Перспективы для топлива в авиации и судоходстве

Разработка и коммерциализация энергетического топлива находится на самой ранней стадии. Энергетическое топливо — это синтетическое газообразное и жидкое топливо, получаемое из зеленой электроэнергии. План состоит в том, чтобы использовать их, когда нет никакой жизнеспособной альтернативы, как авиация и судоходство. Самое большое препятствие — это стоимость, которая в настоящее время находится в диапазоне 3-5 евро/литр, или в пять-десять раз выше цены на ископаемое топливо. Дольф Джилен и Габриэль Кастелланос из IRENA и Килиан Крон из Немецкого энергетического агентства (dena) рассматривают, что необходимо сделать, чтобы снизить этот показатель до 1–1,5 евро/литр к 2030 году.  Для решения такой задачи поддержка политики, как всегда, будет иметь ключевое значение наряду с покупкой промышленности и дальнейшим техническим прогрессом. Кардинально, для этого потребуется крупномасштабное производство чистого, недорогого водорода. Хорошие новости для все более амбициозного водородного сектора, а также для солнечной и ветровой энергетики (именно их избыточные мощности будут использоваться для производства энергетического топлива). Авторы ссылаются на проекты, разрабатываемые в настоящее время в Норвегии, Германии, Марокко и Канаде.

Все больше стран и компаний ищут нулевые углеродные решения, например, в авиации и судоходстве. Синтетическое топливо, получаемое из зеленого водорода и CO2, в последнее время получило большое внимание.

Есть целый ряд причин для такого интереса:

  • Падающая стоимость зеленого водорода, азота и CO2, сырья для производства энергетического топлива;
  • Быстро растущие доли солнечной и ветровой энергии приводят к периодическим излишкам, которые могут быть использованы для производства водорода и синтез-топлива;
  • Эффективность, биотопливо, аккумуляторные батареи или прямое использование водорода могут дать только частичные решения;
  • Местные правила загрязнения воздуха требуют альтернатив для загрязняющих видов топлива, таких как транспортировочное бункерное топливо.
Все еще очень малый масштаб

В настоящее время количество все еще невелико. В авиации спрос на альтернативное авиационное топливо составил 30 млн литров или менее 0,01% от общего спроса в 2019 году. Все это было биотопливо. В настоящее время еще меньше биотоплива используется в судоходстве.

В то время как энергетическое топливо может также применяться в легковых и грузовых автомобилях, конкуренция с аккумуляторно-электрическими трансмиссиями или водородными растворами оставляет неясной будущую долю синтетического топлива в этом сегменте рынка. Другие виды применения энергетического топлива, например в химическом и промышленном секторах, также находятся на очень ранних стадиях коммерческого применения.

Климатические преимущества зависят от наличия чистых и недорогих H2 и CO2

В авиационной отрасли химический состав любого моторного топлива уже четко определен: он должен быть подобен существующему керосину. Сектор судоходства также рассматривает другие виды топлива, включая аммиак и метанол. Около пятнадцати судов, заправленных метанолом, находятся в эксплуатации, и за ними последуют другие. В настоящее время ведется строительство одного танкера, работающего на аммиаке, и часть аммиака может быть также добавлена в существующие судовые двигатели с ограниченными модификациями. Оба вида топлива могут быть получены из водорода, в случае аммиака через реакцию с азотом и в случае метанола через реакцию с CO2. Практическое применение зависит от наличия чистого и недорогого водорода и CO2.

Однако климатические преимущества углеводородного синтез-топлива в значительной степени зависят от источника СО2. В настоящее время основное внимание уделяется выделению ископаемого СОв качестве первичного продукта и синтетического топлива. На системном уровне эти дискуссии могут показаться ошибочными: в конечном итоге имеет значение количество ископаемого СО2, которое попадает в атмосферу, и чистое сокращение по сравнению с эталонным случаем. При отсутствии других ограничений, если ископаемое СОулавливается и используется один раз для получения синтетического топлива, а затем выбрасывается, выбросы в принципе сокращаются вдвое. На практике польза часто будет меньше — около 35% — из-за необходимости преобразования энергии.

Несмотря на ограниченный коэффициент усиления, и хотя на системном уровне могут существовать более дешевые варианты декарбонизации, важно масштабировать энергопотребление в период 2030-2040 гг. Для перехода на климатически нейтральный CO2 из прямого захвата воздуха (DAC) в период с 2050 г., когда необходима полная климатическая нейтральность.

Биомасса и сжигание биомассы представляет собой еще один климатически нейтральный вариант поставки CO2. Эти процессы, как правило, имеют меньший масштаб, чем крупные установки на основе ископаемого топлива, но стоимость улавливания, как правило, все еще остается умеренной на уровне 40-80 долл США за тонну СО2. В Европе был выявлен потенциал нескольких сотен тонн биомассы климатически нейтрального СО2. Также можно было бы рассмотреть известковые и цементные печи, поскольку их технологические выбросы не могут быть предотвращены, и особенно если они используют биомассу и отходы в качестве топлива. Источники водорода и СОмогут иметь последствия для выбора местоположения будущих установок по синтезу топлива.

Проектные инициативы

Разные игроки разрабатывают всевозможные проекты. Можно назвать несколько: Norsk E-Fuel строит завод в Норвегии для производства 100 миллионов литров в год с 2025 года. Проект German Westküste 100 нацелен на то, чтобы к 2030 году на нефтеперерабатывающем заводе Heide была запущена установка мощностью 700 МВт зеленого водорода, работающая на специальной морской ветряной электростанции. Инвестиционное решение еще не принято и подлежит государственному субсидированию. Кроме того, существует деятельность за пределами Европы: IRESEN планирует построить завод мощностью 100 МВт в Марокко, который будет введен в эксплуатацию к 2023 году. Консорциум SAF+ в Канаде — это первый в Северной Америке запланированный проект по преобразованию промышленных выбросов в SAF (устойчивое авиационное топливо), нацеленный на производство 4 миллионов литров/год в 2025 году.

Непростые экономические перспективы

Тем не менее, в настоящее время экономика все еще является сложной задачей. Сегодняшние производственные затраты находятся в диапазоне 3-5 евро/л, что в пять-десять раз превышает цены на ископаемое топливо . Однако в ближайшие десятилетия ожидается снижение стоимости водорода и СО2. При определенных затратах, связанных с водородом и СО2, к 2030 году может быть достигнута нулевая стоимость производства углеродсинтетического топлива в размере 1-1, 5 евро/литр.

Глобальные инициативы

Для дальнейшего углубления понимания и развития этого вопроса был сформирован ряд глобальных инициатив. Глобальный альянс Powerfuels был инициирован немецким энергетическим агентством (dena) совместно с 16 корпоративными партнерами в качестве учредителей. Стратегической целью альянса является содействие развитию глобального рынка топливно-энергетических ресурсов в различных секторах экономики.

Коалиция Getting to Zero нацелена на создание коммерчески жизнеспособных судов с нулевым выбросом (ZEVs), работающих вдоль глубоководных торговых путей к 2030 году. 50 членов коалиции по всей морской цепочке создания стоимости обязуются достичь цели сокращения выбросов от судоходства по меньшей мере на 50 процентов к 2050 году. IRENA является партнером знаний в этой инициативе. Для достижения этой цели ZEVs должны начать входить в глобальный флот к 2030 году, причем их число должно быть радикально увеличено до 2030 и 2040 гг. В настоящее время рабочая группа по топливу оценивает различные варианты топлива и разрабатывает инструмент принятия решений для инвесторов.

В соответствии со схемой углеродного взаимозачета для международной авиации (Corsia) авиакомпании могут сократить свои обязательства по взаимозачету за счет покупки «приемлемых видов топлива Corsia», альтернативных видов топлива, которые имеют более низкие связанные выбросы парниковых газов. Поскольку целевые показатели основаны на базовом 2020 году, продолжающийся кризис Covid-19 может привести к жестким целевым показателям на будущее, что, в свою очередь, может привести к непредвиденным последствиям. Теоретически это может стимулировать усилия по развертыванию синтез-топлива, но прежде чем усилия Corsia смогут оказать какое-либо влияние на энергетическое топливо, существующие рамки должны быть адаптированы. В настоящее время топливо для электростанций не допускается в рамках Corsia.

Политическая перспектива

Синтез-топливо представляет собой сравнительно высокую стоимость будущего варианта сокращения CO2. Однако если целью политики является полная декарбонизация, то оно должны сыграть свою роль. Необходимо установить критерии устойчивости для того, что считается «возобновляемым» нейтральным топливом СО2. Отрасли топливообеспечения должны начать думать о сотрудничестве с поставщиками CO2, такими как биомасса и цементные печи. G20 под председательством Саудовской Аравии уделяет особое внимание углеродной экономике, включая улавливание и использование CO2. Принятие необходимых мер на техническом и политическом уровне может привести к повышению конкурентоспособности стоимости синтетического топлива к 2030 году и в последующий период.

Возможность для зеленого водорода

Переход на синтетическое топливо может создать огромный рынок для зеленого водорода. Поставка энергетического топлива для всего лишь половины сегодняшних потребностей в топливе для авиации и судоходства потребует 200 миллиардов тонн водорода, что почти в два раза превышает нынешнее мировое производство водорода. Это возможно только в том случае, если производство осуществляется на объектах с наличием больших объемов дешевой возобновляемой электроэнергии. Для развертывания 1,5 Гт CO2 потребуется от 1000 до 6000 ГВт дополнительной солнечной или ветровой энергии.

Учитывая нынешнюю высокую стоимость, рынки должны создаваться посредством регулирования или фискальных мер. Необходимо принимать меры как в области НИОКР, так и в области поддержки инфраструктуры. Синтетическое топливо в авиации выглядит как перспективный первый рынок, и политические инициативы уже реализуются. Европейский союз предложит меры по расширению использования устойчивого авиационного топлива (SAF) к концу этого года. В Норвегии падение мандата на SAF в настоящее время установлено на 0,5 %, создавая рынок приблизительно на 6 миллионов литров в год. Цель состоит в том, чтобы повысить мандат до 30% в 2030 году. Кроме того, другие европейские страны рассматривают мандаты СВС, при этом обсуждения продолжаются в Нидерландах, Швеции, Финляндии, Испании, Франции и Германии .

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ