Что такое SAF и зачем Казахстану «зеленое» авиатопливо

История идеального экологического топлива уходит корнями в XIX век, когда ученые и инженеры начали искать альтернативы традиционным видам топлива.

Что такое «биотопливо»

Первые шаги в использовании биотоплива были сделаны еще в 1826 году, когда Сэмюель Мори предложил двигатель на спирте и скипидаре. Затем в 1876 году Николас Отто создал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на этаноле. Далее в 1900 году Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель на арахисовом масле на Всемирной выставке в Париже, показав, что растительные масла могут быть топливом для двигателей. Дизель верил, что его двигатель поможет развитию сельского хозяйства, обеспечив фермеров дешевым и возобновляемым топливом. Позже в 1908 году Генри Форд выпустил «Модель Т», первый массовый автомобиль, работающий на бензине, этаноле и их смеси. Форд считал, что этанол предоставит фермерам дешевое топливо, способствуя экономическому развитию сельских районов.

Со временем биотопливо стало рассматриваться не только как экономически выгодная альтернатива, но и как более экологически чистый вариант. Биотопливо производится из возобновляемых биологических ресурсов, таких как растения и отходы, в то время как обычное топливо (керосин, бензин, уголь) производится из невозобновляемых ископаемых ресурсов, таких как нефть и уголь. Биотопливо считается более экологически чистым, так как при его сжигании выделяется меньше углекислого газа и других вредных веществ. Обычное топливо при сжигании выделяет большое количество парниковых газов, способствуя изменению климата.

Отметим, что в авиаотрасли часто избегают употребления термина «биотопливо», так как он недостаточно широк и не охватывает аспект экологической безопасности. Некоторые виды биотоплива, производимые из сырья, не соответствующего принципам устойчивого развития, могут наносить дополнительный урон окружающей среде, что делает их не соответствующими принципам устойчивого развития.

Экологическое топливо SAF для авиации

История создания устойчивого экологического авиационного топлива (Sustainable Aviation Fuel, SAF) началась с осознания необходимости сокращения выбросов углекислого газа в авиации. В начале нулевых ученые и инженеры начали искать альтернативы традиционному авиационному топливу, основанному на ископаемых ресурсах.

SAF — это экологически чистое авиационное топливо, производимое из возобновляемых ресурсов (не из нефти) по одной из технологий, одобренных Американским обществом по испытанию материалов (American Society for Testing and Materials, ASTM International).

Среди основных одобренных видов SAF можно выделить несколько. Во-первых, это HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids), топливо, производимое из растительных масел и животных жиров, которое уже используется в коммерческих полетах. Во-вторых, FT (Fischer-Tropsch), топливо, получаемое из биомассы, отходов и синтетических газов, которое по своим характеристикам близко к традиционному авиационному топливу. В-третьих, ATJ (Alcohol-to-Jet), топливо, производимое из спиртов, таких как этанол и бутанол, которые преобразуются в авиационное топливо через процессы дегидрирования и олигомеризации. И, наконец, в-четвертых, это PtL (Power-to-Liquid), топливо, производимое из водорода и углекислого газа с использованием возобновляемой энергии, что позволяет получать топливо с минимальным углеродным следом.

Важно отметить, что при обсуждении использования SAF в авиации речь не идет о полной замене традиционного авиатоплива: SAF используется только как добавка к существующему авиакеросину. Ожидается, что к 2050 году SAF будет составлять значительную долю от общего объема авиатоплива. Международные организации, такие как ICAO^[1] и IATA^[2], активно поддерживают развитие и внедрение SAF, что делает его ключевым элементом в достижении целей по снижению выбросов углекислого газа.

Почему Казахстан заинтересован в новом авиатопливе

Летом 2024 года АО «НК «КазМунайГаз» (КМГ) подписал меморандум о сотрудничестве с американской технологической компанией LanzaJet, специализирующейся на выпуске SAF. Зачем нефтяной компании заниматься производством авиатоплива не из нефти?

Ответ прост. Казахстан является участником Парижского соглашения по климату и 2 февраля 2023 года в стране была утверждена «Стратегия достижения углеродной нейтральности Республики Казахстан до 2060 года». Одним из ключевых направлений стратегии является декарбонизация транспорта, включая авиацию.

В свою очередь, КазМунайГаз реализует на системной основе политику по достижению углеродной нейтральности в различных направлениях своей деятельности^[3], предпринимая меры для обеспечения казахстанских авиаперевозчиков новым авиатопливом. Тут надо отметить, что все три НПЗ национальной компании ещё с 2017 года подготовлены к переходу на выпуск зарубежной марки авиакеросина Jet A-1, необходимого для использования SAF^[4]. Производство экологически чистого топлива SAF будет способствовать выполнению «зеленых» обязательств. КМГ стремится сократить свой углеродный след на 15% к 2031 году по сравнению с показателями 2019 года.

Учитывая, что крупнейшие нефтяные компании уже производят экологичное авиатопливо SAF, налаживание связей между КазМунайГазом и американской LanzaJet является важным шагом. LanzaJet специализируется на преобразовании биоэтанола в авиационное топливо. Сотрудничество поддерживается Европейским банком реконструкции и развития, который уже оказал финансовую помощь для проведения предварительного технико-экономического обоснования. Результаты позволяют с оптимизмом оценивать перспективы запуска такого производства в Казахстане.

Как из спирта делают авиакеросин

Процесс превращения этилового спирта в экологически устойчивое авиационное топливо использует технологию Alcohol-to-Jet (ATJ) — промышленную версию этой технологии разработала компания LanzaJet, которая первой в мире осуществила её успешную коммерциализацию и начала производить SAF из биоэтанола в промышленных масштабах.

Получаемый из спирта SAF снижает выбросы углерода на 80% по сравнению с обычным авиационным топливом. Общий принцип технологии AtJ заключается в использовании катализаторов, способствующих изомеризации этанола в более высокооктановые компоненты. Конверсия из биоэтанола в авиатопливо включает в себя несколько этапов^[5]:

• Дегидратация этанола: этанол дегидратируют (обезвоживают) до этилена (олефин) с использованием катализатора (например, оксида алюминия): C₂H₅OH →C₂H₄+H₂O
• Олигомеризация этилена: этилен олигомеризуется до более длинных углеводородов (например, бутена): 3C₂H₄ →C₆H₁₂
• Гидрирование: полученные олигомеры гидрируют до алканов, например: C₆H₁₂+H₂ →C₆H₁₄
• Гидрокрекинг: алканы подвергаются гидрокрекингу для получения смеси углеводородов, подходящих для использования в авиационном топливе, к примеру, таких как изобутан и пропан: 2C₆H₁₄ →C₄H₁₀+2C₃H₈

После разделения и очистки продукты конверсии этанола — парафины (Н-декан, Н-гексан), изопарафины (изобутан, изооктан), ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол) — смешиваются в необходимых пропорциях. Парафины, будучи насыщенными углеводородами, обеспечивают высокую плотность энергии и стабильность топлива. Изопарафины, будучи также насыщенными углеводородами, имеют разветвленную структуру, что улучшает текучесть топлива при низких температурах. Ароматические углеводороды добавляются в небольших количествах для улучшения смазывающих свойств топлива и совместимости с материалами, используемыми в авиационных двигателях.

Точные пропорции этих компонентов могут варьироваться в зависимости от процесса производства и требований к конечному продукту, но обычно парафины и изопарафины составляют основную часть топлива. Эти пропорции обеспечивают баланс между октановым числом, теплотой сгорания и другими характеристиками, необходимыми для эффективного использования в авиации.

Сложности переходного периода

Объем использования SAF (в качестве добавки) в 2023 году составил всего 600 млн литров (примерно 480 тыс. тонн)^[6], по цене 2500 долларов США за тонну (или в 2,8 раза больше авиатоплива марки Jet A-1), в то время как общий мировой объем потребления авиатоплива составил порядка 350 млрд литров (примерно 280 млн тонн). Доля SAF примерно 0,2%^[7].

Распространение SAF сдерживает относительная дороговизна его производства. Себестоимость производства того же этанола (сырья для SAF) в РК и РФ составляет примерно 0,5 доллара за литр (из зерновых культур)^[8], в США — 0,3 доллара за литр (из кукурузы), в Бразилии — 0,2 доллара за литр (из сахарного тростника).

Однако более эффективные экономические методы организации производства и новые технологии позволяют значительно удешевить процесс синтеза эко-топлива, начиная с этапа подготовки сырья. Например, зерновые культуры, помимо крахмала, содержат множество компонентов, которые можно реализовывать как отдельные товарные продукты с высокой добавленной стоимостью. При распределении стоимости сырья на все получаемые продукты себестоимость этилового спирта может составлять всего 0,1-0,2 доллара за литр^[9]. К примеру, такую глубокую переработку зерна в Казахстане развивает группа компаний «KazFoodProducts», имея профильные заводы в Алматинской, Северо-Казахстанской областях, а также планируя построить завод в Костанайской области^[10].

В свою очередь, технологии LanzaJet могли бы помочь из казахстанского биоэтанола создавать конкурентоспособное на мировом рынке эко-топливо SAF. Однако работа по выбору необходимой технологии и поиску стратегического партнера для реализации проекта по производству SAF в Казахстане всё ещё продолжается. Это дело трудоёмкое, требует учёта множества технических и экономических нюансов.

Пока же в баки отечественных воздушных лайнеров заливается ТС-1, а большинства зарубежных авиакомпаний — авиакеросин марки Jet A-1. К слову, востребованность этого топлива в немалой степени обуславливается тем, что SAF используется и будет использоваться лишь в качестве добавки, а пропорции смешивания с SAF регламентированы только для Jet A-1, тогда как постсоветские марки ТС-1 и РТ не учтены. Так, по нормативам ICAO, доля чистого SAF в авиатопливной смеси к 2030 году должна составлять 4%, с постепенным увеличением до 65% к 2050 году^[11]. Новые требования ICAO, вступающие в силу в 2027 году, обязывают страны-участницы либо добавлять SAF к топливу Jet A-1, либо платить сбор за его неиспользование. Обязательства предусматривают сокращение выбросов углекислого газа на авиарейсах минимум на 10%. Кто не сможет сократить выбросы, будет обязан покупать квоты на выбросы CO₂.

Продвижение SAF и его перспективы

Учитывая стоимость «зеленого» керосина, его продвижение на национальных рынках не обходится без госсубсидий. Скандинавские страны, Израиль, США и Австралия планируют значительное увеличение использования SAF к 2050 году. В Европе все авиатопливо должно содержать 2% SAF с 2025 года, а к 2050 году этот объем должен вырасти до 63%.

По данным на 16 августа 2024 года, средняя стоимость Jet A в аэропортах США составляет 1,7 доллара за литр (около 2 тыс. долларов за тонну), а SAF продается за 2,4 доллара за литр (около 3 тыс. долларов за тонну)^[12]. При больших объемах закупок цена может быть ниже. Например, в 2021 году Aemetis Inc. подписала соглашение с Delta Air Lines о поставках 1,1 млрд литров SAF в течение 10 лет за 1 млрд долларов, что составляет около 1 доллара за литр. В том же году Chevron заявил, что произведет SAF для Delta, которая обязалась заменить 10% своего авиатоплива на SAF к 2030 году. На сегодня Chevron уже начал производство SAF из соевого масла на заводе в El Segundo^[13].

В июле 2024 года Китай открыл государственный технический центр для разработки стандартов SAF в Чэнду^[14]. Пекин планирует обязать авиакомпании увеличить использование SAF до 2-5% от общего объема потребляемого авиакеросина. Пилотные проекты будут запущены в аэропортах Пекина, Шанхая, Чэнду и Чжэнчжоу. Ожидается, что Китай, второй по величине авиационный рынок в мире, на который приходится около 11% мирового потребления авиационного топлива, в этом году обнародует свою политику по использованию SAF до 2030 года. Это может привлечь миллиарды долларов инвестиций в производство биотоплива SAF. Общее потребление авиакеросина в Китае, вероятно, превысит 50 млн тонн в год уже через шесть лет, а использование SAF может достичь 2,5 млн тонн. Это значительный объем, учитывая, что на данный момент страна не производит SAF в промышленных масштабах для внутренних авиалиний.

IATA этим летом подтвердила свои прогнозы по утроению мирового производства SAF в 2024 году до 1,9 млрд литров (1,5 млн тонн) по сравнению с 600 млн литров (480 тыс. тонн) в предыдущем году^[15]. Это составит 0,5% от общего прогнозного потребления топлива авиакомпаниями мира в 375 млрд литров (300 млн тонн). К 2030 году общая мощность производства SAF может достичь 51 млн тонн, что означает почти 34-кратный рост с 2024 года.

Мировой рынок биоэтанола (потенциального сырья для SAF) также демонстрирует устойчивый рост, увеличиваясь с 41,55 млрд долларов США в 2023 году до прогнозируемых 46,5 млрд долларов США в 2024 году^[16] при CAGR (совокупном годовом темпе роста) почти в 12%. Этот рост объясняется повышенным спросом на чистые источники энергии, увеличением затрат на топливо и ростом развивающихся рынков. В свою очередь, экспортный потенциал казахстанского биоэтанола может составить до 6 млрд литров в год^[17], что позволит Казахстану войти в пятерку главных поставщиков биотоплива на мировом рынке.

Ужесточение мировых требований к экологичности, стратегические цели по становлению логистическим хабом для международных авиаперевозок и готовность КазМунайГаза к внедрению инноваций — сумма этих факторов придаёт существенный импульс в прогрессе Казахстана к переходу на использование SAF.

Литература