Profesor David Chiaramonti proučava tlo kako bi pomogao riješiti problema na nebu: emisije ugljičnog dioksida (CO2) koje proizvode zrakoplovi i drugi zagađivači.
Kao stručnjak u području energetskih sustava i proizvodnje električne energije na Politehničkom sveučilištu u Torinu u Italiji, profesor Chiaramonti želi poljoprivredne površine koje se ne upotrebljavaju i koje su marginalne te čije je tlo degradirano, iskoristiti za proizvodnju čistog goriva za avione.
POGLEDAJTE VIDEO:
Biljke bogate uljima
Gorivo bi se dobivalo od biljki uljarica kao što je Camelina sativa (podlanak) – biljka nastanjena u Europi i središnjoj Aziji – čime bi se zamijenili kerozin i fosilna goriva koja se tradicionalno upotrebljavaju za pogon zrakoplova. Kerozin pogoršava klimatske promjene ispuštanjem CO2 i dušikovih oksida u atmosferu.
Profesor Chiaramonti vodio je istraživački projekt koji je dobio sredstva EU-a, a cilj mu je bio povećanje zaliha jedine, trenutačno dostupne, vrste održivog zrakoplovnog goriva: hidroprocesiranih estera i masnih kiselina, poznatih pod zajedničkim nazivom HEFA. Projekt pod nazivom BIO4A zaključen je sredinom 2023. nakon pet godina provedbe.
HEFA je biogorivo izrađeno uglavnom od rabljenog ulja za kuhanje te životinjske masnoće preostale u proizvodnji mesa. To su izvori koji u najboljem slučaju mogu zadovoljiti 2 % potreba za gorivom za zrakoplove. Profesor Chiaramonti vjeruje da podlanak, koji je poznat i pod nazivom lanolik, a koji raste i u zemljama poput Italije i Španjolske, može pomoći u prevladavanju ovog uskog grla bez utjecaja na usjeve koji se uzgajaju za hranu.
„Usredotočili smo se na vrlo siromašna tla, na zemlju koja je vrlo suha i bezvodna te izgubljena za proizvodnju hrane, ali koja bi se mogla oporaviti,” objasnio je profesor Chiaramonti.
Kao rezultat toga, podlanak nudi mogućnost povećanja ukupnih količina HEFA-e i rješavanja problema degradacije tla, koja muči mnoge zemlje, posebice u mediteranskom području, a koja je rezultat klimatskih promjena i intenzivne poljoprivrede.
„Najveći problem koji se danas javlja u proizvodnji održivih zrakoplovnih goriva pronalaženje je izvora održivih lipida,” rekao je profesor Chiaramonti, koji je i predsjednik talijanske istraživačke organizacije za obnovljivu energiju pod nazivom RE-CORD. „Istraživali smo kako proizvesti održive lipide u marginalnom, degradiranom tlu.”
Ekstremno visoke emisije
Globalne emisije ugljičnog dioksida koje proizvede zrakoplovna industrija rastu brže u zadnjim desetljećima u odnosu na emisije koje proizvedu sektori cestovnog, željezničkog i pomorskog prometa. Zrakoplovni promet odgovoran je sada za 2 – 3 % globalnih emisija CO2.
Štoviše, za razliku od cestovnog i željezničkog prometa, električna energija tek se treba pojaviti kao opcija u zrakoplovnom prometu općenito jer tehnologije su baterija takve da baterije trenutačno mogu pokretati samo lake letjelice poput dronova.
To pojačava fokus na održiva zrakoplovna goriva, također poznata kao SAF (Sustainable Aviation Fuels).
U listopadu 2023. nacionalne vlade EU-a odobrile su zakon prema kojemu će dobavljači zrakoplovnih goriva u Europi biti dužni osigurati tržišni udio SAF-a od najmanje 2 % u 2025., 6 % u 2030. te 70 % u 2050.
Taj je zakon dio glavnog paketa europskog zakonodavstva koji podupire cilj EU-a da smanji emisije stakleničkih plinova za 55 % u 2030. u usporedbi s razinama iz 1990. Cilj smanjenja od 55 % ambiciozniji je od prethodnog plana EU-a za smanjenje emisija za 40 % tijekom tog razdoblja.
Tradicionalni uspjeh
HEFA ima sličnu kemijsku strukturu kao fosilna goriva, što olakšava zadatak njegova prilagođavanja mlaznim motorima.
Čak i dok su ispitivali zemlju koja se ne upotrebljava za proizvodnju HEFA-e od podlanka, istraživači sudionici projekta BIO4A unaprijedili su tradicionalne metode proizvodnje.
U projektu je upotrijebljena rafinerija koja proizvodi gorivo HEFA od otpadnog ulja za kuhanje i životinjske masti preostale od industrijske proizvodnje mesa.
To objašnjava sudjelovanje u projektu dvije glavne europske naftne tvrtke: Total iz Francuske i Eni sa sjedištem u Italiji.
„Proizveli smo 1000 tona HEFA-e od ostataka ulja, što je do sada najveća količina ikada industrijski proizvedena u Europi u okviru EU-ova istraživačkog programa,” rekao je profesor Chiaramonti.
Rotacija usjeva
Na neiskorištenom tlu projektni je tim želio pokazati da se HEFA može proizvesti iz biljaka kao što je podlanak uz podršku uzgoja usjeva za hranu i stočnu hranu.
Ideja se temelji na upotrebi komposta kao i biougljena, koji se proizvodi od biljne i životinjske biomase, poboljšava kvalitetu tla i doprinosi ugljičnoj neutralnosti ili čak ugljičnoj negativnosti.
Istraživači vjeruju da bi uzgoj energetskih usjeva mogao pomoći poljoprivrednicima da poboljšaju kvalitetu marginalnog tla tako da proizvodnja biogoriva i hrane mogu koegzistirati umjesto da se natječu.
Tržišta energije mogla bi platiti poljoprivrednicima da obnove kvalitetu tla koristeći se kompostom i biougljenom, prema riječima profesora Chiaramontija.
„Tada je moguće da se jedne godine na tlu uzgoje energetski usjevi kao što je podlanak, a sljedeće primjerice ječam,” rekao je.
Biljni bi se ostaci kompostirali zagrijavanjem na visokim temperaturama i/ili pretvarali u biougljen te vraćali u tlo. To ne samo da bi poboljšalo zdravlje tla, već bi i zaključalo ugljik, dodatno smanjujući ekološki otisak dobivenog mlaznog goriva.
„Pokazali smo da biogoriva mogu biti negativna za ugljik,” rekao je profesor Chiaramonti. „To je revolucionarni rezultat.”
Istraživači su ispitali svoj pristup na parcelama degradiranog tla u blizini španjolske prijestolnice Madrida i u talijanskoj regiji Toskani.
Eksperimentirali su s različitim metodama oporavka tla i naizmjenično uzgajali ječam i podlanak, koji bolje podnosi sušu od drugih energetskih usjeva, a prije ga se također upotrebljavalo za proizvodnju mlaznog goriva na bazi HEFA-e.
Paralelni koraci
Dok degradirano tlo može povećati zalihe HEFA-e, mnogi istraživači smatraju da će se održiva mlazna goriva u svakom slučaju morati proizvoditi i iz obilnijih resursa poput otpada biomase koji nije bogat uljem.
To je znatno kompliciranije od izrade HEFA-e iz uljne biomase i izazov je s kojim se suočava drugi istraživački projekt koji financira EU.
Taj projekt pod nazivom HIGFLY traje četiri godine do kraja 2024., a provodi ga Tehnološko sveučilište u Eindhovenu u Nizozemskoj.
Prema dr. Fernandi Neiri D'Angelo, glavnoj istraživačici u projektu HIGFLY, koja je stručnjakinja za kemijsko inženjerstvo na nizozemskom sveučilištu, istraživači promatraju poljoprivredne ostatke, ostatke iz prehrambene industrije i određene vrste algi – sve što ima šećera u sebi, ali nije jestivo.
Ta se vrsta materijala naziva lignocelulozna biomasa.
Pretvaranje tvari na bazi šećera u energetsko ulje koje bi moglo omogućiti polijetanje zrakoplova uključuje nekoliko koraka, tvrdi dr. D’Angelo.
„Proces zahtijeva puno više energije i koraka obrade od pretvaranja uljne biomase u mlazno gorivo HEFA,” rekla je.
Istraživači nastoje maksimizirati učinkovitost tijekom svakog koraka tako da većina biomase i energije koja se upotrijebi u procesu ostane u dobivenom gorivu.
Oni prerađuju biomasu u cikličke organske molekule koje se nazivaju furani te ih zatim spajaju kako bi proizveli ulja koja se mogu dalje rafinirati u goriva. Cilj je tima ispitati prve uzorke svog mlaznog goriva na bazi biomase u laboratorijima u roku od nekoliko mjeseci.
Iako su rezultati projekta obećavajući, trebat će godine da se takvo gorivo na bazi biomase bude moglo upotrijebiti za pokretanje zrakoplova jer je certificiranje novih goriva i uvođenje novih tehnologija na tržište vrlo dugotrajno, mišljenja je dr. D’Angelo.
„Ovisno o rezultatima koje dobijemo u ovom projektu, možemo procijeniti moguća poboljšanja u sastavu goriva, kao i korake potrebne za komercijalizaciju," rekla je.
Pitanja troška
Osim potrage za materijalom koji je raspoloživ u dovoljnoj količini za mlazna goriva biljnog podrijetla, razvoj tih goriva suočava se s značajnom ekonomskom preprekom: troškovima.
Mlazna goriva na bazi HEFA-e trenutačno koštaju najmanje dvostruko više od fosilnih inačica. A cijena goriva iz otpada biomase bit će možda i tri puta veća.
Prema dr. D’Angelo, to znači da će proizvodnja zrakoplovnih goriva na biljnoj bazi koja mogu konkurirati fosilnom mlaznom gorivu zahtijevati promjene politika i više ulaganja u istraživanje i razvoj.
„Zrakoplovna goriva na biljnoj bazi možemo učiniti konkurentnima ako imamo ulaganja i propise koji to podupiru,” rekla je.
S tom se izjavom slaže i profesor Chiaramonti koji je dodao da će napredak biti rezultat niza koraka uključujući regulatorne poticaje i poboljšanja u proizvodnji i opskrbi sirovinama.
„To neće biti rješenje koje je rezultat samo iz jedne mjere,” rekao je.
Autorica Tereza Pultarova
Istraživanja u ovom članku financira EU-ov program Horizon. Stavovi sugovornika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije.
Više informacija
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.