Wyniki pierwszego wykonanego na świecie badania w locie dotyczącego wpływu stosowania w 100% zrównoważonego paliwa lotniczego (SAF) na pracę obu silników samolotu pasażerskiego pokazały redukcję cząstek sadzy i kondensacji kryształków lodu w smugach w porównaniu ze stosowaniem konwencjonalnego paliwa Jet A-1. Badanie ECLIF3, przy którym współpracowali inżynierowie Airbusa, Rolls-Royce’a, Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR) i producenta paliwa SAF - Neste, było pierwszym, w którym zmierzono wpływ wykorzystania 100% SAF na emisje z obu silników Airbusa A350 napędzanego silnikami Rolls- Silniki Royce Trent XWB.
Badanie wykazało, że w porównaniu z referencyjnym paliwem Jet A-1, liczba kryształków lodu w smugach kondensacyjnych przypadających na jednostkę masy zużytego niezmieszanego (100%) SAF spadła o 56%, co może znacznie zmniejszyć wpływ smug kondensacyjnych na ocieplenie klimatu. Symulacje globalnego modelu klimatu przeprowadzone przez DLR wykorzystano do oszacowania zmiany bilansu energetycznego atmosfery ziemskiej – znanej również jako wymuszanie radiacyjne – przez smugi kondensacyjne.
Oszacowano, że wpływ smug kondensacyjnych zmniejszy się o co najmniej 26 procent gdy będzie wykorzystane 100% paliwo SAF w porównaniu ze smugami kondensacyjnymi powstałymi na skutek latania na paliwie Jet A-1, stosowanym do porównań w badaniach ECLIF3. Wyniki te pokazują, że użycie SAF może znacząco zmniejszyć wpływ lotnictwa na klimat w perspektywie krótkoterminowej poprzez redukcję skutków innych niż emisje CO2 (takich jak smugi kondensacyjne), a także redukcję emisji CO2 w całym cyklu produkcji i stosowania SAF.
„Wyniki eksperymentów lotniczych ECLIF3 pokazują, jak wykorzystanie 100% SAF może pomóc nam znacząco zmniejszyć wpływ smug kondensacyjnych na ocieplenie klimatu, a także zmniejszyć ślad węglowy wynikający z latania. To wyraźny znak skuteczności SAF w działaniach na rzecz lotnictwa przyjaźniejszego klimatowi”, ocenił Markus Fischer, członek zarządu DLR ds. aeronautyki.
Mark Bentall, szef programu badań i technologii w Airbusie, przyznał: „Wiedzieliśmy już, że zrównoważone paliwa lotnicze mogą zmniejszyć ślad węglowy lotnictwa. Dzięki badaniom ECLIF wiemy teraz, że SAF może również zmniejszyć emisję sadzy i powstawanie cząstek lodu, które postrzegamy jako smugi kondensacyjne. To bardzo zachęcający wynik, oparty na badaniach naukowych, który pokazuje, jak istotne są zrównoważone paliwa dla dekarbonizacji transportu lotniczego”.
„SAF jest powszechnie uznawany za kluczowe rozwiązanie łagodzące wpływ lotnictwa na klimat, zarówno w krótkiej, jak i dłuższej perspektywie. Wyniki badania ECLIF3 potwierdzają znaczne ograniczenie wpływu na klimat w przypadku stosowania 100% SAF ze względu na brak aromatów w produkowanym przez Neste paliwie i dostarczają dodatkowych danych naukowych na poparcie zastosowania SAF w wyższych stężeniach niż obecnie zatwierdzone 50%”, powiedział Alexander Kueper, wiceprezes ds. odnawialnych paliw lotniczych w Neste.
Alan Newby, Rolls-Royce, dyrektor ds. badań i technologii, powiedział: „Wykorzystywanie SAF w wysokich stężeniach mieszanki paliwowej będzie kluczowym elementem na drodze lotnictwa do zerowej emisji CO2 netto. Testy ECLIF3 nie tylko wykazały, że nasz silnik Trent XWB-84 może pracować na 100% SAF, ale również, że można uzyskać dodatkową wartość z SAF poprzez zmniejszenie oddziaływania klimatycznego substancji innych niż CO2”.
Zespół badawczy przeprowadził testy emisji podczas lotu i powiązane testy naziemne w 2021 r. a teraz opublikował swoje ustalenia w czasopiśmie Copernicus Atmospheric Chemistry & Physics (ACP) w ramach recenzowanego procesu naukowego, przedstawiając pierwsze dowody in-situ na mozliwość łagodzenia wpływu na klimat poprzez stosowanie czystego, 100% SAF w samolocie pasażerskim. W programie ECLIF3, uczestniczą także naukowcy z Kanadyjskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych i Uniwersytetu w Manchesterze. Kliknij tutaj, aby zapoznać się z pełnym raportem.
Emisje i wpływ paliw alternatywnych na klimat (ECLIF)
W 2015 r. w ramach badania ECLIF1 instytut DLR przeprowadził szeroko zakrojone testy w locie, aby scharakteryzować emisję paliw syntetycznych. Testy te były kontynuowane w 2018 r. w ramach kampanii ECLIF2 we współpracy z NASA. Wykazały one, że wpływ smug kondensacyjnych na klimat można zmniejszyć, stosując mieszankę nafty i SAF w proporcjach 50/50.
Badania w locie ECLIF3 odbyły się w 2021 r. Wykorzystano w nich samolot A350 zasilany w 100% SAF, by potwierdzić, jak skutecznie użycie niezmieszanego SAF zmniejsza liczbę kryształków lodu w smugach kondensacyjnych. Pierwszy zbudowany Airbus A350-941, napędzany silnikami Rolls-Royce Trent XWB-84, służył jako źródło emisji, spalając komercyjny Jet A-1 jako paliwo wzorcowe i HEFA-SPK (SAF). Samolot badawczy DLR Falcon 20-E został wyposażony w szeroką paletę przyrządów do pomiaru gazów spalinowych, cząstek aerozolu lotnego i nielotnego oraz cząstek lodu smugowego. Falcon wystartował z lotniska Oberpfaffenhofen należącego do DLR, natomiast Airbus A350-941 rozpoczął podróż na lotnisku w Tuluzie Blagnac. Punkty spotkań wyznaczono nad Morzem Śródziemnym i południową Francją. Falcon podążał za Airbusem A350-941 na kilku różnych odległościach, zbierając dane na temat emisji i śladów kondensacji. W wielu testach z wykorzystaniem śledzącego Falcona porównywano emisję spalin przy zastosowaniu zarówno konwencjonalnego paliwa Jet A-1, jak i zrównoważonego paliwa lotniczego produkcji Neste, hydroprzetworzonych estrów i kwasów tłuszczowych (HEFA).
Zrównoważone paliwa lotnicze
Inicjatywa Komisji Europejskiej w sprawie rozporządzenia lotniczego ReFuelEU definiuje zrównoważone paliwo lotnicze (SAF) jako syntetyczne paliwa lotnicze, zaawansowane biopaliwa produkowane z surowców, takich jak pozostałości rolne lub leśne, algi i bioodpady, lub biopaliwa produkowane z niektórych innych surowców o „wysokim potencjale zrównoważonego rozwoju” (np. zużyty olej kuchenny, niektóre tłuszcze zwierzęce), które spełniają kryteria zrównoważonego rozwoju i emisji gazów cieplarnianych określone w dyrektywie w sprawie energii odnawialnej (RED).
Paliwa SAF pochodzą ze źródeł odnawialnych zdefiniowanych powyżej. Należą do nich głównie paliwa pochodzenia roślinnego lub odpadowego, ale w niedalekiej przyszłości także odnawialne, syntetyczne e-paliwa i wodór wytwarzany w sposób zrównoważony z odnawialnych źródeł energii. Wiele z tych zrównoważonych paliw lotniczych nie zawiera związków określanych jako „aromaty”. Mniej związków aromatycznych w paliwie oznacza mniej sadzy w spalinach, a co za tym idzie, mniej kryształków lodu na smugach kondensacyjnych. Zatem stosowanie zrównoważonych paliw lotniczych zamiast konwencjonalnego Jet A-1 ogranicza dwa związane z lotnictwem skutki, powodujące ocieplenie klimatu – smugi kondensacyjne i emisję dwutlenku węgla.
Sadza, kryształki lodu, smugi kondensacyjne i skutki klimatyczne
Silniki lotnicze emitują cząsteczki sadzy i lotne aerozole. W szczególności sadza działa jak jądro kondensacji dla małych, przechłodzonych kropelek wody, które natychmiast zamarzają, tworząc kryształki lodu i stają się widoczne na niebie jako smugi kondensacyjne. Kryształki lodu w smugach mogą utrzymywać się przez kilka godzin w zimnych i wilgotnych warunkach na wysokościach od około 8 do 12 kilometrów, tworząc wysokie chmury zwane smugami kondensacyjnymi lub chmurami cirrus.
Chmury te mogą powodować lokalne ocieplenie lub ochłodzenie, w zależności od położenia słońca i charakteru znajdującej się pod nimi powierzchni. Badania wykazały, że efekt ocieplenia dominuje na całym świecie. Występowanie tych chmur zależy od warunków pogodowych i dlatego jest niezwykle zmienne w czasie i przestrzeni, w związku z czym za dużą część efektu ocieplenia odpowiada kilka obszarów gorących punktów smug kondensacyjnych. Ogólnoświatowe badania wykazały, że skutki inne niż CO2 – w tym smugi kondensacyjne – mogą odpowiadać za znaczną część ogólnego wpływu lotnictwa na klimat.
Smugi kondensacyjne i powstałe chmury cirrusowe utrzymują się na niebie tylko przez kilka godzin, dlatego ich efekt ocieplenia jest krótkotrwały. To sprawia, że ukierunkowane wykorzystanie zrównoważonych paliw na trasach, na których głównie powstają smugi powodujące ocieplenie, jest bardzo atrakcyjne z punktu widzenia krótkoterminowych korzyści klimatycznych. Ograniczenie emisji dwutlenku węgla poprzez zastąpienie nafty kopalnej zrównoważonymi paliwami ma również istotne długoterminowe korzyści, ponieważ CO2 pozostaje w atmosferze od stuleci i powoduje globalne ocieplenie.
Źródło informacji: Airbus
