Näin ilmailusta tehdään fossiilivapaata: neljä keinoa

Ilmailu aiheuttaa noin 2,5 prosenttia maailman CO2-päästöistä. Lukuun ottamatta COVID-19-pandemian aiheuttamaa lyhytaikaista notkahdusta, sen päästöt ovat jälleen kasvussa. Ilmailua, laivaliikennettä ja terästeollisuutta pidetään erityisen haastavina aloina hiilineutraaliuden tai päästöjen vähentämisen kannalta. On kuitenkin tapahtunut lupaavaa edistystä sekä teknologisessa kehityksessä että uusien sääntelykehysten luomisessa.

- 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.

Biopolttoaineet ilmailussa

Helpoimmin saatavilla ovat biopolttoaineet, mutta niiden päästövähennyspotentiaali vaihtelee raaka-aineen ja tuotantotavan mukaan. Siksi Vattenfall ja sen First Movers Coalition -kumppanit ovat sitoutuneet tukemaan biopolttoaineita, jotka vähentävät kasvihuonekaasupäästöjä vähintään 85 prosenttia fossiiliseen kerosiiniin verrattuna.

Raaka-aineet, kuten olki tai käytetty ruokaöljy, jotka eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa, ovat kestävimpiä valintoja. Ongelmana on kuitenkin se, että vaikka biopolttoaineet voivat olla osa polttoaineseosta ja osaratkaisu ongelmaan, meillä ei ole riittävästi kestävällä tavalla tuotettua biomassaa fossiilisten polttoaineiden täydelliseen korvaamiseen.

Akut sähkölentokoneissa

Toinen keino vähentää ilmailun päästöjä on akkupohjainen, sähköinen lentäminen. 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. Täysin sähköisellä koneella on määrä olla 200 kilometrin toimintasäde.

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

Vety mahdollistaa hiilivapaan ilmailun

Esiin astuu vety, joka mahdollistaa myös sähköpolttoaineiden käytön. Vaikka nämä eivät ole vielä kaupallisesti saatavilla lentopolttoaineina, niitä pidetään tärkeimpinä vaihtoehtoina pitkän matkan lennoille tulevaisuudessa, mahdollisesti yhdessä biopolttoaineiden kanssa.

Vetyä voidaan tuottaa useilla eri tavoilla, ja sähköpolttoaineiden valmistusmenetelmiä on vielä enemmän. Periaatteessa fossiiliton vety tuotetaan elektrolyysin avulla, jossa vesi (H2O) hajotetaan vetykaasuksi (H2) ja happikaasuksi (O2) käyttämällä fossiilivapaasti tuotettua sähköä. Vetyä voidaan sitten hyödyntää kaasuturbiineissa tai polttokennoissa, jotka muuttavat kemiallisen energian takaisin sähköksi.

Jo vuonna 1989 venäläinen Tupolev valmisti ensimmäisen lentokoneen, joka toimi kaasumaisella vedyllä. Vety voidaan myös jäähdyttää nestemäiseen muotoon -253 °C asteessa tai sitäkin alhaisemmassa lämpötilassa, jolloin se vie vähemmän tilaa.

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

Vaikka vedyllä on korkea energiatiheys painoonsa nähden, sen tilavuuden energiatiheys on alhainen, myös nestemäisessä muodossa. Tämä tarkoittaa, että saman energiamäärän varastoiminen vie enemmän tilaa verrattuna muihin polttoaineisiin. Esimerkiksi Airbus tutkii vedyn varastointia lentokoneiden suuriin siipiin yhtenä mahdollisena ratkaisuna.

Uuden tyyppisen lentokoneen kehittäminen ja käyttöönotto on pitkä prosessi, joten vetykäyttöisiä lentokoneita ei odoteta seuraavan vuosikymmenen aikana.

Tulevaisuuden sähköpolttoaineet

Kun vety yhdistetään talteenotettuun hiileen, saadaan nestemäisiä sähköpolttoaineita. Talteenotettu hiili voi tulla esimerkiksi kaukolämpölaitoksista, jotka käyttävät metsätalouden sivutuotteita. Lentokoneiden päästöissä oleva hiili sitoutuu ajan myötä uusiin kasvaviin puihin. Samalla tavoin talteenotettua hiilidioksidia voitaisiin käyttää biokaasun tai etanolin valmistuksessa.

Toinen vaihtoehto on suora ilman talteenotto, eli hiilidioksidin imeminen suoraan ilmasta. Tässä tapauksessa sykli sulkeutuu lähes välittömästi. Mitä alhaisempi hiilidioksidipitoisuus ilmassa on, sitä enemmän energiaa tarvitaan sen talteenottoon, mikä kasvattaa kustannuksia. Nykyisin ilman CO2-pitoisuus on noin 420 ppm (0,042 prosenttia). Vaikka hiilidioksidin osuus on pieni verrattuna muiden kaasujen osuuteen ilmakehässä, sen vaikutus ilmastonmuutokseen on huomattava.

Sähköpolttoaineiden hyödyt ovat merkittäviä. Oikein valmistettuna niitä voidaan sekoittaa biopolttoaineisiin tai perinteisiin fossiilipohjaisiin kerosiineihin. Ne voivat myös toimia yksinään ilman, että ne vaativat muutoksia lentokoneiden tai infrastruktuurin osalta. Kuten vetyä, myös sähköpolttoaineita voidaan valmistaa enemmän, kun sähköä tuotetaan tehokkaammin uusiutuvista energialähteistä.

Sähköpolttoaineita mahdollisesti jo vuonna 2030

- Uskon, että näemme ensimmäisten sähköpolttoaineella toimivien lentokoneiden lentävän – ainakin testeissä – jo noin vuonna 2030, sanoo Mikael Nordlander.

Sähköpolttoaineet ja muut fossiilittomat vaihtoehdot saivat äskettäin tärkeän sääntelykehityksen, kun EU hyväksyi viime vuonna RefuelEU Aviation -aloitteen. Tämä sääntely edellyttää, että lentopolttoaineiden on sisällettävä ”kestäviä lentopolttoaineita” (SAF, Sustainable Aviation Fuels) vuodesta 2025 alkaen. Vuodesta 2030 eteenpäin vähimmäisosuus on nostettava myös synteettisiin polttoaineisiin tai sähköpolttoaineisiin. Molempien osuudet kasvavat asteittain vuoteen 2050 mennessä.

Polttoainetoimittajien on sisällytettävä kaksi prosenttia kestäviä lentopolttoaineita (SAF) vuoteen 2025 mennessä, kuusi prosenttia vuoteen 2030 mennessä ja 70 prosenttia vuoteen 2050 mennessä. Lisäksi vuoteen 2030 mennessä 1,2 prosenttia polttoaineista on oltava synteettisiä polttoaineita, ja tämä osuus nousee 35 prosenttiin vuoteen 2050 mennessä.

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.

EU-sääntöjen mukaan kustannukset tultaisiin jakamaan tasaisesti kaikkien matkustajien kesken, jolloin hinnat eivät välttämättä nouse paljon, ja ajan myötä hinnat laskevat, sanoo Mikael Nordlander.

Hän huomauttaa, että fossiilipohjaisia polttoaineita tuetaan voimakkaasti, mutta ne eivät maksa aiheuttamistaan vahingoista.

- On tutkimuksia, jotka osoittavat, että noin viidennes 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