Самолёты на масле? Теперь это реально!
И на самолёте полетать, и салат заправитьВсе мы слышали про загрязнение воздуха машинами и заводами, но мало кто задумывается о том, что авиаперелёты тоже оставляют приличный «углеродный след». Было бы неплохо сократить выбросы, ведь традиционное топливо — это нефть и её производные.
Так подумали и учёные Томского политехнического университета, которые решили создать что-то более «зелёное» для самолётов, а именно — биотопливо.
Что такое биотопливо и зачем оно нужно?
Итак, биотопливо — это любой вид топлива из биомассы, то есть из чего-то, что когда-то росло (или бегало), будь то растения или даже отходы органического происхождения.
Фишка биотоплива в том, что при его сжигании выбрасывается меньше углекислого газа, и иногда его прям совсем немного, если считать тот углерод, что был поглощён растениями в процессе их роста. Получается что-то вроде замкнутого цикла, который не раздувает климатический кризис.
Существуют разные виды биотоплива, и давайте разберёмся, чем они отличаются.
- Биоэтанол — это спирт, который получают из растений, например, кукурузы или сахарного тростника. Он активно используется в автомобильной промышленности, его даже можно смешивать с обычным бензином. Правда, для самолётов биоэтанол не очень подходит — тут нужны более сложные и энергоёмкие решения.
- Биодизель — делается из растительных масел или животных жиров. А что, вполне себе: нажарил картошки, а масло — на топливо. Биодизель часто используют в грузовиках и автобусах, но и для авиации его уже начали тестировать. К тому же, его тоже можно смешивать с обычным дизелем.
- Биогаз — продукт разложения органики. Когда биомасса разлагается, она выделяет метан, который можно собрать и использовать как топливо. Биогаз активно применяют для производства электричества и тепла, но для авиации он пока не подходит из-за проблем с хранением и транспортировкой.
- Синтетическое биотопливо — вот оно как раз и подходит для самолётов. Это сложные синтезированные соединения из биомассы или отходов, которые по характеристикам похожи на обычное углеводородное топливо.
Вот и томские политехники решили двигаться в этом направлении.
В чём секрет их разработки?
Главная фича такого биотоплива — в том, что оно создаётся не только из растительных масел, но и из отходов нефтепереработки. Экологично и практично.
В ТПУ используют разные типы масел: талловое, рыжиковое, рапсовое и даже отходы кулинарных масел. Всё это смешивается с нефтяными остатками, что помогает не только утилизировать отходы, но и создать топливо с уникальными характеристиками.
Для того, чтобы его создать, сырьё сначала обрабатывают в установках каталитического крекинга и гидрокрекинга, а потом проходит через процесс Фишера-Тропша.
Каталитический крекинг — это процесс, который «разбивает» большие молекулы сырья на более мелкие, что делает его более пригодным для создания топлива. Гидрокрекинг — похожий процесс, но с добавлением водорода, что помогает получать топливо более высокого качества. А процесс Фишера-Тропша — это превращение газа в жидкое топливо, из которого потом можно делать, например, авиационный керосин.
На выходе учёные получают промежуточный продукт, который потом делят на фракции — в том числе и керосин, который подходит для авиации.
Почему это топливо круче обычного?
Главное, что новое топливо лучше сохраняется, чем обычные нефтяные аналоги. Томские политехники сделали топливо более термоокислительно стабильным, а значит, меньше подвержено окислению при высоких температурах.
А это важно, ведь в полёте топливо постоянно нагревается и остывает, и может со временем «портиться». А вот у биотоплива от ТПУ таких проблем нет — самолёты на нём работают надёжнее и чище.
В этом топливе ещё и меньше ароматических соединений — тех самых веществ, из-за которых при сжигании образуется сажа. Меньше сажи — чище воздух.
Так что самолёты на биотопливе будут летать гораздо экологичнее, и это хорошо.
Испытания и перспективы
Сейчас у томских учёных есть всего несколько десятков миллилитров нового топлива — да, это совсем немного, но для тестов хватает.
В лаборатории биотопливо показало такие же результаты, как и обычное топливо, когда проверяли его зажигание и горение.
Это хороший знак, ведь основная цель — сделать топливо, которое можно сразу заливать в самолёты, без всяких доработок.
Основная задача при синтезе биотоплива — его полная совместимость с существующей авиационной отраслью. Согласно стандарту биотопливо должно отвечать таким же требованиям, как и традиционное углеводородное топливо. Однако можно выделить несколько преимуществ нашего продукта. Наше биотопливо обладает лучшей термоокислительной стабильностью, что минимизирует окисление топлива и изменение его характеристик во время полёта, когда его используют в качестве теплоносителя. Также биотопливо характеризуется лучшими показателями дистилляции, что влияет на снижение длительности процесса подготовка топливной смеси.
Нна этом они не собираются останавливаться. Учёные работают над расширением сырьевой базы и хотят протестировать топливо на реальных двигателях, в будущем они хотят убедиться, что их биотопливо сможет полноценно заменить нефтяное и его реально будет выпускать в промышленных масштабах.
Что дальше?
Возможно, уже скоро самолёты будут летать на биотопливе и не будут так загрязнять всё вокруг, как сейчас, когда это действительно ощущается.
По данным Международной организации гражданской авиации (ICAO), на долю авиации приходится около 2-3% всех глобальных выбросов углекислого газа.
Это кажется немного, но если учесть, что количество полётов постоянно растёт, то цифры выглядят внушительно: за 2019 год мировая авиация выбросила примерно 915 миллионов тонн CO2.
Так выглядит карта выбросов CO₂ от внутренней авиации на душу населения на 2018 год
© ourworldindata.org
А это — для международных перелётов
© ourworldindata.org
Кроме того, самолёты выбрасывают не только СО₂. Есть ещё оксиды азота (NOx), которые способствуют образованию озона в верхних слоях атмосферы (плюс к парниковому эффекту). А также сажа, аэрозоли и много чего ещё, что тоже загрязняет воздух.
Конечно, до полётов на томском биотопливе ещё далеко — надо наладить производство в больших объёмах, провести все необходимые тесты и сертификации. Но первый шаг уже сделан.
А если заглянуть ещё дальше, кто знает? Может, однажды и ракеты будут летать на биотопливе. Вопрос экологии становится всё острее, мир меняется, и будущее точно будет за более чистыми и безопасными технологиями. Это ли не здорово?