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Biocombustible de aviación

Repostaje de biocombustible de un Airbus A320 en 2011

Un biocombustible de aviación (también conocido como biocombustible para aviones [1] o combustible de bioaviación (BAF); [2] ) es un biocombustible utilizado para propulsar aviones y se dice que es un combustible de aviación sostenible (SAF). La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) lo considera un elemento clave para reducir la huella de carbono dentro del impacto ambiental de la aviación . [3] El biocombustible de aviación podría ayudar a descarbonizar los viajes aéreos de media y larga distancia que generan la mayoría de las emisiones, y podría prolongar la vida útil de los tipos de aviones más antiguos al reducir su huella de carbono. La jerga queroseno parafínico sintético (SPK) se refiere a cualquier combustible no basado en petróleo diseñado para reemplazar el queroseno para aviones , que a menudo, pero no siempre, se elabora a partir de biomasa.

Los biocombustibles son combustibles derivados de la biomasa a partir de plantas, animales o desechos; Dependiendo del tipo de biomasa que se utilice, podrían reducir las emisiones de CO 2 entre un 20% y un 98% en comparación con el combustible para aviones convencional . [4] El primer vuelo de prueba utilizando biocombustibles mezclados fue en 2008, y en 2011 se permitieron mezclas con un 50% de biocombustibles en vuelos comerciales. En 2019, la IATA apuntaba a una penetración del 2% para 2025.

El biocombustible para aviación puede producirse a partir de fuentes vegetales o animales como jatropha , algas , sebo , aceites usados, aceite de palma , babasú y camelina (bio-SPK); a partir de biomasa sólida mediante pirólisis procesada con un proceso Fischer-Tropsch (FT-SPK); con un proceso de alcohol a chorro (ATJ) a partir de la fermentación de residuos; o de la biología sintética a través de un reactor solar . Los motores de pistón pequeños pueden modificarse para quemar etanol .

Los biocombustibles sostenibles no compiten con los cultivos alimentarios , las tierras agrícolas de primera calidad , los bosques naturales o el agua dulce. [ se necesita más explicación ] Son una alternativa a los electrocombustibles . [5] El combustible de aviación sostenible está certificado como sostenible por una organización externa.

Impacto medioambiental

Las plantas absorben dióxido de carbono a medida que crecen, lo que significa que los biocombustibles de origen vegetal emiten sólo la misma cantidad de gases de efecto invernadero que absorbían anteriormente. Sin embargo, la producción, el procesamiento y el transporte de biocombustibles emiten gases de efecto invernadero, lo que reduce el ahorro de emisiones. [2] Los biocombustibles con mayor ahorro de emisiones son los derivados de algas fotosintéticas (98% de ahorro, tecnología aún no madura) y de cultivos no alimentarios y residuos forestales (91-95% de ahorro). [2]

El aceite de jatrofa , un aceite no alimentario utilizado como biocombustible, debería reducir las emisiones de CO 2 entre un 50% y un 80% en comparación con el Jet-A1, un combustible a base de queroseno. [6] La jatropha, utilizada para biodiesel , puede prosperar en tierras marginales donde la mayoría de las plantas producirían bajos rendimientos . [7] [8] Una evaluación del ciclo de vida realizada por la Escuela de Silvicultura de Yale sobre la jatropha, una fuente potencial de biocombustibles, estimó que el uso de biocombustibles podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 85% si se utilizan antiguas tierras agropastoriles, o aumentar las emisiones hasta en un 60% si se aprovechan los bosques naturales. [9]

El cultivo de palma aceitera se ve limitado por los escasos recursos de tierra y su expansión a zonas forestales provoca deforestación y pérdida de biodiversidad , así como emisiones directas e indirectas debido al cambio de uso de la tierra . [2] Los productos renovables de Neste Corporation incluyen un residuo de refinación de aceite de palma de calidad alimentaria, el residuo oleoso extraído de las aguas residuales de la fábrica de aceite de palma . Otras fuentes de Neste son el UCO ( aceite de cocina usado ) de freidoras y grasas animales. [10] Lufthansa utiliza el combustible de aviación sostenible de Neste ; [11] Air France y KLM anunciaron objetivos de SAF para 2030 [12] y anunciaron contratos de compra plurianuales por un total de más de 2,4 millones de toneladas de SAF de Neste, TotalEnergies y DG Fuels. [13]

El combustible de aviación procedente de materia prima derivada de residuos húmedos ("VFA-SAF") proporciona un beneficio medioambiental adicional. Los residuos húmedos se componen de residuos de vertederos, lodos de plantas depuradoras de aguas residuales, residuos agrícolas, grasas y grasas. Los desechos húmedos se pueden convertir en ácidos grasos volátiles (AGV), que luego se pueden convertir catalíticamente en SAF. Los desechos húmedos son una materia prima abundante y de bajo costo, con el potencial de reemplazar el 20% del consumo de combustible fósil para aviones en Estados Unidos. [14] Esto elimina la necesidad de cultivar cultivos específicos para combustible, que en sí mismo consume mucha energía y aumenta las emisiones totales de CO2 a lo largo de su ciclo de vida. A partir de 2023, el 90% del biocombustible se elaborará a partir de semillas oleaginosas y caña de azúcar, que se cultivan únicamente con este fin. [15] Las materias primas derivadas de desechos húmedos para SAF desvían los desechos de los vertederos; esta acción por sí sola tiene el potencial de eliminar el 17% de las emisiones totales de metano de los EE. UU. en todos los sectores. La huella de carbono de VFA-SAF es un 165% menor que la del combustible fósil de aviación. [14] Esta tecnología está en su infancia; aunque varias empresas emergentes están trabajando para que esta sea una solución viable. Alder Renewables, BioVeritas y ChainCraft son algunas de las organizaciones comprometidas con esto.

La NASA ha determinado que una mezcla del 50% de biocombustible de aviación puede reducir las emisiones de partículas causadas por el tráfico aéreo entre un 50% y un 70%. [16] Los biocombustibles no contienen compuestos de azufre y, por tanto, no emiten dióxido de azufre . [ cita necesaria ]

Línea de tiempo

El primer vuelo que utilizó una mezcla de biocombustibles tuvo lugar en 2008. [17] Virgin Atlantic realizó el primer vuelo de una aerolínea comercial propulsado parcialmente por biocombustibles, mientras que los vuelos comerciales con biocombustibles probablemente utilizarían materias primas como algas . [18] Para entonces, las aerolíneas que representaban más del 15% de la industria formaron el Grupo de Usuarios de Combustibles de Aviación Sostenible, con el apoyo de ONG como el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales y la Mesa Redonda para los Biocombustibles Sostenibles . Se comprometieron a desarrollar biocombustibles sostenibles para la aviación. [19] Ese año, Boeing fue copresidente de la Algal Biomass Organization , junto con las compañías aéreas y el desarrollador de tecnología de biocombustibles UOP LLC (Honeywell). [20]

En 2009, la IATA se comprometió a lograr un crecimiento neutro en carbono para 2020 y a reducir a la mitad las emisiones de carbono para 2050. [21]

En 2010, Boeing se propuso alcanzar el 1% de los combustibles de aviación mundiales para 2015. [22]

Vuelo de prueba del AV-8B Harrier II del Cuerpo de Marines de EE. UU . utilizando una mezcla de biocombustible 50-50 en 2011

En junio de 2011, la Especificación revisada para combustible de turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados ( ASTM D7566) permitía a las aerolíneas comerciales mezclar hasta un 50% de biocombustibles con combustible para aviones convencional. [23] La seguridad y el rendimiento del combustible para aviones utilizado en vuelos de pasajeros están certificados por ASTM International . [24] Los biocombustibles fueron aprobados para uso comercial después de una revisión técnica de varios años por parte de fabricantes de aviones , fabricantes de motores y compañías petroleras . [25] Desde entonces, algunas aerolíneas han experimentado con el uso de biocombustibles en vuelos comerciales. [26] En julio de 2020, se han publicado siete anexos de la D7566, incluidos varios tipos de biocombustibles: [27]

En diciembre de 2011, la FAA otorgó 7,7 millones de dólares a ocho empresas para desarrollar combustibles sostenibles , especialmente a partir de alcoholes , azúcares, biomasa y materia orgánica como aceites de pirólisis , dentro de sus programas CAAFI y CLEEN . [28]

Desde 2014, Solena planeó convertir anualmente 500.000 toneladas de residuos de la City de Londres que normalmente irían a vertederos en biocombustible para ser utilizado en la flota de British Airways , [29] pero se declaró en quiebra en 2015. [30]

En 2015, se estaba investigando el cultivo de ésteres metílicos de ácidos grasos y alquenonas del alga Isochrysis como posible materia prima para biocombustible para aviones . [31]

En 2016, Thomas Brueck de Munich TU pronosticó que el cultivo de algas podría satisfacer entre el 3% y el 5% de las necesidades de combustible para aviones para 2050. [32]

En el otoño de 2016, para lograr sus objetivos de reducción de emisiones, la OACI planificó múltiples medidas, incluido el desarrollo y despliegue de combustibles de aviación sostenibles. [33]

Decenas de empresas recibieron cientos de millones en capital de riesgo entre 2005 y 2012 para extraer fueloil de algas, algunas de las cuales prometían combustible a precios competitivos para 2012 y una producción de mil millones de galones estadounidenses (3,8 millones de m 3 ) para 2012-2014. [34] Para 2017, tampoco se logró y la mayoría de las empresas habían desaparecido o cambiado sus planes de negocios para centrarse en suplementos cosméticos , nutracéuticos , aditivos para alimentos para mascotas , alimentos para animales , pigmentos y aceites especiales. [34]

En 2019, el 0,1% del combustible era SAF: [35] la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) apoya la adopción de combustible de aviación sostenible, con el objetivo en 2019 de una penetración del 2% para 2025: 7 millones de m 3 (1.800 millones de gal EE.UU.) . [36] Para entonces, más de 150.000 vuelos han utilizado biocombustibles y cinco aeropuertos tienen distribución regular de biocombustibles: Bergen , Brisbane , Los Ángeles , Oslo y Estocolmo , y otros ofrecen suministro ocasional. [17]

En 2019, United Airlines compró hasta 10 millones de galones estadounidenses (38.000 m 3 ) de SAF de World Energy durante dos años. [37]

Ese año, Virgin Australia había abastecido de combustible a más de 700 vuelos y recorrido más de un millón de kilómetros, nacionales e internacionales, utilizando el alcohol para combustible de Gevo . [38] Gevo se compromete a aprovechar todo el galón de combustible de aviación sostenible, lo que podría generar una huella de carbono negativa. Virgin Atlantic estaba trabajando para utilizar regularmente combustible derivado de los gases residuales de las acerías , con LanzaTech . [39] British Airways quería convertir los residuos domésticos en combustible para aviones con Velocys . [39] United Airlines se comprometió a suministrar 900 millones de gal EE.UU. (3.400.000 m 3 ) de combustible de aviación sostenible durante 10 años de Fulcrum BioEnergy (que se comparará con su consumo de combustible de 4.100 millones de gal EE.UU. (16.000.000 m 3 ) en 2018), después de su consumo de 30 dólares. millones de dólares en 2015 y desarrollará hasta cinco fábricas de biocombustibles cerca de sus centros. [39]

A partir de 2020, Qantas comenzará a utilizar una mezcla 50/50 del biocombustible de SG Preston en sus vuelos Los Ángeles-Australia, suministrando también combustible derivado de aceites vegetales no alimentarios a JetBlue Airways durante 10 años. [39] En sus instalaciones de Singapur , Rotterdam y Porvoo , la finlandesa Neste espera mejorar su capacidad de producción de combustible renovable de 2,7 a 3,0 millones de toneladas (6,0 a 6,6 mil millones de libras) al año para 2020, y está aumentando su capacidad en Singapur en 1,3 millones de toneladas (2.900 millones de libras) hasta alcanzar los 4,5 millones de toneladas (9.900 millones de libras) en 2022 mediante una inversión de 1.400 millones de euros (1.600 millones de dólares). [39]

Para 2020, International Airlines Group había invertido 400 millones de dólares para convertir residuos en combustible de aviación sostenible con Velocys . [40]

A principios de 2021, el director ejecutivo de Boeing, Dave Calhoun, dijo que los combustibles de aviación sostenibles son "la única respuesta de aquí a 2050" para reducir las emisiones de carbono. [41] En mayo de 2021, la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) estableció el objetivo de que la industria de la aviación alcance emisiones netas de carbono cero para 2050, con SAF como componente clave. [42]

En 2022, la Ley de Reducción de la Inflación introdujo el Programa de Subvenciones para la Transición Sostenible (FAST) de Fueling Aviation. El programa proporciona 244,5 millones de dólares en subvenciones para "producción, transporte, mezcla y almacenamiento" relacionados con SAF. [43] En noviembre de 2022, los combustibles de aviación sostenibles fueron un tema candente en la COP26, la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. [44]

Producción

El combustible para aviones es una mezcla de varios hidrocarburos . El rango de sus tamaños ( pesos moleculares o números de carbonos) está restringido por los requisitos del producto, por ejemplo, punto de congelación o punto de humo . Los combustibles para aviones a veces se clasifican como de tipo queroseno o nafta . Los combustibles de tipo queroseno incluyen Jet A, Jet A-1, JP-5 y JP-8. Los combustibles para aviones de tipo nafta, a veces denominados combustible para aviones de "corte amplio", incluyen Jet B y JP-4.

Los biocombustibles "directos" son biocombustibles que son completamente intercambiables con los combustibles convencionales. La obtención de combustible para aviones "directo" a partir de fuentes biológicas está aprobada por la ASTM a través de dos rutas. ASTM también ha descubierto que es seguro mezclar un 50% de SPK con combustibles para aviones normales. [45] [24] Se han realizado pruebas mezclando queroseno parafínico sintético (SPK) en concentraciones considerablemente más altas. [46]

HEFA-SPK
El queroseno parafínico sintético de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados ​​(HEFA-SPK) es un tipo específico de combustible de aceite vegetal hidrotratado . [2] A partir de 2020, esta era la única tecnología madura . [17] [2] La CAA considera que el combustible HEFA-SPK es una alternativa líder para el combustible para aviones convencional . [47] HEFA-SPK fue aprobado por Altair Engineering para su uso en 2011. [48] HEFA-SPK se produce mediante la desoxigenación y el hidroprocesamiento de los ácidos grasos como materia prima de algas , jatrofa y camelina . [49]
Bio-SPK
Este combustible utiliza aceite extraído de fuentes vegetales o animales como jatrofa , algas , sebo , aceites usados, babasú y camelina para producir queroseno parafínico sintético (bio-SPK) mediante craqueo e hidroprocesamiento . El uso de algas para producir combustible para aviones sigue siendo una tecnología emergente . Las empresas que trabajan con combustible de algas para aviones incluyen Solazyme , Honeywell UOP, Solena, Sapphire Energy , Imperium Renewables y Aquaflow Bionomic Corporation. Las universidades que trabajan con combustible de algas para aviones son la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Cranfield . Los principales inversores en la investigación SPK basada en algas son Boeing , Honeywell / UOP , Air New Zealand , Continental Airlines , Japan Airlines y General Electric . [ cita necesaria ]
FT-SPK
Otra ruta implica el procesamiento de biomasa sólida mediante pirólisis para producir petróleo o gasificación para producir gas de síntesis que se procesa en FT SPK ( queroseno parafínico sintético Fischer-Tropsch ). [ cita necesaria ]
ATJ-SPK
La vía alcohol-to-jet (ATJ) toma alcoholes como el etanol o el butanol , los desoxigena y los procesa para convertirlos en combustibles para aviones. [50] Empresas como LanzaTech han creado ATJ-SPK a partir del CO 2 de los gases de combustión . [51] El etanol se produce a partir del CO de los gases de combustión utilizando microbios como Clostridium autoethanogenum . En 2016, LanzaTech demostró su tecnología a escala piloto en Nueva Zelanda, utilizando gases residuales industriales de la industria del acero como materia prima para su fermentación microbiana. [52] [53] [54] Gevo desarrolló tecnología para modernizar las plantas de etanol existentes para producir isobutanol . [55] El queroseno parafínico sintético de alcohol a chorro (ATJ-SPK) es una vía comprobada para ofrecer a los viajeros una opción de base biológica y baja en carbono. [ cita necesaria ]

Rutas de producción futuras

Se están desarrollando sistemas que utilizan la biología sintética para crear hidrocarburos.

Motores de pistón

Los motores de pistón pequeños pueden modificarse para quemar etanol . [60] Swift Fuel , un biocombustible alternativo al avgas , fue aprobado como combustible de prueba por ASTM International en diciembre de 2009. [61] [62]

Desafíos técnicos

Los materiales de caucho a base de nitrilo se expanden en presencia de compuestos aromáticos que se encuentran en el combustible de petróleo convencional. Los biocombustibles puros que no se mezclan con petróleo y no contienen aditivos a base de parafina pueden hacer que las juntas de goma y las mangueras se encojan. [63] Se encuentran disponibles sustitutos del caucho sintético que no se ven afectados negativamente por los biocombustibles, como el Viton , para sellos y mangueras. [64]

La Fuerza Aérea de los Estados Unidos encontró bacterias y hongos dañinos en sus aviones alimentados con biocombustibles y utilizó la pasteurización para desinfectarlos. [sesenta y cinco]

Ciencias económicas

La Agencia Internacional de Energía pronostica que la producción de SAF debería crecer de 18 a 75 mil millones de litros entre 2025 y 2040, lo que representa una proporción del combustible de aviación que aumentará del 5% al ​​19%. [17] En 2019, el costo de producción de combustible fósil para aviones era de 0,3 a 0,6 dólares por litro, considerando un barril de petróleo crudo de 50 a 100 dólares, mientras que el costo de producción de biocombustible para aviación era de 0,7 a 1,6 dólares, y se necesitaba un barril de petróleo crudo de 110 a 260 dólares para alcanzar el punto de equilibrio . [17]

A partir de 2020, el biocombustible de aviación es más caro que el queroseno fósil para aviones, [1] considerando los impuestos y subsidios a la aviación en ese momento. [66]

Según un análisis tecnoeconómico de 2021, VFA-SAF puede tener un costo de equilibrio de $2,50 por galón. [14] Este número se generó considerando los créditos e incentivos gubernamentales en ese momento, como los créditos LCFS (Estándar de combustible bajo en carbono) de California y los incentivos del Estándar de combustible renovable de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) .

Combustibles de aviación sostenibles

En 2016, el aeropuerto de Oslo se convirtió en el primer aeropuerto internacional en ofrecer combustible de aviación sostenible como parte de su combinación de combustibles.

Los biocombustibles sostenibles no utilizan cultivos alimentarios , tierras agrícolas de primera calidad ni agua dulce. El combustible de aviación sostenible (SAF) está certificado por un tercero, como la Mesa Redonda para Biocombustibles Sostenibles . [67]

Se pueden crear combustibles sostenibles con energía renovable sin biomateriales. El carbono se puede obtener del CO
2para fabricar queroseno, etc. El hidrógeno se puede quemar o utilizar en una pila de combustible , aunque el almacenamiento y el transporte siguen siendo un desafío.

Hasta 2022, unos 450.000 vuelos habían utilizado combustibles sostenibles como parte de la combinación de combustibles, aunque dichos combustibles eran ~3 veces más caros que el combustible fósil tradicional para aviones o el queroseno . [68]

Certificación

Una certificación de sostenibilidad de combustible de aviación sostenible (SAF) verifica que el producto cumple con criterios centrados en consideraciones ambientales, sociales y económicas de " triple resultado ". Según muchos esquemas de regulación de emisiones, como el Régimen de Comercio de Emisiones de la Unión Europea (EUTS), un producto SAF certificado puede estar exento de los costos de responsabilidad de cumplimiento de carbono. [69] Esto mejora marginalmente la competitividad económica de SAF frente a los combustibles fósiles. Sin embargo, persisten obstáculos regulatorios y de comercialización para lograr la paridad de precios y permitir una adopción generalizada. [70]

El primer organismo de renombre en lanzar un sistema de certificación de biocombustibles sostenibles fue la ONG Mesa Redonda sobre Biomateriales Sostenibles (RSB), con sede en Europa. [71] Las principales aerolíneas y otros signatarios del Grupo de Usuarios de Combustible de Aviación Sostenible (SAFUG) se comprometieron a apoyar a RSB como proveedor de certificación preferido. [72] [73]

Algunas rutas SAF también han adquirido rutas RIN según el estándar de combustible renovable de los Estados Unidos , que puede servir como una certificación implícita si el RIN es un Q-RIN .

Criterios

Refundición de EU RED II (2018)
Las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de combustibles sostenibles deben ser inferiores a las de los combustibles a los que sustituyen: al menos el 50% para la producción construida antes del 5 de octubre de 2015, el 60% después de esa fecha y el 65% después de 2021. Las materias primas no pueden obtenerse de tierras con altas temperaturas. biodiversidad o altas reservas de carbono (es decir, bosques primarios y protegidos, pastizales, humedales y turberas ricos en biodiversidad ). Otras cuestiones de sostenibilidad se establecen en el Reglamento de Gobernanza y pueden cubrirse de forma voluntaria.
OACI 'CORSIA'
Reducción de GEI - Criterio 1: reducciones del ciclo de vida de al menos un 10% en comparación con los combustibles fósiles. Reservas de carbono - Criterio 1: no se produce a partir de biomasa obtenida de tierras cuyos usos cambiaron después del 1 de enero de 2008 de bosques primigenios, humedales o turberas, ya que todas estas tierras tienen altas reservas de carbono. Criterio 2: Para cambios de uso de la tierra después del 1 de enero de 2008 (utilizando las categorías de tierra del IPCC), si las emisiones provenientes del cambio directo de uso de la tierra (DLUC) exceden el valor predeterminado del cambio inducido de uso de la tierra (ILUC), el valor del DLUC reemplaza el valor predeterminado (ILUC).

Impacto global

A medida que surjan esquemas de comercio de emisiones y otros regímenes de cumplimiento de emisiones de carbono, es probable que ciertos biocombustibles queden exentos ("con calificación cero") por parte de los gobiernos del cumplimiento de las emisiones de carbono debido a su naturaleza de circuito cerrado si pueden demostrar sus credenciales de sostenibilidad más amplias. Por ejemplo, en el EUTS se aceptó la propuesta de SAFUG [74] de que sólo los combustibles certificados como sostenibles por la RSB o un organismo similar tendrían un tipo cero. [75] SAFUG fue formada por un grupo de aerolíneas interesadas en 2008 bajo los auspicios de Boeing Commercial Airplanes . Las aerolíneas miembros representan más del 15% de la industria y firmaron un compromiso de trabajar para lograr SAF. [76] [77]

Además de la certificación SAF, la integridad de los productores de biocombustibles de aviación y sus productos se puede evaluar por medios como el Carbon War Room de Richard Branson [78] o la iniciativa Renewable Jet Fuels. [79] Este último trabaja con empresas como LanzaTech, SG Biofuels, AltAir, Solazyme y Sapphire. [80] [ se necesita verificación ]

Junto con sus coautores, Candelaria Bergero, del Departamento de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad de California, afirmó que "los principales desafíos para ampliar la producción de combustible sostenible incluyen los costos de la tecnología y la eficiencia de los procesos", y una producción generalizada socavaría la seguridad alimentaria y el uso de la tierra. . [81]

Procesos certificados

Ver también

Referencias

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