Biopolttoaineiden haasteet ja mahdollisuudet lentoliikenteessä

Abstract

Lentoliikenteen odotetaan jatkavan kasvuaan tulevaisuudessa. Tällä hetkellä lentoliikenteessä käytetään pääasiassa fossiilista JET A1 -lentopolttoainetta. Kansainväliset ja kansalliset ilmasto-ohjelmat ovat asettaneet tavoitteekseen vähentää hiilidioksidipäästöjä, mikä koskee myös lentoliikennettä. Lupaavana ratkaisuna fossiilisten polttoaineiden käytöstä johtuvaan ongelmaan on pidetty uusiutuvista luonnonvaroista valmistettavia vaihtoehtoisia lentopolttoaineita. Tällaisten biolentopolttoaineiden käytöllä voidaan saavuttaa merkittäviä päästövähennyksiä lentoliikenteessä. Niiden käyttöön lentopolttoaineena liittyy kuitenkin myös haasteita, jotka täytyvät ratkaista ennen kuin ne voivat yleistyä ja korvata fossiilisen lentopolttoaineen. Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan biopolttoaineiden haasteita ja mahdollisuuksia lentoliikennekäytössä. Työssä tehdään myös katsaus siihen, minkälaisia biopolttoaineita lentokoneissa on mahdollista käyttää ja miten niitä tuotetaan. Biopolttoaineiden tarvetta taustoitetaan ja tutkitaan niiltä vaadittavia ominaisuuksia. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena, ja lähteiden hakuun on käytetty pääasiassa Andor-tietokantaa. Biopolttoaineita valmistetaan erilaisten prosessien kautta bioperäisestä aineksesta. Biopolttoaineiden valmistustavoista kolme on kehittynyt niin, että polttoainevalmistajat ovat valmiita tuottamaan niitä keskipitkällä aikavälillä. Nämä kolme ovat HEFA-menetelmä, Fischer Tropsch –menetelmä (FT) sekä alkoholeista lentopolttoaineeksi –menetelmä (ATJ). Tällä hetkellä kuitenkin vain HEFA-menetelmä on kaupallisessa käytössä, sillä se on menetelmistä teknologisesti edistynein. Lentopolttoaineelta vaaditaan tiettyjä ominaisuuksia toimiakseen kunnolla myös ääriolosuhteissa. Tärkeitä ominaisuuksia ovat lämpöarvo, tiheys, voitelukyky, stabiilius, jäätymispiste sekä viskositeetti. Erilaiset standardit määrittelevät lentopolttoaineiden vaatimukset. Jotta nämä vaatimukset biopolttoaineiden osalta täyttyvät, tulee niiden sekaan sekoittaa tietty vähimmäismäärä perinteistä lentopolttoainetta. HEFA-, FT- sekä ATJ-polttoaineilla tämä vähimmäissekoitussuhde on 50 %. Näitä polttoaineita kutsutaankin sekoitepolttoaineiksi. Biopolttoaineiden käyttöön liittyy haasteita niin ympäristön, talouden kuin lentokoneen toiminnankin kannalta. Biopolttoaineiden raaka-aineiden tuotanto voi aiheuttaa ympäristölle merkittäviä ongelmia sekä nostaa biopolttoaineen elinkaaren kokonaishiilidioksidipäästöt jopa korkeammalle kuin fossiilisen polttoaineen. Biopolttoaineiden korkeat raaka-aine- ja valmistuskustannukset nostavat valmiin polttoaineen hintaa, joka tyypillisesti on noin 2–3 kertaa perinteistä lentopolttoainetta kalliimpaa. Täysin 100-prosenttisen biolentopolttoaineen käytön tällä hetkellä lentokoneissa estävät heikko voitelukyky sekä yhteensopimattomuus polttoainejärjestelmän nitriilikumitiivisteiden kanssa. Nämä voivat johtaa moottorin osien kulumiseen ja rikkoutumiseen sekä polttoainevuotoihin. Kestävien raaka-aineiden käyttö ja vastuullinen tuotanto mahdollistavat jopa 90 % alhaisemmat hiilidioksidipäästöt fossiiliseen polttoaineeseen verrattuna. Biopolttoaineiden palaminen on myös puhtaampaa, ja hiukkaspäästöjä tulee huomattavasti vähemmän johtuen aromaattisten yhdisteiden sekä rikin puutteesta polttoaineessa. Tämä johtaa myös maapalloa lämmittävien tiivistymisjuovien vähentymiseen. Lähitulevaisuudessa polttoaineiden hinnoilla on iso merkitys polttoainevalintoihin. Jos biopolttoaineiden hinnat saadaan edullisemmiksi, madaltuu kynnys niiden käyttöön merkittävästi. Kehitystyötä tarvitaan vielä tulevaisuudessakin, jotta päästään lähemmäs 100-prosenttisen biolentopolttoaineen käyttöä lentoliikenteessä.