Экологичность авиационных ВРД и биотопливо
В последнее время на сайте появились комментарии, касающиеся авиационного топлива и понятий ему сопутствующих, в частности экологичности, стоимости и мировых запасов сырья для его производства.
Вопрос на самом деле не праздный. Им в наше время занимаются на государственном и межгосударственном уровнях во многих странах мира. Одна из сторон такой деятельности – это разработка альтернативы для традиционного топлива – керосина, который, как известно, получается путем перегонки нефти. В частности это разработка различных видов авиационного биотоплива.
Значение авиации для современного мира вообще переоценить невозможно. Она на данный момент единственный в своем роде быстрый вид транспорта который значительно ускоряет и улучшает мировое торговое взаимодействие между странами и решает проблемы глобального туризма.
Областей мировой экономики, где успешно применяется воздушный транспорт достаточно много. Ежегодно с его помощью во всем мире перевозится более 2,5 млрд. пассажиров. Количество людей, занятых в воздушной индустрии ( название вполне правомерное по-моему :-)) составляет более 33 миллионов.
По некоторым данным в денежном варианте доля грузовых перевозок по миру составляет порядка 430 млрд. долларов, а перевозка пассажиров, то есть туризм по большей части, приближается к триллиону долларов. Если бы мировая коммерческая авиация была бы государством, то она стала бы 21-й в мире по объему ВВП.
Цифры впечатляющие :-). Однако на голом месте ничего само собой не возникает, и за все надо платить. За такую авиационную глобальность тоже приходится расплачиваться.
Что мы хотим получить от двигателя самолета? Понятно, что первое – это тяговая эффективность, второе – экономичность (иной раз и наоборот бывает :-)), и при всем этом неплохо бы (а в настоящее время попросту обязательно :-)), чтобы двигатель был экологичен. Понятно, в меру своих возможностей. Причем возможности эти регламентируются в последнее время все жестче.
И вот как раз с двумя последними понятиями имеются некоторые проблемы. Во-первых, экономичность. Турбореактивный двигатель никогда не отличался особо малым потреблением топлива, и это было его основным недостатком.
Повышение топливной эффективности всегда было одной из приоритетных задач авиационной инженерии. Движки совершенствовались, появились двухконтурные и далее турбовентиляторные двигатели. По сравнению с первыми массовыми пассажирскими реактивными самолетами конца 50-х и 60-х годов современные лайнеры стали экономичнее почти на 70%.
Теперь по средним оценкам для основного парка новых самолетов расход топлива составляет порядка 3,5 литра на одного пассажира на каждые 100 км пути. А для А380 и В-787 эта цифра может быть снижена до 3-х литров. То есть, в общем-то, эти самолеты по расходу топлива можно в определенном смысле сопоставить с семейным автомобилем :-).
Однако, несмотря на все успехи в совершенствовании техники, топлива расходуется очень много. Например, ИЛ-96 (двигатели ПС-90А) в полете может расходовать до 8000 кг керосина за час полета. А сколько самолетов одновременно расходует топливо находясь в воздухе ежедневно?….
Запасы живительных углеводородов (тех самых, которые именно оживляют машины по всему миру, на земле, на воде и в воздухе) на планете тают, а цены на них имеют противоположную динамику движения :-). Причем, на самом деле, не всегда ее можно предсказать, что затрудняет планирование бюджета авиакомпаний. Такова действительность, и будущее в этом смысле рисуется не очень хорошее.
Теперь второй аспект – экологичность турбореактивного двигателя. Само понятие благоприятной экологической обстановки начало основательно волновать человечество примерно последние лет тридцать. А на заре существования ТРД о нем просто никто не задумывался и мало кого волновало, что попадает в атмосферу вместе с реактивной струей выходящих газов.
А попадает немало всякого нехорошего :-). Это и угарный газ, и несгоревшие углеводороды, двуокись и окись азота, диоксид серы и еще различные прелести в более мелких концентрациях и, конечно же, всем известная двуокись углерода СО2, напрямую влияющая на изменение климата на планете. По крайней мере ученые так говорят :-).
Правда, если соблюдать справедливость, то стоит упомянуть, тот факт, что доля авиационного транспорта в мировых выбросах СО2 в атмосферу составляет только 2% на сегодняшний день. Однако, это около 650 млн.
тонн (общие выбросы составляют примерно 34 млрд. тонн). К тому же, во-первых, эти выбросы производятся по большей части в верхних, наиболее чувствительных к изменениям слоях тропосферы (а также в стратосфере).
А, во-вторых, известно, что ежегодный прирост интенсивности воздушного движения в мире составляет около 5%, и в связи с этим происходит ежегодное увеличение выбросов СО2 авиацией в атмосферу на 2-3%.
Если такие темпы сохранятся в ближайшем будущем, то к 2050 году мировая доля авиатранспорта из 2-ух процентов перерастет в 3. Для атмосферы в целом это много.
И, если принимать во внимание глобальные изменения климата на планете, то вполне понятно, что необходимы меры для уменьшения количества вредных выбросов и повышения экологичности авиационных двигателей.
Впрочем, это уже давно стало всем известным фактом.
Вот как раз исходя из этих двух, вышеназванных аспектов и принимаются меры определенного характера в авиации многих стран мира (в той или иной степени, надо сказать :-)).
Совершенствуются, как уже было сказано, силовые установки самолетов и вертолетов.
Улучшается оборудование аэропортов, системы и схемы захода на посадку, системы управления воздушным движением с целью возможного уменьшения времени «холостого висения» самолетов в воздухе.
Однако, в последнее время все больше набирают темп усилия по поиску и использованию альтернативных видов топлива для самолетов. Ранее я уже писал о криогенном топливе.
Использование, например, СПГ (сжиженного природного газа) позволяет снизить выбросы СО2 на 17% (впечатляющая цифра, не правда ли :-)), при этом не теряя в мощности двигателей.
Использование жидкого водорода еще более повышает эти возможности.
Однако, криогеника, к сожалению, требует довольно серьезной переделки конструкции летательного аппарата по сравнению с существующей классической схемой.
Кроме того в основательных изменениях нуждается также инфраструктура аэропортов.
Это одна из причин, по которой в последние годы все чаще на первые позиции выходит применение биотоплива для авиационных двигателей, использование которого, как оказалось, не является столь революционным.
Определение биотоплива таково – это топливо либо из растительного или животного сырья, либо из отходов промышленности (конечно органических), либо из продуктов жизнедеятельности живых организмов. Авиационное биотопливо становится заменой (реально полноценной ) авиационному керосину.
Этот продукт имеет два основных преимущества перед традиционным нефтяным углеводородным топливом. Во-первых, оно производится при использовании возобновляемых источников. Нефтяное топливо, к сожалению, этим похвастаться не может, как и динамикой своих цен :-).
А, во-вторых, процент вредных выбросов в атмосферу при использовании биотоплива значительно ниже. В частности, например, достаточно мало выбросов серы. То есть в атмосферу не поступает диоксид серы SO2, один из самых вредных компонентов сгорания традиционных реактивных топлив.
Кроме того тот СО2, который в атмосферу все же попадает в результате работы авиационных двигателей на биотопливе, потом поглощается растениями, выращиваемыми для его производства, во время их роста примерно в том же объеме.
Пример выделения углекислого газа в атмосферу с использованием традиционного топлива и биотоплива.
Это позволяет свести активное загрязнение атмосферы из-за работы движков практически к нулю. Правда, остается доля СО2, которая вносится в атмосферу при производстве биотоплива. Это сам процесс производства и повышения качества (рафинирование), транспорт и хранение.
Однако, по современным оценкам, эти выбросы ниже аналогичных по назначению при производстве нефтяных видов топлива практически на 80%. Выгода в этом отношении вполне очевидна.
Говоря о жидком биотопливе, надо отметить, что начиналось все, собственно, с наземного транспорта. Всем, я думаю, известны такие названия, как биодизель и биоэтанол. Первое – это замена дизельному топливу, а второе – бензину.
Сырье для первого – это биомасса масличных растений, для второго – в основе своей сахарный тростник (или другие сахаропроизводящие растения, то есть, грубо говоря самогонка :-)), а также, как это не печально, древесина. Это было так называемое биотопливо первого поколения.
Главный его недостаток в том, что оно вырабатывается из того же сырья, что и продовольствие. Кроме того при производстве используется немалое количество пресной воды, вырубаются леса. И того, и другого, и третьего на нашей планете в последнее время имеется немалый дефицит. А поэтому переводить такое жизненно важное сырье на топливо было бы по меньшей мере не умно.
В связи с этим в настоящее время пришел черед производства так называемого биотоплива второго поколения. Для этого используются биомасса растений, которые практически не влияют на пищевую цепочку человека.
Они могут расти без влияния на необходимые нам культурные растения, в том числе и на тех же посевных площадях, где продовольственные культуры временно не высеваются, или же на тех землях, где они вовсе не растут.
Районы мира, хорошо приспособленные для выращивания сырья для биотоплива.
К такого рода растениям относится, например, Ятрофа куркас (Jatropha curcas) – растение, содержащее от 27 до 40% масла и растущее на засушливых землях.
Или Рыжик (Camelina) – по сути дела сорняк для традиционных зерновых культур.
Кроме того здесь могут быть использованы микроскопические водоросли, растущие в загрязненной воде и содержащие масла до двухсот раз больше, чем традиционные масличные культуры.
Масличная культура Рыжик ( Camelina).
Растение Jatropha Curcas (Ятрофа).
С использованием биотоплива, произведенного из вышеупомянутых растений (в основном в смеси с традиционным керосином) уже состоялось немало полетов, достаточно серьезных, в том числе и с пассажирами на борту.
Есть и еще один источник для производства биотоплива второго поколения. Это бытовые и коммунальные отходы, отходы сельского хозяйства, не говоря уже об отходах пищевой, лесной и деревообрабатывающей промышленности.
Ну, и наконец, биотопливо третьего поколения. Для его производства используются исключительно водоросли с высоким содержанием масла. В этой области дела обстоят пока в основном на уровне исследований. Перспективы очень хорошие, но и технологических проблем, связанных с выращиванием водорослей хватает.
Сырье для биотоплива третьего поколения (водоросли).
Однако уже биотоплива второго поколения имеют возможность заменить частично или полностью ныне используемые реактивные топлива в авиации без снижения качества и характеристик работы двигателей. Это означает, что они должны быть по своим параметрам ничуть не хуже использующихся в эксплуатации нефтяных топлив.
Основные параметры это: минимальная температура воспламенения, температура замерзания, минимальная энергоемкость, вязкость, содержание серы в топливе, а также плотность.
Эти условия сводятся к тому, чтобы не нужно было выполнять какие-либо коренные изменения в техническом устройстве летательных аппаратов и инфраструктуре аэропортов.
Топлива первого поколения (типа биодизеля и биоэтанола) в этом плане поставленным условиям не отвечают.
Однако биотоплива второго поколения вполне соответствуют указанным параметрам и иной раз даже их превосходят.
То есть перспектива прорисовывается вполне реальная. Уже на данном этапе биотопливо второго поколения для воздушно-реактивных двигателей достаточно успешно может быть использовано на практике. Об этом говорят достаточно многочисленные тестовые полеты, проведенные различными авиакомпаниями мира.
Схема одного из циклов испытания самолетов, заправленных биотопливом.
Такого рода испытания проводятся со всесторонними проверками работы двигателя на всех фазах полета. В некоторых случаях проводились проверки с выключением и последующим запуском двигателя в полете.
Многие из этих компаний теперь ставят перед собой долгосрочные задачи по внедрению биотоплива в практику полетов. Особенно это касается США.
К примеру, американская (международная) ассоциация ASTM, занимающаяся вопросами стандартизации еще в июле 2011 года установила в стандарте D7566 (стандарт и спецификации авиационных углеводородных топлив), новые поправки, позволяющие формально использовать в эксплуатации (для коммерческих рейсов) авиационное топливо HRJ.
Это топливо на 50% может состоять из биодобавок, произведенных из биомассы ятрофы, рыжика или водорослей. В этом составе оно ничем не отличается от находящегося в каждодневном использовании керосина ( типы J-A и J-A-1).
Как раз в начале лета 2011 года трансатлантический рейс выполнил самолет Boeing 747-8F, чьи двигатели работали на горючем, 15% которого составляло биотопливо, произведенное из рыжика.
Boeing 747-8F
Интересно, что в США большой движущей силой в вопросе ускорения перехода авиации на новый вид топлива стала инициатива ВВС, как наземного, так и морского базирования. Уже существуют планы перехода всей транспортной авиации флота США на смесь керосина с биотопливом к 2020 году. Скорей всего это будет авиационное топливо HRJ.
Однако полномасштабное использование биотоплива в общей авиационной массе на данный момент времени пока еще экономически невыгодно. Это связано с недостаточной развитостью самого производства такого топлива.
Тем не менее подсчитано, что для того, чтобы такое производство, так сказать, утвердилось и получило возможность к полномасштабному развитию, необходимо, чтобы хотя бы 1% всего расходуемого авиационного керосина в мире был заменен на биотопливо. В общем-то, совсем немного.
В заключение хочу показать любопытную диаграмму. Она показывает какие нужны площади для выращивания сырья для биотоплива при условии полной замены им традиционного нефтяного керосина. Здесь 1 — водоросли, 2 — площадь Ирландии, 3 — площадь штата Монтана, 4 — ежегодные мировые посевы кукурузы, 5 — Рыжик, 6 — Ятрофа, Площадь Австралии… Есть о чем поразмыслить :-)…
Сравнительная диаграмма площадей необходимых для выращивания сырья для биотоплива при условии полной замены им традиционного керосина. Красноречиво :-)…
Таковы возможности и существующие перспективы. Во что они обернутся в нашем изменчивом мире пока не ясно. Хочется верить, что к лучшему :-)…
Источник: https://avia-simply.ru/ekologichnost-aviacionnoe-biotoplivo/
Самолет впервые полетел на 100-процентном биотопливе
Green Growler U.S. Navy
Американский палубный самолет радиоэлектронной борьбы EA-18G Growler, прозванный Green Growler, выполнил полет на 100-процентном биотопливе, говорится в сообщении ВМС США.
Это был первый полет самолета на такого рода горючем. Green Growler взлетел с аэродрома базы «Патаксент Ривер» в Мэриленде. Сколько именно продлился полет, не уточняется.
По данным военных, работа двигателя и параметры полета были такими, как если бы самолет был заправлен обычным авиационным топливом.
С 2009 года в ВМС США действует масштабная программа по сокращению потребления углеводородного топлива.
Изначально эта программа подразумевала уменьшение потребления углеводородного горючего вдвое к 2016 году, однако по нескольким причинам этого достичь не удалось.
В частности, американские компании пока не могут производить биотопливо в нужных военным количествах. Кроме того, такое горючее пока стоит существенно дороже обычного.
Поводом для перехода на биотопливо для американских военных стало желание сократить количество вредных выбросов — ВВС, ВМС, Армия и Морская пехота США сегодня являются крупнейшими потребителями углеводородного топлива в стране.
Кроме того, военные полагают, что по мере развертывания масштабного производства биотоплива, поддержать которое сможет и Пентагон, цены на него будут постоянно снижаться и в конце концов опустятся ниже цен на обычное топливо.
По мере выполнения плана по постепенному отказу от углеводородного топлива американские военные провели ряд испытаний техники с биотопливом.
В частности, полеты на смеси обычного горючего и биотоплива (1 к 1) ранее совершили все основные типы самолетов ВМС США и Морской пехоты.
В конце января текущего года патрулирование в Тихом океане провела корабельная группа авианосца «Джон Стеннис» типа «Нимиц», заправленная смесью обычного горючего (90 процентов) и биотоплива (10 процентов).
Во время первого полета боевого самолета, заправленного 100-процентным биотопливом, за Green Growler велось наблюдение при помощи телеметрической системы реального времени.
Инструментальный контроль подтвердил соответствие норме всех параметров работы бортового оборудования EA-18G. В ближайшее время планируется провести еще несколько полетов Green Growler и других самолетов ВМС США, полностью заправленных биотопливом.
По завершении испытаний горючее будет сертифицировано для штатного использования.
Производством биотоплива для ВМС США занимаются компании Applied Research Associates и Chevron Lummus Global.
Оно выпускается методом гидроочистки эфиров и жирных кислот и по своим характеристикам полностью соответствует авиационному керосину типа JP-5. Подробности технологии производства этого топлива не уточняются.
В целом для этого используют масло рапса, рыжика и некоторых других растений, а также животные жиры, которые в присутствии катализатора проходят переэтерификацию в метиловые эфиры.
Разные способы производства биотоплива разрабатывают несколько компаний в мире.
Так, в марте текущего года в Абу-Даби в Объединенных Арабских Эмиратах заработала установка Интегрированной системы энергетики и сельского хозяйства на морской воде (Integrated Seawater Energy and Agriculture System, ISEAS).
В ее основе лежит технология одновременного производства продуктов питания и биотоплива без какого-либо взаимного ущерба. Проект финансируют компании Boeing, Etihad Airways, Honeywell UOP, General Electric, Safran и Takreer.
Новая установка работает в несколько этапов. На первом — специальные насосы закачивают в бассейны с мальками рыбы и планктоном морскую или океанскую воду.
После этого обогащенная продуктами жизнедеятельности рыб вода подается на плантации галофитов, растений, способных переносить высокие уровни засоления почвы или воды.
После галофитов немного обессоленная вода, обогащенная продуктами жизнедеятельности галофитов, перекачивается на мангровые плантации с солеустойчивыми растениями.
Затем с мангровых плантаций вода поступает в зону фильтрации, откуда после очистки просто сливается обратно в океан.
Илистые отложения, погибшие растения, перегной на плантациях галофитов и мангровых собираются и отправляются в установки по производству биотоплива.
При этом выращенные планктон и рыбу можно использовать для производства различных продуктов питания. Вся электроника в ISEAS работает на солнечной энергии.
Источник: https://nplus1.ru/news/2016/09/20/bio
Пассажирский самолет выполнил семичасовой рейс, используя биотопливо из растений
Авиакомпания Etihad Airways осуществила первый в истории коммерческий рейс с использованием биотоплива, изготовленного из солероса (растения, которые могут расти в прибрежной морской полосе с высокой концентрацией соли в почве).
Самолет на биотопливе был оснащен двигателями нового поколения General Electric 1B, а его баки для горючего были заполнены смесью обычного топлива и биотоплива из солероса в пропорции 50 на 50.
Сотрудник Халифского университета науки и технологий Ариф Султан аль-Хаммади (Arif Sultan Al Hammadi) отметил, что подобная разработка «знаменует собой новое начало» в использовании чистой энергии для авиаперелетов.
Биотопливо для этого самолета создавалось компанией ISEAS (Integrated Seawater Energy and Agriculture System) в Масдаре, Абу-Даби. Полет признали успешным, а заправка смесью керосина и биотоплива в пути не понадобилась. ISEAS, финансированием которого занимаются такие компании, как Boeing, Etihad Airways, Honeywell UOP и General Electric, начала свою работу в марте 2016 года.
Процесс создания биотоплива проходит несколько ступеней. Сначала с помощью специальных труб в резервуары с мальками рыб и планктоном заливают морскую или океанскую воду, где она приобретает нужные характеристики.
После этого вода проходит специальную обработку, затем перекачивается на подготовленные плантации с растениями, устойчивыми к соли, включая солерос, который применялся в знаковом перелете.
После всех процедур продукты этого процесса, среди которых — ил, останки растений и перегной, превращаются в биотопливо, а использованная вода очищается и возвращается в океан. Примечательно, что все приборы ISEAS работают на солнечных батареях.
Процесс создания биотоплива SEAS / © SBRC
«Полет Etihad доказывает, что ISEAS меняет правила игры, которые могут принести существенную пользу воздушному транспорту и человечеству в целом.
Разрабатываемые технологии демонстрируют значительные перспективы превращения прибрежных пустынь в продуктивные сельскохозяйственные угодья, обеспечивающие продовольственную безопасность и чистое небо», — утверждает вице-президент Boeing International Шон Швинн (Sean Schwinn).
Между тем это не первый случай, когда в авиации в качестве топлива применяются растения. Во время испытательного полета в 2008 году Air New Zealand использовала смесь биотоплива, полученного из ятрофа, и традиционного топлива в той же пропорции. Boeing 747-400 продержался в воздухе пару часов.
Источник: https://naked-science.ru/article/hi-tech/passazhirskiy-samolet-vypolnil
Перспективы использования биотоплива в гражданской авиации
2015
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА
№ 214
УДК 67.03
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОТОПЛИВА В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
С.А. РЫБКИН, С.А. ПОПОВА
В статье приведены результаты исследований по анализу применения биотоплива в транспортной отрасли и прогнозы развития использования биотоплива для авиации.
Ключевые слова: энергоресурсы, биотехнологии, биотопливо, транспортная отрасль, гражданская авиация.
Истощение запасов углеводородного сырья, рост цен на энергоресурсы, все большая зависимость экономики от нефтяного сектора ведут к необходимости поиска новых нетрадиционных источников энергии. По сравнению с 2013 г. спрос на нефть вырос на 1 млн. барр./с. Прогноз на 2015 г. предполагает рост этого показателя на 1,3 млн. барр./с – до 94 млн. барр./с. [1].
Одним из направлений по снижению зависимости от традиционных видов топлива является использование альтернативных источников энергии. Исходя из комплексной программы развития биотехнологий в РФ на период до 2020 г., главным инновационным развитием современной экономики являются биотехнологии. По оценкам, мировой рынок биотехнологий в 2025 г. достигнет уровня в 2 трил. долл. США [2].
Потенциал развития биотехнологии может являться фактором развития государств. В зависимости от применения биотехнологии в той или иной отрасли существует цветовая типология биотехнологий:
1) биотехнология «белая» – производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для биотехнологии в пищевой, химической и нефтеперерабатывающей и других промышленностях;
2) биотехнология «зеленая» – разработка и внедрение в агрокультуру генетически модифицированных растений;
3) биотехнология «красная» – производство биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода;
4) биотехнология «серая» связана с природоохранной деятельностью, биоремедиацией;
5) биотехнология «синяя» связана с использованием морских организмов и сырьевых ресурсов.
Сектор промышленных биотехнологий является в настоящий момент мощным двигателем развития биоэкономики в мире.
По оценкам компании Frost & Sullivan, в ближайшие годы темпы роста рынка «белой» биотехнологии обгонят темпы роста «зеленой» (сельское хозяйство) и «красной» (фармацевтика, медицина) биотехнологий.
«Белые» биотехнологии положены в основу процессов производства широкого ряда продуктов, получаемых в результате биокатализа и ферментации.
В нашей статье уделим особое внимание «белой» биотехнологии, а именно применению биотоплива. Биотопливо – это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои и др.
Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания – этанол, биодизель), твердое (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород). Такую биомассу можно использовать в качестве топлива для двигателей и для производства электроэнергии.
Под биотопливом подразумевают такие заменители бензина, как биоэтанол (производится из пшеницы, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника), биодизель (производится из пшеницы, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника) и биогаз (биотопливный заменитель природного газа получают из органических отходов, включая отходы животноводческих хозяйств и мусора, полученного от муниципальных, коммерческих и индустриальных источников, прошедших процесс анаэробного разложения).
Существуют два типа биотоплива – первого и второго поколения. К биотопливам первого поколения относятся биоэтанол, произведенный из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и других злаковых культур, и биодизель, полученный из масляничных культур – сои, рапса, пальмы, подсолнечника.
Для их выращивания требуется использование качественных пахотных земель, много сельскохозяйственной техники, а также удобрений и пестицидов.
Понятно, что при такой ситуации производство биотоплива будет конкурировать с пищевым сектором экономики, что будет негативно отражаться на социальной сфере.
Биотоплива второго поколения производятся из непищевого сырья. Оно содержит отработанные жиры и растительные масла, биомассу деревьев и трав. Достоинство такого топлива в том, что растения для него могут выращиваться на менее пригодных землях с применением минимального количества техники, удобрений и пестицидов.
Недостатком является то, что лиг-ноцеллюлоза древесины – это сложный полимерный углевод, требующий больших химических превращений, т.е. больше энергии для получения из него жидких топлив, чем при производстве биотоплив первого поколения.
И все же эффективность производства энергии из биомассы для биотоплив обоих поколений составляет примерно 50%.
Одним из положительных моментов применения биотоплива в сфере транспорта – это сокращение выброса загрязняющих веществ в атмосферу.
Авиатранспорт характеризуется высокой скоростью транспортировки и соответственно высоким энергопотреблением. В общем объеме энергопотребления мировой транспортной отраслью энергопотребление авиационной отрасли составляет 8%. Для авиационной отрасли топливо составляет вторую по величине статью расходов, приблизительно 18-20% от общей суммы расходов.
В перспективе увеличение цен на топливо может негативно сказаться на пассажиропотоке, его уменьшении, особенно на ближнемагистральных и среднемагистральных маршрутах.
Принимая во внимание появление новых технологических инноваций (экономичные двигатели, оптимизирование аэродинамики), которые позволяют повышать энергоэффективность самолетостроения, стоит обратить особое внимание на возможность использования биотоплива в авиации. Пока проблемой биотоплива занимаются только крупные мировые авиаперевозчики.
Согласно Директиве по возобновляемым источника энергии Европейского Союза к 2020 г. ведущие страны ЕС должны увеличить долю использования биотоплива на транспорте с 2% до 10%.
В России также пытаются заниматься проблемой биотоплива, однако речь пока идет о его непосредственном производстве.
В целях стимулирования развития биотехнологической отрасли 24 апреля 2012 г. Правительством была утверждена «Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года».
Стратегической целью данной Программы является выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе промышленной биотехнологии и биоэнергетики и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики.
Впервые биотопливо применила немецкая Lufthansa. Авиарейс из Гамбурга во Франкфурт на самолете A321, один из двигателей которого работал на смеси биотоплива и традиционного авиационного керосина в пропорции 50:50, что позволило изучить особенности работы двух двигателей в реальных условиях эксплуатации и провести анализ расхода топлива.
В то время как авиакомпании переходят от экспериментальных полетов к коммерческому использованию биотоплива, крупнейшие авиастроители начинают развивать сотрудничество с перевозчиками по вопросам производства новых видов топлива.
В настоящее время получили одобрение несколько способов получения биотоплива для гражданской авиации:
1) «возобновляемое синтезируемое изопарафиновое топливо» (synthesized iso-paraffinic, SIP). Данный вид топлива вырабатывают из гидрогенезированных ферментированных сахаров,
получаемых из сахарного тростника, для последующего смешивания с традиционным авиакеросином (не более 10% от объема) [3];
2) конверсия триглицеридов из растительных масел и продуктов жизнедеятельности животных, более известных как «гидратированные эфиры и жирные кислоты» (hydroprocessed esters and fatty Acids, HEFA);
3) переработка биомассы и сырья из полезных ископаемых в топливо посредством процесса Фишера-Тропша.
В России производство биотоплива было организовано из такой сельскохозяйственной культуры, как Camelina, являющейся родственником капусты и до недавнего времени считавшейся сорняком. Из данного рода растений производят биотопливо второго поколения, получаемое путем разложения биомассы без доступа воздуха.
К сожалению, в настоящее время использование биотоплива в авиации экономически не выгодно, так как оно дороже обычного авиационного керосина. По прогнозам экспертов, цены на нефть могут уже в ближайшее время обрушиться (что мы видим в настоящее время).
При таком положении одной из мер могут быть законодательные обязательства использовать в той или иной пропорции более чистые, но в то же время и более дорогие альтернативные виды топлива. Однако такие меры приведут к снижению конкурентоспособности авиаперевозок.
По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплива приведет к росту цен на нефть и бензин на 15%.
Крупнейшая в Китае нефтеперерабатывающая компания Sinopec стала пионером в создании такого топлива из пальмового масла и переработанного растительного масла, используемого для приготовления пищи, на НПЗ Zhenhai Refining and Chemical Company.
Первый испытательный полет рейсового самолета Airbus A320 авиакомпании China Eastern Airlines на таком горючем был проведен в апреле 2013 г. Основной проблемой на пути коммерческого применения биотоплива на данный момент является его дороговизна.
Производимое по ресурсосберегающей технологии биотопливо снижает в течение своего жизненного цикла выбросы углекислого газа на 50-80% по сравнению с нефтяным топливом, поэтому оно будет играть основную роль в поддержке роста авиации при одновременном улучшении экологических показателей.
Согласно ежегодному прогнозу рынка гражданской авиации компании Boeing для удовлетворения быстро растущего спроса на внутренние и международные пассажирские перевозки к 2033 г. Китаю потребуется более 6000 новых самолетов.
Необходимо также учитывать, что экологическое движение и введение EU ETS оказывают влияние на гражданскую авиацию в плане введения в ближайшем будущем дополнительного экологического налога на авиакомпании.
Одна из крупнейших авиастроительных компаний в мире концерн Airbus и РТ-Биотехпром, входящий в Госкорпорацию Ростех, подписали соглашение о партнерстве в области производства в России авиационного биотоплива.
Соглашение в ходе международного авиационно-космического салона МАКС-2013 подписали генеральный директор РТ-Биотехпрома Сергей Краевой и исполнительный вице-президент Airbus S.A.S. по Европе Кристофер Бакли.
В рамках достигнутых договоренностей предусматривается изучение потенциала использования российских технологий и возобновляемого сырья (биомассы) для производства авиационного биотоплива в России. Первые результаты планировалось получить во второй половине 2014 г.
После этого будет принято решение о возможности и экономической эффективности организации в России производства биотоплива для нужд авиации из экологически чистого сырья в промышленном масштабе.
Другой путь, который кажется более перспективным, это резкое снижение стоимости производства биотоплива.
В этой связи особенно актуальными становятся исследования в области создания генномодифицированных агрокультур, которые позволят получать больший объем топлива с единицы посевных площадей.
При этом в отличие от растений, которые используются в пищевой промышленности и бытовом потреблении, вопросы влияния генномодифициро-
ванных растений на человека в данном случае не будут стоять на повестке. Сложным моментом является то, что такие исследования сами по себе достаточно затратны и могут продолжаться не один год при этом без очевидных гарантий на успех.
В этой связи можно рассматривать два основных сценария, которые базируются на возможных изменениях цены на нефть: в первом случае цена понижается, во втором – повышается.
Первый сценарий предполагает крайне пессимистический прогноз использования биотоплива, свертывания исследований и сокращение площадей, занятых под соответствующие культуры.
При этом сценарии, особенно если падение цен будет длительным, производство биотоплива может быть вообще прекращено, и ни о каком его использовании речь идти не будет.
Предпосылками такого сценария могут служить: развитие технологий добычи сланцевой нефти, выход на рынок нефти новых производителей из Африки, Америки и Азии, общее снижение потребления нефти в других отраслях, снижение мировой экономики и другие факторы.
Второй сценарий благоприятен для освоения биотоплива и расширения его использования. При этом не стоит ждать немедленного роста его потребления, поскольку это требует достаточных изменений в техническом и технологическом оснащении гражданской авиации, которые могут произойти не сразу. Предпосылками могут являться: рост мировой экономики и международной торговли, сокращение добычи нефти, снижение стоимости производства биотоплива и ряд других.
Для того чтобы обеспечить социо-эколого-экономическую устойчивость производства и использования биотоплива, требуется принятие таких политических мер, как:
– защита бедных и лишенных продовольственной безопасности слоев населения;
– использование возможностей для развития сельского хозяйства и сельских районов;
– обеспечение экологической устойчивости;
– пересмотр существующей политики в отношении биотоплива;
– обеспечение содействия устойчивому развитию биотоплива со стороны международной системы.
Из проведенного анализа следует, что в перспективах использования биотоплива в гражданской авиации больше вопросов, чем ответов.
Учитывая общую макроэкономическую нестабильность и политическую напряженность, время такого инновационного шага, как применение биотоплива в авиации, еще не пришло.
Однако сама постановка вопроса позволяет нам говорить о том, что существуют направления развития абсолютно новых технологий, на стыке которых, возможно, будет развиваться авиация будущего.
ЛИТЕРАТУРА
1. Китай начинает использовать биотопливо в гражданской авиации. [Электронный ресурс]. URL: http ://www. cleandex. ru/news/2014/02/14/kitai_nachinaet_ispolzovat_biotoplivo_v_grazhdanskoi_aviatsii.
2. Вишняков Я.Д., Рыбкин С.А.
Понимание результатов мониторинга социально-экономической сферы с учетом роли общественного сознания как фактора обеспечения безопасности / Проблемы устойчивости функционирования стран и регионов в условиях кризисов и катастроф современной цивилизации: материалы XVIIМеждунар. науч.-практич. конф. по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. 22-24 мая 2012 года. М., 2012. С. 261-266.
3. Рыбкин С.А. Стратегия российского образования: пан или пропал // Вестник Международной Академии наук /Материалы междунар. конф. “Экологическая культура в глобальном мире”, специальный выпуск. 2012.
PERSPECTIVES OF THE BIOFUEL CONSUMPTION IN CIVIL AVIATION
Rybkin S.A., Popova S.A.
.postlight.com”>
Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-ispolzovaniya-biotopliva-v-grazhdanskoy-aviatsii
Это сладкое слово биокеросин
Сахарная свекла, зеленые водоросли, полевой цветок под названием рыжик и даже отбросы с городских помоек — что только не идет в ход во время экспериментов с целью найти альтернативу традиционному авиакеросину
И хотя любой литр биологического топлива стоит гораздо больше традиционного, ученые и авиаторы не останавливаются.
Международная ассоциация воздушного транспорта (ИАТА) поставила амбициозную цель: к 2050 году сократить объем выбросов гражданской авиацией парниковых газов вдвое по сравнению с уровнем 2005-го.
И хотя на совести самолетов (и их пассажиров) — всего лишь два процента от общемирового объема выбросов углекислого газа, гражданская авиация считается одним из самых быстрорастущих источников этих выбросов.
А поскольку, в отличие от автомобилестроителей, самолеты не могут перейти на электродвигатели, остается одно — искать новый, более экологичный источник топлива в качестве альтернативы традиционному авиакеросину.
Топливо из бытовых отходов
В поиске новых источников для получения авиатоплива фантазия инженеров не знает границ. Этим летом, например, самолет авиакомпании United Airlines отправится в путь из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско на смеси традиционного керосина (две трети) и биотоплива, полученного из бытовых органических отходов (треть).
Авиакомпания уже объявила об инвестициях в размере 30 миллионов долларов в разработку и производство нового вида топлива.
Компания-поставщик биотоплива для United запатентовала технологию производства авиатоплива из бытовых отходов, строит первую фабрику в Неваде и планирует еще пять, по всей территории США.
United — далеко не единственная авиакомпания, инвестирующая в биотопливо.
Американская Alaska Airlines уже использует альтернативные виды топлива на 75 рейсах. Британская British Airways рассчитывает к 2017 году достроить завод по производству биотоплива недалеко от лондонского аэропорта Хитроу.
Эксперименты с биологическими источниками для авиатоплива идут не первый год. Еще в 2011-м немецкая Lufthansa полгода экспериментировала с самолетом А321 на маршруте Франкфурт — Гамбург. Его топливные баки наполовину заправляли биотопливом.
Причем Lufthansa экспериментирует с различными источниками биотоплива — тут и рапс, и ятропа, и животные масла, и полевой цветок под названием рыжик. Больше того, Lufthansa стала координатором проекта Европейской комиссии, в рамках которого идут эксперименты с разными источниками биотоплива для авиакомпаний.
Одна из целей Еврокомиссии — к 2020 году довести объем выработки авиационного биотоплива до двух миллионов тонн. Следующий шаг Lufthansa сделала в 2014 году, отправив из Франкфурта в Берлин самолет, заправленный смесью традиционного керосина с добавлением десяти процентов фарнезена.
Летом того же года власти США разрешили использовать авиатопливо с добавлением фарнезена. Американский концерн Amyris разработал технологию получения этого вещества из сахарного тростника.
Кроме этого, в качестве сырья можно использовать кукурузу и сахарную свеклу.
Но поскольку все эти растения используются и в сельском хозяйстве для производства продуктов питания, дальнейшие исследования будут направлены на то, чтобы найти способ получения биотоплива из сена и опилок — чтобы не конкурировать за посевные площади с пищевой промышленностью.
Военные, разумеется, не остались в стороне от гонки за новыми источниками авиатоплива. Пентагон также финансирует научные исследования — и уже в полном восторге от результатов.
Военные не раскрывают формулу топлива, но говорят, что оно на 13 процентов эффективнее традиционного авиакеросина. Что позволяет боевым самолетам или увеличить дальность полета на те же 13 процентов, или взять на борт еще одну ракету.
Амбициозные планы
Тем временем Boeing совместно с авиакомпанией Etihad Airways работает над биотопливом, полученным из растений, произрастающих на соленых и засушливых почвах, непригодных для использования в качестве полей и пастбищ.
Их главное преимущество — они не конкурируют за территорию с сельскими хозяйствами и их можно поливать соленой морской водой.
Самолет авиакомпании Etihad уже произвел экспериментальный 45-минутный полет на смеси традиционного керосина и топлива, полученного из трав. Если все пойдет по плану, то в ОАЭ будет открыта плантация площадью 500 гектаров для выращивания растений в качестве сырья для биотоплива.
По словам представителей Etihad, авиакомпания рассчитывает на то, чтобы в скором будущем предложить своим пассажирам авиаперелеты на лайнерах, на сто процентов заправленных биотопливом.
А на японском тропическом острове Окинава экспериментируют с эвгленовыми водорослями (попросту — зеленой тиной).
Директор компании Euglena Co. полон оптимизма: по его словам, к 2020 году его фирма сможет начать производство биотоплива для авиакомпаний в промышленных масштабах.
Впрочем, все эти эксперименты пока на начальной стадии. На фоне всех преимуществ у биотоплива есть огромный недостаток — оно намного дороже традиционного авиакеросина. По оценкам европейских экспертов, почти в три раза.
Может, поэтому эта тема совершенно не актуальна для России?
Во всяком случае, на просьбы прокомментировать перспективы использования биотоплива крупнейшие авиакомпании страны отвечают гробовым молчанием — запросы, отправленные в пресс-службы «Аэрофлота», «Трансаэро» и S7 остались без ответа.
Также на тему воздушного транспорта. Галереи «18 главных новинок мировой авиаиндустрии», «Десять самых безопасных авиаперевозчиков» и «12 лучших раскрасок самолетов»
Эко-блог Владимира Есипова читайте на сайте Русской службы «Би-би-си»
Источник: https://www.geo.ru/ekologiya/eto-sladkoe-slovo-biokerosin
Биотопливо для самолетов: насколько это реально?
Несколько образцов биологического топлива с высоким октановым числом, произведенного на основе отходов, в настоящее время проходят испытания в крупных авиакомпаниях. Основная задача проекта — сдерживать рост углекислого загрязнения окружающей среды. Но насколько реален переход от нефти к переработке отходов в топливной промышленности? Давайте разбираться.
Представители ООН намерены одобрить эти виды органического топлива в качестве одной из ключевых частей плана по стабилизации и снижению загрязнения окружающей среды авиацией к 2020 году. Однако критики говорят, что эта стратегия никогда не будет реализована из-за того, что авиакомпании не принимают проблему всерьез.
Один из самых больших минусов Парижского климатического соглашения, принятого в декабре 2015 года, состоит в том, что оно не распространяется на выбросы от судоходного и авиационного транспорта.
Конечно, в сравнении с автомобильной промышленностью уровень загрязнения атмосферы авиационными выхлопами кажется совсем небольшим: однако уже в 2015 году их цифра достигала 2% от общего количества вредных выбросов СО2 — а это уже серьезно.
Испытания альтернативных видов «зеленого» топлива проводились уже неоднократно: так, в 2008 году Virgin Atlantic провела первый рейс, во время которого были использованы десятки тестовых образцов топлива из семян масличных культур и животных жиров. Помимо этого, индустрией были испытаны образцы реактивного топлива из древесных опилок.
Новый вид топлива производится из спирта под названием «бутанол», который получается естественным образом в процессе ферментации множества продуктов, таких например, как хлеб. Но, конечно, переоборудование топливной индустрии под биопроизводство обойдется слишком дорого и займет непозволительно много времени.
В настоящее время себестоимость 1 галлона биотоплива равна $3, что все еще почти в два раза больше, чем аналогичная стоимость топлива на основе нефтепродуктов.
Это не говоря о том, что нефтяные магнаты, в случае перехода на альтернативный источник энергии, потеряют значительную часть своей прибыли, что может отрицательно сказаться на экономике многих стран (Россия будет среди них, можете не сомневаться).
В результате этого мнения разделились.
Конечно, производство топлива из органических отходов предпочтительнее: с одной стороны, это не только экологически намного более чистый способ получать энергию, но еще и полностью возобновляемый источник сырья, которому не требуются десятки миллионов лет для того, чтобы образоваться. С другой — современная промышленность просто не может позволить себе такую роскошь.
Впрочем, такие метаморфозы в промышленности никогда не осуществляются мгновенно.
Теоретически, если внедрять технологию постепенно, одновременно вкладывая деньги в развитие соответствующих отраслей науки, то уже через пару десятилетий можно получить небольшую, но стабильно развивающуюся отрасль в индустрии топливного производства, которая будет постепенно сводить фактор загрязнения среды к минимуму.
Источник: https://surfingbird.com/surf/biotoplivo-dlya-samoletov-naskolko-eto-realno–xRUr4c451
Авиационное биотопливо – реальное будущее или фантастика?
Практически во всех исследовательских отчетах и презентациях, посвященных рынку биотоплива для авиации, говорится о неизбежности замены бензина и дизеля “зелеными аналогами”.
Авторы приводят красноречивые и неопровержимые доводы наступления эры биотоплива. Однако, когда речь заходит о коммерческих продуктах, оказывается, что, оказывается, все только пока на стадии исследований и разработки.
Вопрос: “Сколько это стоит”, – отбивает у собеседника продолжать разговоры о скором наступлении долгожданной эры.
Одной из главных движущих сил для отрасли является совместная инициатива американских ВВС и флота. На исследования выделяются значительные средств, и на сегодняшний день разработки ведутся с использованием всех возможных видов сырья.
Поскольку заказчиком программы выступает Правительство США, какой-либо результат будет получен в любом случае.
В частности морские силы США планируют к 2020 году перевести все воздушные транспортные средства на смесь 50/50 авиационного керосина и биотоплива.
Наверно, самым активным участником разработок, на сегодняшний день является компания Swift fuel. Однако технологию компании нельзя в полной мере назвать “топливом на биомассе”.
Компания получает высооктановое топливо, пригодное для использования в современных авиационных двигателях, из ацетона. В этом направлении ей удалось получить значительные результаты.
Вместе с тем заметно меньшее внимание уделяется этапу производства ацентона из биомассы – т.е. непосредственно “зеленой” составляющей.
Одна из главных западней биотоплива – плотность энергии. При этом речь идет не столько о том, что биотопливо имеет чуть меньшую теплотворную способность по сравнению с бензином, дизельным топливом и керосином.
Здесь в расчет, прежде всего, потребность в природных ресурсах для производства топлива, т.е. в сельскохозяйственных площадях, которые по мере роста населения земли становятся крайне ценными.
А по этому показателю биотопливо никак не может сравниться с нефтепродуктами, которые добываются из скважины.
Кроме того, идея биотоплива противоречит исторической логике развития промышленности. Сначала повсеместно использовалась древесина. Потом ей на смену пришел уголь, который был в два раза эффективнее (при аналогичной теплотворной способности стоил в два раза дешевле).
Далее на смену пришли нефтепродукты, увеличившие эффективность еще в два раза, и, наконец, ядерная энергия.
В эту эволюционную цепочку биотопливо из-за энергетических и стоимостных характеристик не вписывается, а его использование означает шаг назад или, по крайней мере, в сторону; в сторону “зеленого” развития.
Существует простой пример для США. Для функционирования завода ежегодной мощностью 65 млн галлонов требуется ежедневно перерабатывать энергетическую биомассу, выращивание которой занимает 15 футбольных полей.
Для обеспечения топливом всей экономики США с ежедневным потреблением более 380 млн галлонов топлива, потребуется строительство более 2100 подобных заводов. В этом расчете еще не учитываются затраты всей цепочки производства биотоплива: растительное сырье в сахар – сахар в биотопливо.
Где взять такой объем посевных площадей, как застраховать себя от неурожая и, самое главное, как перевести весь этот объем на перерабатывающие предприятия и далее – потребителям?
Пример функционирования биотопливной отрасли в США наглядно показывает, какие последствия может оказать развитие биотоплива на экономику страны.
Производимый в США биоэтанол стоит явно дороже традиционных аналогов и при этом конкурирует за сельскохозяйственные площади с продовольственными сельскохозяйственными культурами, что вызывает явное недовольство со стороны населения.
Для авиации биотопливо, по сути, является настоящей головной болью, поскольку закрывает возможность использования высокоэффективных топлив.
Но при этом, если производитель имеет пусть и плохой продукт, но сумел убедить Правительство в необходимости поддержки, то Правительство США в обязательном порядке навяжет его потребителям. А впоследствии еще и субсидирует производителя за счет налогов, взимаемых с потребителей же.
Таким образом, чтобы вписаться в общий эволюционный процесс, биотопливо должно, по крайней мере обладать схожими характеристиками по сравнению с топливом из нефтепродуктов. В обозримом будущем, несмотря на блестящую работу ученых, такого баланса вряд ли удастся добиться.
Источник: https://www.Cleandex.ru/articles/2011/01/28/aviation_biofuels_real_or_green_fantasy
Загрузка...
