Energiatekniikka, Innovaatio

Kuinka ilmailusta tehdään fossiilitonta

Julkaistu: 2024-06-12 Päivitetty: 2024-07-02 kl. 10:47

Airbusin näkemys Blended-Wing Body (BWB) -lentokoneesta, jossa laaja sisätila avaa mahdollisuuksia vedyn varastointiin ja jakeluun.


Ihminen on aina tuntenut tarvetta tutkia maapallon syrjäisimpiä paikkoja, mutta matkustusinnolla on suuri vaikutus ympäristöömme. Tästä syystä ilmailuala pyrkii nyt löytämään kestäviä ratkaisuja.

Ilmailu aiheuttaa noin 2,5 prosenttia maailman CO2-päästöistä. Lukuun ottamatta syvää notkahdusta COVID-19-pandemian aikana päästöt kasvavat.

Ilmailua, laivaliikennettä ja terästeollisuutta pidetään erityisen haastavina, mitä tulee hiilivapauteen tai päästöjen vähentämiseen. Mutta lupaavaa edistystä on tapahtunut sekä teknisen kehityksen että uusien sääntelykehysten osalta.

- Nyt näemme, että fossiiliton sähkö voi olla erittäin tärkeässä roolissa päästöjen leikkaamisessa myös vaikeasti vähennettävillä alueilla, ja meidän on vapauduttava hiilestä myös näillä alueilla, koska niin suuri osa päästöistä tulee niistä, sanoo Mikael Nordlander, teollisuuden hiilestä irtautumisen johtaja Vattenfallilla.

Lentämisen tekemiseksi fossiilivapaaksi on neljä keinoa: vety, bio- ja sähköpolttoaineet sekä akut.

Helpoiten saatavilla ovat biopolttoaineet; niiden päästöjä vähentävä kapasiteetti voi kuitenkin vaihdella raaka-aineen ja valmistustavan mukaan. Siksi Vattenfall ja sen First Movers Coalition -kumppanit ovat sitoutuneet tukemaan biopolttoaineita, jotka vähentävät kasvihuonekaasupäästöjä 85 prosenttia tai enemmän verrattuna fossiiliseen kerosiiniin.

Raaka-aineet, kuten olki tai käytetty ruokaöljy, jotka eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa, ovat kestävimpiä valintoja. Ongelmallista on se, että vaikka biopolttoaineet voivat olla osa polttoaineseosta ja voivat toimia osana ratkaisua, ei ole tarpeeksi biomassaa, joka voidaan tuottaa kestävästi korvaamaan fossiiliset polttoaineet.

Akut

Toinen vaihtoehto on akkupohjainen sähköinen lento. Ruotsissa Gotlannin saari, jonka lentokenttä sijaitsee noin 200 kilometrin päässä Tukholmasta, haluaa ottaa maan ensimmäisen säännöllisen sähköisen lentoyhteyden käyttöön jo vuonna 2028.  Silloin myös ruotsalaisella Heart Aerospace -yhtiöllä pitäisi olla 30-paikkainen ES-30-lentokone. Sen on määrä olla täysin sähköinen, 200 km:n toimintasäteellä.

Tässä on akkukäyttöisten lentokoneiden haaste. Ne toimivat hyvin lyhyillä ja kevyillä lennoilla, mutta pidemmille ja raskaammille lennoille tarvitaan muita energialähteitä.

Esiin astuvat vety ja sähköpolttoaineet.

Ne eivät ole vielä kaupallisesti saatavilla lentopolttoaineina, mutta niitä pidetään tärkeimpinä vaihtoehtoina pitkän matkan lennoille tulevaisuudessa, mahdollisesti yhdistettynä biopolttoaineisiin sähköpolttoaineen osalta.

Vetyä voidaan tuottaa useilla tavoilla, ja sähköpolttoaineen tuottamiseen on vielä enemmän tapoja. Mutta periaatteessa fossiiliton vety tuotetaan elektrolyysillä jakamalla vesi (H2O) vetykaasuksi (H2) ja happikaasuksi (O2) käyttäen fossiilitonta sähköä. Vetyä voidaan sitten käyttää kaasuturbiineissa tai antaa polttokennojen muuntaa kemiallinen energia takaisin sähköksi.

Jo vuonna 1989 Venäjän Tupolev valmisti ensimmäisen vetykäyttöisen lentokoneen, joka toimi kaasumaisella vedyllä. Mutta vety voidaan myös jäähdyttää nestemäiseen muotoon -253 °C tai sitäkin alemmaksi, jotta se vie vähemmän tilaa.

Yksi vedyn haasteista on, että uutta infrastruktuuria tarvitaan sekä lentokoneille että varastointitiloille ja tankkausasemille. Vattenfall tekee yhteistyötä lentokonevalmistaja Airbusin ja muiden kanssa vedyn infrastruktuurin kehittämiseksi lentokentillä Ruotsissa ja Norjassa.

Vaikka vedyllä on korkea energiatiheys painoonsa nähden, se on alhainen tilavuuteen verrattuna, myös nestemäisessä muodossa, mikä tarkoittaa, että sama määrä energiaa vie enemmän tilaa kuin muilla polttoaineilla. Airbus tutkii esimerkiksi yhtenä vaihtoehtona vedyn varastointia lentokoneen valtaviin siipiin.

Uuden tyyppisen lentokoneen kehitys ja käyttöönotto on melko pitkä prosessi, ja vetykäyttöisiä lentokoneita ei odoteta taivaalle seuraavan vuosikymmenen aikana. Mutta jos vety yhdistetään talteenotettuun hiileen, saadaan nestemäisiä sähköpolttoaineita.

Talteenotettu hiili voisi tulla esimerkiksi kaukolämpölaitoksesta, joka toimii metsätalouden sivutuotteilla. Lentokoneesta vapautuva hiili sitoutuu ajan myötä uusiin kasvaviin puihin. Myös biokaasun tai etanolin valmistuksessa voitaisiin käyttää talteenotettua CO2:ta.

Toinen vaihtoehto on suora ilman talteenotto, eli CO2:n imeminen suoraan ilmasta. Silloin sykli sulkeutuu melkein välittömästi. Mutta mitä alhaisempi hiilidioksidipitoisuus, sitä enemmän energiaa tarvitaan sen talteenottoon, ja sitä korkeammat kustannukset. Ilman CO2-pitoisuus on tällä hetkellä noin 420 PPM tai 0,042 prosenttia. Hiilidioksidipitoisuuden osuus on pieni verrattuna muiden kaasujen ja aineiden osuuteen ilmakehässä, mutta sen vaikutus ilmastonmuutokseen on merkittävä.

Sähköpolttoaineiden hyödyt ovat merkittävät. Jos resepti on oikea, sen voi sekoittaa biopolttoaineisiin tai fossiilipohjaisiin perinteisiin kerosiineihin. Tai jopa käyttää sähköpolttoainetta yksinään ilman muutoksia lentokoneeseen tai infrastruktuuriin. Kuten vedyn kohdalla, sitä voidaan myös tuottaa enemmän, kun uusiutuvat energialähteet, kuten tuuli ja aurinko, tuottavat eniten ja hinnat ovat alhaisemmat.

Sähköpolttoaine mahdollisesti vuonna 2030

- Uskon, että näemme ensimmäiset sähköpolttoaineella toimivat lentokoneet – ainakin testeissä – lentävän jo noin vuonna 2030, sanoo Mikael Nordlander.

Sähköpolttoaine ja muut fossiilittomat vaihtoehdot saivat myös äskettäin tärkeän sääntelyyn liittyvän edistysaskeleen, kun EU hyväksyi viime vuonna RefuelEU Aviation -aloitteen. Sääntely edellytää ”kestävien lentopolttoaineiden” (SAF, Sustainable Aviation Fuels) vähimmäisosuutta, joka sisältää sertifioidut biopolttoaineet vuodesta 2025 alkaen, ja vuodesta 2030 vähimmäisosuuden synteettisiä polttoaineita tai sähköpolttoainetta. Molemmat osuudet kasvavat asteittain vuoteen 2050 mennessä. Polttoainetoimittajien on sisällytettävä 2 prosenttia kestäviä lentopolttoaineita (SAF) vuonna 2025, 6 prosenttia vuonna 2030 ja 70 prosenttia vuonna 2050. Vuodesta 2030, 1,2 prosenttia polttoaineista on myös oltava synteettisiä polttoaineita, joiden osuus nousee 35 prosenttiin vuonna 2050.

EU myös luopuu ilmailualan ilmaisista päästöoikeuksista päästökauppajärjestelmässä (EU ETS) vuoteen 2026 mennessä.

Kaikki nämä ratkaisut maksavat kuitenkin enemmän kuin fossiilipohjainen kerosiini, ja polttoainekustannukset edustavat noin 20–30 prosenttia lentoyhtiöiden kokonaismenoista.

Mutta jos kustannukset jaetaan tasaisesti kaikkien matkustajien kesken, kuten tulee tapahtumaan EU-sääntöjen mukaan, hinnat eivät välttämättä nouse paljon, ja ajan myötä hinnat laskevat, sanoo Mikael Nordlander.

Mutta ennen kaikkea, fossiilipohjaisia polttoaineita tuetaan voimakkaasti, koska ne eivät maksa aiheuttamistaan vahingoista, hän sanoo.

- On tutkimuksia, jotka osoittavat, että noin 1/5 maailman taloudesta tuhoutuu ilmastovahinkojen vuoksi vuoteen 2050 mennessä, jos jatkamme nykyisellä tavalla. Fossiiliset polttoaineet eivät maksa laskua.

Kuva: Airbusin näkemys Blended-Wing Body (BWB) -lentokoneesta, jossa laaja sisätila avaa mahdollisuuksia vedyn varastointiin ja jakeluun. Tekijänoikeudet: Airbus.

Lähde: The Edit – The future of flight: How to make aviation fossil-free

-->Lue muista energiatekniikan projekteista

Lataa pdf

Haluatko säästää tai tulostaa artikkelin? Lataa artikkeli alta niin saat sen sähköpostiisi. 

Tilaa uutiskirje