SAF дегеніміз не және Қазақстанға «жасыл» авиаотын не үшін қажет

Мінсіз экологиялық отынның тарихы ғалымдар мен инженерлер дәстүрлі отынға балама іздей бастаған XIX ғасырдан бастау алады.

«Биоотын» дегеніміз не?

Биоотынды пайдаланудың алғашқы қадамдары Сэмюэль Мори спирт пен скипидар негізіндегі қозғалтқышты ұсынған 1826 жылы жасалды. Содан кейін 1876 жылы Николас Отто этанолмен жұмыс істейтін алғашқы төрт тактілі ішкі жану қозғалтқышын жасады. 1900 жылы Рудольф Дизель Париждегі Дүниежүзілік көрмеде жержаңғақ майының қозғалтқышын көрсетіп, өсімдік майлары қозғалтқыштарға отын бола алатындығын көрсетті. Дизель оның қозғалтқышы фермерлерді арзан әрі жаңартылатын отынмен қамтамасыз ету арқылы ауыл шаруашылығын дамытуға көмектеседі деп сенді. Кейінірек 1908 жылы Генри Форд бензинмен, этанолмен және олардың қоспасымен жұмыс істейтін алғашқы жаппай автомобиль – «T моделін» шығарды. Форд этанол фермерлерге арзан отын беріп, ауылдық жерлердің экономикалық дамуына ықпал етеді деп сенді.

Уақыт өте келе биоотын экономикалық тұрғыдан тиімді балама ретінде ғана емес, сонымен қатар экологиялық таза нұсқа ретінде қарастырыла бастады. Биоотын өсімдіктер мен қалдықтар сияқты жаңартылатын биологиялық ресурстардан өндіріледі, ал кәдімгі отын (керосин, бензин, көмір) мұнай мен көмір сияқты жаңартылмайтын қазба ресурстарынан өндіріледі. Биоотын экологиялық таза болып саналады, өйткені оны жағу кезінде көмірқышқыл газы мен басқа да зиянды заттар аз бөлінеді. Кәдімгі жанармай – жанған кезде парниктік газдардың көп мөлшерін шығарады, бұл климаттың өзгеруіне ықпал етеді.

Айта кету керек, авиаөнеркәсіпте «биоотын» термині жиі қолданылмайды, өйткені ол жеткілікті таралмаған және экологиялық қауіпсіздік аспектісін қамтымайды. Тұрақты даму принциптеріне сәйкес емес шикізаттан өндірілетін биоотынның кейбір түрлері қоршаған ортаға қосымша зиян келтіруі мүмкін, сондықтан олар тұрақты даму принциптеріне сәйкес келмейді.

Авиацияға арналған SAF экологиялық отыны

Тұрақты экологиялық авиациялық отынның (тұрақты авиациялық отын, SAF) тарихы авиациядағы көмірқышқыл газы шығарындыларын азайту қажеттілігін түсінуден басталды. Нөлінші жылдардың басында ғалымдар мен инженерлер қазба ресурстарына негізделген дәстүрлі авиациялық отынға балама іздей бастады.

SAF – Американдық Материалдарды сынау қоғамы (American Society for Testing and Materials, ASTM International) мақұлдаған технологиялардың бірі бойынша жаңартылатын ресурстардан (мұнайдан емес) өндірілетін экологиялық таза авиациялық отын.

Негізгі мақұлданған SAF түрлерінің арасында бірнеше түрін атап өтуге болады. Біріншіден, бұл HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) – өсімдік майлары мен жануарлар майларынан өндірілетін отын, ол қазірдің өзінде коммерциялық рейстерде қолданылады. Екіншіден, FT (Fischer-Tropsch) – биомассадан, қалдықтардан және синтетикалық газдардан алынатын отын, ол сипаттамалары бойынша дәстүрлі авиациялық отынға жақын. Үшіншіден, ATJ (alcohol-to-Jet) – сутексіздендіру және олигомерлеу процестері арқылы авиациялық отынға айналатын этанол және бутанол сияқты спирттерден өндірілетін отын. Төртіншіден, бұл PTL (Power-to-Liquid) – жаңартылатын энергияны қолдана отырып, сутегі мен көмірқышқыл газынан өндірілетін отын, бұл ең аз көміртегі ізімен отын алуға мүмкіндік береді.

SAF-тың авиацияда қолданылуын талқылау дәстүрлі авиаотынды толығымен ауыстыруды білдірмейтінін ата өткен жөн: SAF тек қолданыстағы авиакеросинге қосымша ретінде қолданылады. 2050 жылға қарай SAF жалпы авиаотынның айтарлықтай үлесін құрайды деп күтілуде. ICAO ^[1]және IATA сияқты халықаралық ұйымдар ^[2]SAF дамыту мен енгізуді белсенді түрде қолдайды, бұл SAF -ты көмірқышқыл газын азайту мақсаттарына жетудің негізгі элементі етеді.

Неліктен Қазақстан жаңа авиаотынға мүдделі

2024 жылдың жазында «ҚазМұнайГаз» ҰК АҚ (ҚМГ) SAF шығаруға мамандандырылған американдық LanzaJet технологиялық компаниясымен Ынтымақтастық туралы меморандумға қол қойды. Неліктен мұнай компаниясы мұнайдан алынбайтын авиаотын өндірумен айналысады?

Жауабы қарапайым. Қазақстан Климат жөніндегі Париж келісімінің қатысушысы болып табылады және 2023 жылғы 2 ақпанда елде «Қазақстан Республикасының көміртегі бейтараптығына қол жеткізуінің 2060 жылға дейінгі стратегиясы» бекітілді. Стратегияның негізгі бағыттарының бірі – көлікті, соның ішінде авиацияны күкіртсіздендіру.

Өз кезегінде, ҚазМұнайГаз ^[3]қазақстандық авиатасымалдаушыларды жаңа авиаотынмен қамтамасыз ету үшін шаралар қабылдай отырып, өз қызметінің түрлі бағыттарында көміртегі бейтараптығына қол жеткізу саясатын жүйелі негізде жүзеге асырып келеді. Айта кету керек, ұлттық компанияның барлық үш МӨЗ-і 2017 жылдан бастап SAF пайдалану үшін қажетті Jet A-1 авиакеросинінің шетелдік маркасын шығаруға көшуге дайын^[4]. SAF экологиялық таза отын өндірісі «жасыл» міндеттемелерді орындауға ықпал етеді. ҚМГ 2019 жылғы көрсеткіштермен салыстырғанда 2031 жылға қарай өз көміртегі ізін 15%-ға қысқартуға ұмтылады.

Ірі мұнай компаниялары қазірдің өзінде SAF экологиялық авиаотынын өндіретінін ескерсек, ҚазМұнайГаз бен американдық LanzaJet арасындағы байланыстарды жолға қою маңызды қадам болып табылады. LanzaJet биоэтанолды авиациялық отынға айналдыруға маманданған. Еуропалық Қайта Құру және Даму банкі осы Ынтымақтастықты қолдап, алдын ала техникалық-экономикалық негіздеме жүргізу үшін қаржылық көмек көрсеткен. Нәтижелері Қазақстанда осындай өндірісті іске қосу перспективаларын оптимизммен бағалауға мүмкіндік береді.

Алкогольден авиакеросин қалай жасалады

Этил спиртін хош иісті көмірсутектерге айналдыру процесі Alcohol-to-Jet (ATJ) технологиясын қолданады — бұл технологияның өнеркәсіптік нұсқасын LanzaJet әзірлеген, ол әлемде бірінші болып табысты коммерцияландыруды жүзеге асырды және өнеркәсіптік масштабта биоэтанолдан SAF шығара бастады.

Спирттен алынатын SAF кәдімгі авиациялық отынмен салыстырғанда көміртегі шығарындыларын 80%-ға төмендетеді. ATJ технологиясының жалпы принципі этанолды жоғары октанды компоненттерге изомерлеуге ықпал ететін катализаторларды қолдану болып табылады. Биоэтанолдан авиациялық отынға конверсия бірнеше кезеңнен тұрады^[5]:

• Этанолды сусыздандыру: этанол катализаторды (мысалы, алюминий оксидін) қолдана отырып, этиленге (олефинге) дейін сусыздандырады (дегидратация):
• Этиленді олигомерлеу: этилен ұзындау көмірсутектерге (мысалы, бутенге) дейін олигомерленеді: 3C₂H₄ →C₆H₁₂
• Сутектендіру: алынған олигомерлер алкандарға дейін сутектендіріледі, мысалы: : C₆H₁₂+H₂ →C₆H₁₄
• Гидрокрекинг: алкандар авиациялық отынға жарамды көмірсутектер қоспасын алу үшін гидрокрекингке ұшырайды, мысалы, пропан мен изобутан сияқты: 2C₆H₁₄ →C₄H₁₀+2C₃H₈

Бөлініп, тазартылғаннан кейін этанолды конверсиялау өнімдері — парафиндер (Н-декан, Н-гексан), изопарафиндер (изобутан, изооктан), хош иісті көмірсутектер (бензол, толуол, ксилол) — қажетті пропорцияларда араласады. Парафиндер көмірсутектермен қаныққан кезде жоғары энергия тығыздығын және отынның тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Көмірсутектермен қаныққан изопарафиндердің құрылымы тармақталған, бұл төмен температурада отынның өтімділігін жақсартады. Хош иісті көмірсутектер отынның майлау қасиеттерін және авиациялық қозғалтқыштарда қолданылатын материалдармен үйлесімділігін жақсарту үшін аз мөлшерде қосылады.

Бұл компоненттердің нақты пропорциялары өндіріс процесіне және түпкілікті өнімге қойылатын талаптарға байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ әдетте парафиндер мен изопарафиндер отынның негізгі бөлігін құрайды. Бұл пропорциялар октан саны, жану жылуы және авиацияда тиімді пайдалану үшін қажетті басқа сипаттамалар арасындағы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді.

Өтпелі кезеңнің күрделілігі

2023 жылы SAF (қосымша ретінде) пайдалану көлемі небары 600 миллион литрді (шамамен 480 мың тонна) ^[6]құрады – тоннасына 2500 АҚШ доллары (немесе Jet A-1 маркалы авиаотыннан 2,8 есе көп), ал авиаотынды тұтынудың жалпы әлемдік көлемі шамамен 350 миллиард литрді құрады (шамамен 280 млн тонна). SAF үлесі шамамен 0,2% құрайды^[7].

SAF таралуын оны өндірудің қымбаттығы тежейді. SAF үшін шикізат ретінде этанолды өндірудің өзіндік құны арзан емес: ҚР мен Ресей Федерациясында ол литріне шамамен 0,5 долларды (дәнді дақылдардан)^[8], АҚШ-та литріне – 0,3 долларды (жүгеріден), Бразилияда – литріне 0,2 долларды (қант қамысынан) құрайды.

Алайда өндірісті ұйымдастырудың неғұрлым тиімді экономикалық әдістері мен жаңа технологиялар шикізатты дайындау кезеңінен бастап эко-отын синтезі процесін айтарлықтай арзандатуға мүмкіндік береді. Мысалы, дәнді дақылдарда крахмалдан басқа көптеген компоненттер бар, оларды құны жоғары жекелеген тауарлық өнімдер ретінде сатуға болады. Шикізат құнын барлық алынған өнімдерге бөлу кезінде этил спиртінің құны литріне 0,1-0,2 долларды құрауы мүмкін^[9]. Мысалы, Қазақстанда астықты осындай жіті өңдеуді Қостанай облысында зауыт салуды жоспарлап отырған, Алматы, Солтүстік Қазақстан облыстарында бейінді зауыттары бар «KazFoodProducts» компаниялар тобы дамытуда^[10].

Өз кезегінде, LanzaJet технологиялары қазақстандық биоэтанолдан әлемдік нарықта бәсекеге қабілетті SAF эко-отынын жасауға көмектесе алар еді. Алайда Қазақстанда SAF өндіру жобасын іске асыру үшін қажетті технологияны таңдау және стратегиялық әріптес іздеу бойынша жұмыс әлі де жалғасуда. Бұл іс күрделі еңбекті қажет етеді, көптеген техникалық және экономикалық түйткілдерді ескеру қажет болады.

Әзірге отандық әуе лайнерлерінің бактарына КО-1, ал шетелдік авиакомпаниялардың көпшілігіне Jet А-1 маркалы авиакеросин құйылады. Айтпақшы, бұл отынға деген сұраныс көбінесе SAF тек қосымша ретінде пайдаланылатындығымен және пайдаланыла беретіндігімен байланысты, ал SAF-пен араластыру пропорциялары тек Jet A-1 үшін реттеледі, ал кеңестік дәуірден кейінгі TS-1 және RT маркалары есепке алынбайды. Сонымен, ICAO нормативтері бойынша авиаотын қоспасындағы таза SAF үлесі 2030 жылға қарай – 4%, 2050 жылға қарай біртіндеп 65%-ға дейін ұлғаюы тиіс^[11]. 2027 жылы күшіне енетін жаңа ICAO талаптары қатысушы елдерді Jet A-1 отынына SAF қосуға немесе оны пайдаланбағаны үшін ақы төлеуге міндеттейді. Міндеттемелер авиарейстердегі көмірқышқыл газы шығарындыларын кемінде 10%-ға қысқартуды көздейді. Шығарындыларды азайта алмағандар CO₂ шығарындыларына квоталар сатып алуға міндетті болады.

SAF ілгерілету және оның болашағы

«Жасыл» керосиннің құнын ескерсек, оны ұлттық нарықтарда мемлекеттік субсидиясыз ілгерілету қиын. Скандинавия елдері, Израиль, АҚШ және Австралия 2050 жылға қарай SAF пайдаланудың айтарлықтай ұлғаятынын жоспарлап отыр. Еуропада барлық авиаотындарда 2025 жылдан бастап 2% SAF болуы керек, ал 2050 жылға қарай бұл көлем 63%-ға дейін өспек.

2024 жылдың 16 тамызындағы жағдай бойынша Jet A-ның АҚШ әуежайларындағы орташа құны литріне 1,7 долларды (тоннасына шамамен 2 мың доллар) құрайды, ал SAF – литріне 2,4 долларға (тоннасына шамамен 3 мың доллар) сатылады^[12]. Сатып алудың көлемі көп болса, баға төмен болуы мүмкін. Мысалы, 2021 жылы Aemetis Inc. компаниясы Delta Air Lines компаниясымен 10 жыл ішінде 1 миллиард долларға 1,1 миллиард литр SAF жеткізу туралы келісімге қол қойды, бұл литріне шамамен 1 долларды құрайды. Сол жылы Chevron компаниясы Delta үшін SAF шығаратынын мәлімдеді, ол 2030 жылға қарай авиациялық отынның 10%-ын SAF-қа ауыстыруға міндеттенді. Бүгінгі таңда Chevron El Segundo зауытында соя майынан SAF өндірісін бастады^[13].

2024 жылдың шілде айында Қытай Чэнду қаласында SAF стандарттарын әзірлеу үшін мемлекеттік техникалық орталық ашты^[14]. Бейжің авиакомпанияларға SAF пайдалануды тұтынылатын авиакеросиннің жалпы көлемінің 2-5%-на дейін арттыруды міндеттемек. Пилоттық жобалар Бейжің, Шанхай, Чэнду және Чжэнчжоу әуежайларында іске қосылады. Әлемдегі авиациялық отынды тұтынудың шамамен 11%-ын құрайтын әлемдегі екінші ірі авиациялық нарық Қытай биыл 2030 жылға дейін SAF пайдалану саясатын жариялайды деп күтілуде. Бұл SAF биоотын өндірісіне миллиардтаған доллар инвестиция тартуы мүмкін. Қытайда авиакеросиннің жалпы тұтынуы алты жылдан кейін жылына 50 миллион тоннадан асуы мүмкін, ал SAF қолдану 2,5 миллион тоннаға жетуі мүмкін. Қазіргі уақытта ел ішкі авиакомпаниялар үшін өнеркәсіптік ауқымда SAF өндірмейтінін ескерсек, бұл айтарлықтай көлем.

Осы жазда IATA өткен жылғы 600 миллион литрмен (480 мың тонна) салыстырғанда 2024 жылы SAF әлемдік өндірісін 1,9 миллиард литрге (1,5 миллион тонна) дейін үш есеге арттыру туралы болжамдарын растады^[15]. Бұл әлемдегі авиакомпаниялардың отынның жалпы болжамды тұтынуының 0,5%-ын 3 375 млрд литр (300 млн тонна) құрайды. 2030 жылға қарай SAF өндірісінің жалпы қуаты 51 миллион тоннаға жетуі мүмкін, бұл 2024 жылдан бері шамамен 34 есе өсуді білдіреді.

SAF үшін әлеуетті шикізат болып табылатын биоэтанолдың әлемдік нарығы да 2023 жылғы 41,55 миллиард доллардан 2024 жылы болжамды 46,5 миллиард долларға дейін тұрақты өсіп келеді, ^[16]CAGR (жылдық жиынтық өсу қарқыны) – шамамен 12%. Бұл өсім таза энергия көздеріне сұраныстың артуымен, жанармай шығындарының артуымен және дамушы нарықтардың өсуімен түсінідіріледі. Өз кезегінде, қазақстандық биоэтанолдың экспорттық әлеуеті жылына 6 млрд литрді құрауы мүмкін^[17], бұл Қазақстанға әлемдік нарықта биоотынның бас жеткізушілерінің бестігіне кіруге мүмкіндік береді.

Экологиялыққа қойылатын әлемдік талаптарды қатаңдату, халықаралық авиатасымалдар үшін логистикалық хабқа айналу жөніндегі стратегиялық мақсаттар және ҚазМұнайГаздың инновацияларды енгізуге дайындығы – осы факторлар Қазақстанның SAF пайдалануға көшу барысына елеулі серпін беруде.

Пайдаланылған әдебиеттер