst. Uiteindelijk betekent dit dat we eindigen met kleine productie-installaties in de buurt waar bosresten worden verwerkt. Hoewel er al een handvol van deze fabrieken bestaat, wordt er momenteel geen enkele gebruikt om SAF te produceren.
Fischer-Tropsch (FT) voor power-to-liquid
Misschien wel een van de meest veelbelovende routes voor SAF op de langere termijn is power-to-liquid (PtL)-technologie (het produceren van wat eSAF wordt genoemd), maar die nog in de kinderschoenen staat. Hernieuwbare elektriciteit (uit bronnen zoals zon, waterkracht of wind) wordt gebruikt in een elektrolyseproces om waterstof uit water te halen. Deze groene waterstof wordt eerst gebruikt om koolstofdioxide (uit de lucht, biogene of industriële bronnen) om te zetten in koolmonoxide. Vervolgens wordt met behulp van FT-synthesetechnologie deze koolmonoxide samen met meer groene waterstof omgezet in een was die kan worden opgewaardeerd tot SK.
De uitdaging die momenteel met eSAF-technologie wordt geleverd, zijn de kosten. Om commercieel levensvatbaar en concurrerend te zijn met conventionele vliegtuigbrandstof moet deze brandstof (die naar verwachting op korte termijn drie tot acht keer meer zal kosten dan conventionele vliegtuigbrandstof en tot ongeveer vier keer meer dan SAF gemaakt van HEFA) tegen lage kosten worden geproduceerd. De beschikbaarheid en kosten van hernieuwbare energie en koolstofdioxide, evenals de uitbreiding en verbetering van groene waterstofcentrales moeten worden aangepakt om aan de marktvraag te voldoen.
Koolstofdioxide kan worden veiliggesteld uit bestaande industriële bronnen zoals gips, beton en voedselproductiebedrijven, evenals directe koolstofafvang in de lucht (een technologie die koolstofdioxide uit de atmosfeer verwijdert). Terwijl sectoren zoals de staal- en cementindustrie technische oplossingen blijven zoeken om de koolstof die ze uitstoten te verminderen, kunnen eSAF-producenten profiteren van het gebruik van deze kosteneffectieve kooldioxidebron.
Wat betreft het verhogen van de productie van groene waterstof, zoals het door veel industrieën wordt vereist om koolstofvrij te maken, zal de luchtvaart profiteren van de nadruk die wordt gelegd op het verhogen van de productie. Daarnaast hebben Duitse mandaten specifieke vereisten voor eSAF vanaf 2026 en Europese mandaten die momenteel worden afgerond, zullen naar verwachting in 2030 volgen. Op langere termijn zal eSAF ook profiteren van de lopende werkzaamheden bij de ontwikkeling van nieuwe trajecten naast de reeds goedgekeurde trajecten. Met name methanol om te vliegen zou een concurrerende alternatieve productiemethode voor deze grondstoffen kunnen bieden.
Conclusie:
Kortom, de luchtvaart is een van de moeilijkst te verminderen sectoren als het gaat om het verminderen van de koolstofemissies gedurende de brandstoflevenscyclus, waarbij SAF momenteel de enige manier is om de industrie snel en op schaal koolstofvrij te maken. Het gebruik van een breed scala aan grondstoffen is de sleutel tot de productie van SAF, net als de voortdurende evolutie van de opties voor productietrajecten.
Waar SAF de oplossing is voor duurzaam vliegen met turbinemotoren, zullen we in een komend artikel hebben over de mogelijkheden voor AvGas die we gebruiken in onze pistonmotoren in de luchtvaart.
Bron: Met dank aan bp Aviation Fuels voor dit zeer interessant artikel.