Несколько крупных авиакомпаний взяли на себя обязательство достичь нулевого уровня выбросов углекислого газа к середине века для борьбы с изменением климата. Это амбициозная цель, которая потребует огромного увеличения объемов экологически чистого авиационного топлива, но одного этого недостаточно, как показывают наши последние исследования.
Идея о том, что реактивные лайнеры будут летать исключительно на топливе, изготовленном из отработанного кулинарного жира из ресторанов или кукурузных стеблей, может показаться футуристической, но это не так далеко.
Авиакомпании уже экспериментируют с экологически чистым авиационным топливом. К ним относятся биотопливо, изготовленное из остатков сельского хозяйства, деревьев, кукурузы и отработанного кулинарного жира. Другие виды топлива - синтетические, изготовленные путем соединения уловленного углерода из воздуха и зеленого водорода, полученного из возобновляемых источников энергии. Часто их можно использовать прямо в существующих топливных баках самолетов, в которых обычно хранится ископаемое авиационное топливо.
Авиакомпания United Airlines, которая на некоторых рейсах из Лос-Анджелеса и Амстердама использует смесь отработанного масла или отработанного жира с ископаемым топливом, в феврале 2023 года объявила о заключении партнерства с компаниями по производству биотоплива, чтобы к 2028 году обеспечить 50 000 рейсов в год между узловыми аэропортами Чикаго и Денвера экологически чистым авиационным топливом на основе этанола.
В новом исследовании мы рассмотрели различные варианты достижения авиацией нулевого уровня выбросов и оценили, как можно продолжать авиаперевозки, не способствуя изменению климата.
Итог: Каждый путь имеет важные компромиссы и препятствия. Замена ископаемого авиационного топлива на экологичное авиационное топливо будет иметь решающее значение, но отрасли все равно придется инвестировать в улавливание и хранение углерода в воздухе для компенсации выбросов, которые невозможно сократить.
Сценарии на будущее
До пандемии, в 2019 году, на долю авиации приходилось около 3,1% от общего объема глобальных выбросов CO₂ от сжигания ископаемого топлива, а количество ежегодно пройденных пассажиро-миль росло. Если бы авиационные выбросы были страной, то она занимала бы шестое место по объему выбросов, вплотную следуя за Японией.
Помимо выбросов углерода, при сжигании авиационного топлива образуются сажа и водяной пар, известные как контраилы, которые способствуют потеплению, и их нельзя избежать путем перехода на экологически чистое авиационное топливо.
Авиация также является одним из наиболее трудно поддающихся декарбонизации секторов экономики. Разрабатываются небольшие электрические и водородные самолеты, но до дальних рейсов с большим количеством пассажиров, вероятно, еще десятилетия.
Мы разработали и проанализировали девять сценариев, охватывающих диапазон прогнозируемого спроса на пассажирские и грузовые перевозки, энергоемкость и углеродоемкость авиации, чтобы изучить, как отрасль может достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году.
Мы обнаружили, что для достижения нулевого уровня выбросов CO₂ всему сектору потребуется 19,8 эксаджоулей экологически чистого авиационного топлива. При повышении эффективности других видов топлива этот показатель может быть снижен всего до 3 эксаджоулей. Для сравнения, 3 эксаджоуля почти эквивалентны всему биотопливу, произведенному в 2019 году, и намного превосходят 0,005 эксаджоуля авиационного топлива на биооснове, произведенного в 2019 году. Экзаджоуль - это мера энергии.
Меньше летать и повышать энергоэффективность самолетов, например, использовать более эффективные "глиссадные" посадки, которые позволяют авиакомпаниям приближаться к аэропорту с двигателями, работающими почти на холостом ходу, может помочь снизить количество необходимого топлива. Но даже в самых оптимистичных сценариях - когда спрос растет на 1% в год по сравнению с историческим средним показателем 4% в год, а энергоэффективность повышается не на 1%, а на 4% в год - авиации все равно потребуется около 3 эксаджоулей экологически чистого авиационного топлива.
Почему компенсационные меры все еще необходимы
Быстрое расширение использования устойчивого биотоплива в авиации легче сказать, чем сделать. Для этого может потребоваться до 1,2 миллиона квадратных миль (300 миллионов гектаров) специально отведенных земель для выращивания сельскохозяйственных культур для переработки в топливо - примерно 19% от мировых пахотных земель на сегодняшний день.
Другой проблемой является стоимость. Средняя мировая цена ископаемого авиационного топлива составляет около 3 долларов США за галлон (0,80 долларов США за литр), в то время как стоимость производства авиационного топлива на биооснове зачастую в два раза выше. Стоимость самого дешевого, HEFA, в котором используются жиры, масла и смазки, колеблется от 2,95 до 8,67 долларов США за галлон (0,78-2,29 долларов США за литр), но она зависит от наличия отработанного масла.
Биотопливо Фишера-Тропша, получаемое путем химической реакции, в результате которой угарный газ и водород превращаются в жидкие углеводороды, стоит от $3,79 до $8,71 за галлон (от $1 до $2,30 за литр). А синтетическое топливо - от $4,92 до $17,79 за галлон (от $1,30 до $4,70 за литр).
В реальности достижение нулевого уровня выбросов, скорее всего, также будет зависеть от удаления углекислого газа.
В будущем, при таком же использовании авиации, как сегодня, для достижения нулевого уровня выбросов авиации необходимо будет уловить из воздуха 3,4 гигатонны углекислого газа и изолировать его, например, закачать под землю. Это может стоить триллионы долларов.
Для того чтобы эти компенсации были эффективными, удаление углекислого газа также должно соответствовать строгим критериям приемлемости и быть фактически постоянным. Сегодня этого не происходит в программах компенсаций авиакомпаний, где авиакомпании в основном покупают дешевые, непостоянные компенсации, такие как проекты по сохранению и управлению лесами.
К нашим выводам применимы некоторые оговорки, которые могут еще больше увеличить потребность в компенсациях.
Наша оценка предполагает, что экологически чистое авиационное топливо будет иметь нулевые выбросы углерода. Однако сырье для этих видов топлива в настоящее время имеет выбросы в течение всего жизненного цикла, в том числе от удобрений, сельского хозяйства и транспорта. Американское общество по испытанию материалов также в настоящее время устанавливает максимальный предел смешивания: в США в обычное авиационное топливо можно смешивать до 50% экологически чистого топлива, хотя в Европе авиакомпании испытывают 100%-ные смеси.
Как преодолеть последние препятствия
Для достижения климатических целей, поставленных перед миром, необходимо сократить выбросы во всех секторах, включая авиацию.
Хотя сокращение спроса поможет снизить зависимость от экологически чистого авиационного топлива, более вероятно, что в будущем все больше и больше людей будут летать самолетами, поскольку все больше людей становятся богаче. Повышение эффективности поможет снизить количество энергии, необходимой для работы авиации, но не устранит ее.
Увеличение масштабов производства экологически чистого авиационного топлива может снизить его стоимость. В этом могут помочь квоты, например, введенные в рамках плана Европейского союза "Подходит для 55 лет", субсидии и налоговые льготы, как в Законе США о снижении инфляции, подписанном в 2022 году, а также налог на углерод или другая цена на углерод.
Кроме того, учитывая роль, которую улавливание углерода из атмосферы будет играть в достижении нулевых выбросов, на международном уровне необходима более надежная система учета, чтобы гарантировать, что компенсационные меры компенсируют воздействие авиации, не связанное с CO₂. Если эти препятствия будут преодолены, авиационный сектор сможет достичь чистых нулевых выбросов к 2050 году.
