Процесс производства экологически устойчивого авиационного топлива не сводится к одной фиксированной технологической схеме. Производители могут преобразовывать липиды, твердую биомассу, спирты или возобновляемый водород и уловленный CO₂ в углеводороды, пригодные для использования в реактивных двигателях, с помощью различных технологических направлений. Каждый из этих способов имеет свои особенности в плане подготовки исходного сырья, последовательности реакций, требований к обогащению, потребности в инженерных ресурсах, процедуры сертификации и рисков, связанных с масштабированием производства.
Как на практике производится экологически устойчивое авиационное топливо? Каждый проект должен включать четыре основных этапа: подготовку сырья с возможностью отслеживания происхождения, преобразование содержащегося в нем углерода в углеводороды, корректировку молекулярной структуры и диапазона кипения для соответствия свойствам турбинного топлива, а также подтверждение соответствия полученного компонента смеси действующим спецификациям на топливо. Технологии HEFA, газификация с синтезом по Фишеру–Тропшу, «алкоголь-в-реактивное топливо» (Alcohol-to-Jet) и «энергия-в-жидкость» (Power-to-Liquid) достигают этой конечной цели с помощью совершенно различного оборудования и при совершенно разных экономических условиях.
Краткий обзор производственного процесса
Полный технологический процесс начинается до поступления сырья в реактор и заканчивается после проведения лабораторных испытаний. Приведенная ниже последовательность достаточно общая, чтобы ее можно было применять к основным методам производства экологически устойчивого авиационного топлива, хотя оборудование и примеси различаются в зависимости от конкретного способа производства.
Аттестация сырья — проверить происхождение, состав, вариативность, прослеживаемость и методологию оценки жизненного цикла в соответствии с требованиями целевого рынка.
Подготовка корма — удалить воду, твердые частицы, соли, металлы, серу, соединения азота, смолы или другие вещества, вызывающие отравку катализатора, характерные для данного маршрута.
Первичное преобразование — удалять кислород из масел, газифицировать твердые вещества, обезвоживать спирты или соединять возобновляемый водород с уловленным углеродом.
Создание и совершенствование углеродных цепей — синтезировать, расщеплять, гидрогенизировать и изомеризовать молекулы до получения веществ, соответствующих диапазону температур кипения авиационного топлива.
Разделение и фракционирование — отделять газы и воду, извлекать водород, где это возможно, и разделять нафту, реактивное топливо и дизельное топливо.
Тестирование, компоновка и выпуск — проверить свойства, характерные для конкретного маршрута, обеспечить смешивание в пределах допустимых значений и проверить готовое топливо на соответствие требуемым авиационным спецификациям.
Оценка соответствия сырья требованиям и техническое одобрение — это отдельные процедуры. Одобрение по стандарту ASTM подтверждает, что с помощью определённого технологического процесса можно получить безопасный синтетический компонент для смесей. В рамках систем оценки экологической устойчивости отдельно анализируются происхождение сырья, его прослеживаемость, выбросы парниковых газов на протяжении жизненного цикла, воздействие на землепользование и другие экологические критерии.
Сравнение методов производства экологически безопасного авиационного топлива
В настоящее время ИКАО перечисляет 11 утвержденных технологических процессов переработки, включая несколько вариантов FT, HEFA, ATJ, SIP, каталитического гидротермолиза и совместной переработки на нефтеперерабатывающих заводах. В отрасли их часто объединяют в четыре основных семейства технологий, поскольку именно эти семейства характеризуются наибольшими различиями в конструкции установок и требованиях к ресурсам (ИКАО, 2026).
Основные семейства маршрутов и их логика обработки
| Семейство маршрутов | Типичное сырье | Основная технологическая цепочка | Коммерческая должность | Основное ограничение |
|---|---|---|---|---|
| HEFA | Отработанное кулинарное масло, животные жиры, пригодные к переработке растительные масла и отработанные масла | Предварительная обработка → гидродезоксигенирование → гидрокрекинг/изомеризация → фракционирование | Наиболее зрелые с коммерческой точки зрения | Оптимальное поступление липидов, водорода и изменчивость исходного сырья |
| Газификация + FT | Сельскохозяйственные и лесохозяйственные отходы, отдельные виды бытовых отходов, прочее углесодержащее сырье | Подготовка → газификация → очистка синтез-газа → синтез методом FT → обогащение продукта | Сертифицировано; ограниченное коммерческое внедрение в сфере переработки отходов и биомассы | Капитальные затраты, логистика подачи сырья, очистка газа и эксплуатационная готовность |
| ATJ | Этанол, изобутанол и другие спирты, подпадающие под действие соответствующего маршрута | Очистка → дегидратация → олигомеризация → гидрогенизация → фракционирование | Раннее масштабирование производства в коммерческих целях | Стоимость спирта, углеродная интенсивность, водород и выход конверсии |
| PtL / e-SAF | Электроэнергия из возобновляемых источников, вода и уловленный CO₂ | Электролиз → преобразование CO₂ → синтезный газ или метанол → синтез и обогащение | Демонстрация и начальная стадия разработки проекта | Стоимость экологически чистой энергии, коэффициент использования, эффективность, источник выбросов CO₂ и порядок сертификации |
HEFA: Переработка жиров и масел
Исходное сырье для технологии HEFA сначала подвергается фильтрации, дегумированию, сушке и удалению примесей в соответствии с характеристиками поступающего масла. Очищенные липиды вступают в реакцию с водородом, в результате чего происходит удаление кислорода, главным образом в виде воды, а также, в зависимости от катализатора и условий, в виде оксида углерода или диоксида углерода. В результате образуются длинные парафиновые молекулы. Затем в процессе гидрокрекинга и гидроизомеризации корректируются длина цепи и степень разветвленности, чтобы продукт соответствовал требованиям к диапазону кипения и низкотемпературным характеристикам, предъявляемым к реактивному топливу. В процессе фракционирования реактивное топливо отделяется от возобновляемого дизельного топлива, нафты и более лёгких продуктов.
Основной компромисс заключается в соотношении выхода струйной фракции и интенсивности крекинга. Более интенсивная переработка может улучшить свойства струйной фракции по холодной текучести, но также может привести к образованию дополнительных лёгких продуктов. Поэтому необходимо комплексно оптимизировать качество сырья, расход водорода, ассортимент продукции и срок службы катализатора. В данной статье система HEFA рассматривается на сравнительном уровне; подробная информация о предварительной обработке липидов, водородном контуре и последовательности катализаторов приведена в отдельной публикации JALON Руководство по процессу HEFA.
Газификация и процесс Фишера–Тропша: получение углерода из синтез-газа
Процессы газификации начинаются с твердых, а не с жидких веществ. Перед поступлением в газификатор биомасса или отходы должны быть отсортированы, измельчены до нужного размера, высушены, а иногда и уплотнены. Под воздействием тепла, кислорода и пара материал преобразуется в синтез-газ, содержащий водород, оксид углерода, диоксид углерода, метан, твердые частицы, смолы, соединения серы, азотные соединения и следовые примеси. Цепочка очистки имеет решающее значение, поскольку катализаторы FT требуют строго контролируемого качества синтез-газа.
После очистки соотношение водорода к оксиду углерода корректируется для синтеза. Катализаторы Фишера–Тропша образуют длинные углеводородные цепи из синтез-газа; затем в процессе гидрокрекинга и изомеризации воски и более тяжелые продукты преобразуются в молекулы, пригодные для использования в реактивных двигателях. В данном технологическом процессе можно использовать имеющиеся в изобилии остатки, непригодные для HEFA, однако в рамках проекта необходимо решать вопросы, связанные с гетерогенным сырьем, логистикой твердых отходов, потребностью в кислороде, надёжностью газификатора, очисткой синтез-газа и капиталоёмким участком доочистки. Поэтому формулировка «любая биомасса» не является адекватной спецификацией сырья.
«Alcohol-to-Jet»: синтез более длинных цепей из спиртов
Процесс ATJ начинается с очищенного спирта, который может быть биологического происхождения, полученным из отходов или синтетическим. В результате дегидратации спирт превращается в соответствующий алкен: этанол превращается в этилен, а изобутанол — в изобутен. В ходе олигомеризации эти мелкие молекулы соединяются в более длинные цепи, гидрогенизация приводит к насыщению продуктов, а фракционирование позволяет выделить нужный диапазон давления. В зависимости от технологического маршрута и распределения продуктов может потребоваться дополнительная изомеризация или доработка.
Данный вариант может использовать существующую инфраструктуру по производству спирта и логистику, однако углеродная интенсивность самого спирта имеет не меньшее значение, чем углеродная интенсивность установки по переработке. Показатели жизненного цикла могут зависеть от затрат энергии на ферментацию, сельскохозяйственных ресурсов, допущений относительно землепользования, электроэнергии, водорода, улавливания углерода и транспортировки. Поэтому при оценке проекта следует объединить завод по производству спирта и установку ATJ в единую модель, учитывающую массу, энергию и выбросы, а не рассматривать закупаемый этанол как однородный товар.
«Power-to-Liquid»: объединение возобновляемого водорода и уловленного углерода
Компания PtL использует электроэнергию из возобновляемых источников для производства водорода путем электролиза воды. Уловленный CO₂ очищается и сжимается, а затем соединяется с водородом в ходе процесса преобразования, такого как обратный водогазовый сдвиг, для получения синтез-газа, либо в процессе синтеза метанола. Затем промежуточный продукт может быть преобразован с помощью фузеогенного синтеза (FT), химических процессов на основе метанола или другого утвержденного способа и переработан в топливо для реактивных двигателей.
PtL сам по себе не является отдельным приложением к стандарту ASTM, и для него не следует устанавливать единый универсальный предел смешивания. Сертификация осуществляется в соответствии с технологической схемой последующей переработки, используемой для производства синтетического компонента смеси. Климатические показатели также зависят от ряда факторов: углеродной интенсивности электроэнергии, коэффициента использования электролизеров, степени сжатия водорода, источника CO₂, эффективности преобразования и интеграции тепловой энергии. Одно лишь наличие дешевой электроэнергии не гарантирует конкурентоспособности или низкоуглеродного характера завода по производству e-SAF.
Общие блоки процесса, используемые в различных маршрутах
Подготовка корма обеспечивает защиту секции переработки
Каждый источник сырья характеризуется собственным профилем примесей. Липиды могут содержать воду, фосфор, соли, металлы, свободные жирные кислоты и продукты окисления. Синтетический газ, полученный из биомассы, может содержать твердые частицы, смолы, серу, аммиак, хлориды, щелочи и избыток углекислого газа. Спиртовые сырьевые материалы могут содержать воду и побочные продукты ферментации. Уловленный CO₂ и электролитический водород требуют обеспечения уровня чистоты и контроля влажности, соответствующих условиям синтеза.
Для этих потоков не следует назначать одну универсальную конфигурацию адсорбента или защитного слоя. Правильный расчет зависит от измеренного состава, давления, температуры, расхода, нагрузки загрязнений, требуемых характеристик на выходе и стратегии регенерации. Использование того или иного сорта адсорбента в качестве стандарта лишь потому, что он фигурировал в другой технологической схеме SAF, может привести к переносу риска загрязнения в гораздо более дорогостоящий катализаторный участок.
Модернизация позволяет улучшить свойства авиационного топлива
В результате первичного переработки редко получается готовый компонент струйной смеси напрямую. Продукты HEFA и FT часто содержат прямые парафины или тяжелые воски, которые требуют контролируемого крекинга и изомеризации. В процессе ATJ необходимо сформировать более длинные цепи из небольших алкенов, а затем подвергнуть их гидрогенизации. Процесс PtL зависит от требований по обогащению, предъявляемых выбранным последующим технологическим маршрутом.
Характеристики текучести при низких температурах — одна из причин, по которой этот этап имеет важное значение. Для топлив Jet A и Jet A-1 установлены разные требования к максимальной температуре замерзания — обычно −40 °C и −47 °C соответственно. Увеличение молекулярной разветвленности, как правило, улучшает поведение при низких температурах, однако чрезмерный гидрокрекинг снижает выход топлива за счет перехода части сырья в нафту и лёгкие газы. Поэтому селективность катализатора, температура, давление водорода, пространственная скорость и чистота сырья должны оцениваться как единая система, а не оптимизироваться по отдельности.
Фракционирование определяет ассортимент товарной продукции
Завод по производству SAF обычно выпускает более одной углеводородной фракции. В процессе дистилляции и газоразделения происходит отделение легких газов, нафты, топлива авиационного диапазона, топлива дизельного диапазона, неконвертированных промежуточных продуктов, воды и потоков рециркуляции. В экономической модели необходимо использовать реалистичные показатели выхода всех побочных продуктов, а не исходить из того, что каждая тонна сырья превращается в авиационное топливо. Завод по производству возобновляемого топлива также может изменять интенсивность технологического процесса в пользу производства дизельного или авиационного топлива в зависимости от изменения относительных цен и политических приоритетов.
Как выбрать технологию производства экологически устойчивого авиационного топлива
Маршрут следует выбирать с учетом наиболее сильных преимуществ производственной площадки в плане ресурсов и её наиболее слабых ограничивающих факторов. Одной только цены на сырьё недостаточно, поскольку радиус транспортировки, колебания цен, условия хранения, предварительная обработка, инженерные коммуникации, финансирование, сертификация и гибкость продукции могут нивелировать кажущееся преимущество в стоимости.
| Коэффициент отбора | Вопросы, на которые нужно ответить | Почему это влияет на выбор маршрута |
|---|---|---|
| Сырье и логистика | Какой годовой объем поддается отслеживанию? Насколько изменчив состав? Какие условия транспортировки и хранения необходимы? | Определяет нагрузку на этапе предварительной обработки, масштаб установки, коэффициент использования и результаты на протяжении всего жизненного цикла |
| Коммунальные услуги | Имеются ли водород, низкоуглеродная электроэнергия, кислород, пар, вода и CO₂ необходимого качества? | Позволяет снизить как эксплуатационные расходы, так и выбросы |
| Имеющиеся активы | Можно ли повторно использовать инфраструктуру нефтепереработки, производства спирта, газификации, производства водорода, хранения или смешивания? | Влияет на капитальные затраты, график реализации, риски интеграции и гибкость продукта |
| Степень зрелости технологии | Подтверждается ли предложенная шкала эксплуатационными данными, гарантийными обязательствами и данными лицензиара? | Оценивает риски ввода в эксплуатацию, условия финансирования и допущения относительно наращивания объемов производства |
| Выбросы углерода на протяжении жизненного цикла | Какая методология и какая система сертификации применяются? Какие допущения касаются землепользования, электроэнергии, водорода и побочных продуктов? | Определяет, соответствует ли продукт установленным нормативным или добровольным требованиям |
| Продукт и сертификация | Какое приложение к стандарту ASTM применяется? Каковы требуемые ограничения по составу смеси, содержанию ароматических углеводородов, ассортименту продукции и целевому рынку? | Определяет программу тестирования и модель получения доходов |
Район с высоким содержанием липидов и доступом к нефтеперерабатывающему водороду может быть предпочтительным для технологии HEFA. Площадка, обеспечивающая крупные и стабильные потоки отходов, может оправдать применение технологии газификации с последующим конверсионным процессом (FT). Налаженные поставки низкоуглеродного спирта могут способствовать внедрению технологии ATJ. Технология PtL становится более перспективной там, где имеется избыток возобновляемой энергии, электролизеры могут работать с высокой степенью загрузки и обеспечен подходящий источник CO₂. Это лишь исходные условия, а не готовые решения; для принятия экономически обоснованного решения по-прежнему требуется составление массовых и энергетических балансов с учетом конкретных условий площадки.
Сертификация, смешивание и оценка соответствия критериям устойчивого развития
Стандарт ASTM D7566 содержит приложения, посвящённые утверждённым синтетическим компонентам для смешивания с авиационным топливом. В каждом приложении определены допустимые условия переработки, требования к составу и максимальное соотношение смешивания. Широко применяемые технологии HEFA-SPK, FT-SPK и ATJ-SPK допускают смеси с соотношением до 50%, тогда как технологии SIP и HC-HEFA-SPK ограничены соотношением 10%. ИКАО также перечисляет технологии совместной переработки D1655 с различными ограничениями, в том числе 5% для определённых жиров, масел, смазок и углеводородов FT, а также 10% для определённой технологии совместной переработки HEFA (ИКАО, 2026).
После того как утвержденный синтетический компонент будет смешан, а готовая партия соответствует применимым техническим условиям, его можно переклассифицировать как обычное авиационное топливо, соответствующее установленным требованиям. Демонстрационные полеты с использованием SAF 100% не снимают действующих ограничений на коммерческое использование смесей для конкретных маршрутов. Для более широкого применения в чистом виде требуется дополнительная оценка свойств топлива, совместимости материалов, работоспособности камеры сгорания, выбросов и эксплуатационных характеристик.
Само по себе соблюдение технических требований не является основанием для заявления об экологической устойчивости. Система CORSIA и региональные системы устанавливают отдельные правила в отношении выбросов на протяжении всего жизненного цикла, допустимого сырья, отслеживаемости, сертификации и проверки. Перед заключением контрактов на поставку сырья или разработкой технологической схемы проекта необходимо определить целевой рынок и систему учета.
В чем обычно заключаются проблемы производственных проектов
Заявленная мощность рассматривается как объем производства.
Номинальная мощность не учитывает задержки в вводе в эксплуатацию, низкий коэффициент использования мощностей, нехватку сырья, а также возможность того, что нефтеперерабатывающий завод предпочтет возобновляемый дизельное топливо вместо SAF.
Технические требования к сырью сформулированы слишком широко.
«Отработанного масла», «биомассы» или «уловленного CO₂» недостаточно. Изменчивость и наличие примесей определяют характер предварительной обработки, степень воздействия катализатора, выход продукта и время простоя.
Лабораторная доходность становится финансовой моделью.
В коммерческих балансах должны учитываться потери при сепарации продукта, потери при переработке, старение катализатора, потери при запуске, простои, побочные продукты и продукция, не соответствующая спецификации.
Сертификацию оставляют на конец.
На этапе определения проекта необходимо точно определить исходное сырье, технологическую схему, приложение, пределы смешивания, программу испытаний и целевую схему сертификации.
Адсорбенты и катализаторы подбираются на основе типовых технических паспортов.
Статическая ёмкость или площадь поверхности не определяют эксплуатационные характеристики при фактических для проекта значениях давления, температуры, содержания загрязняющих веществ и цикла регенерации.
Определение материалов для очистки и катализаторов
Выбор материала начинается с определения характеристик потока. Для задач сушки или очистки в запросе предложений должны быть указаны: состав, фаза, давление, температура, нормальная и максимальная нагрузка загрязнений, требуемый уровень на выходе, диапазон расхода, время цикла, метод регенерации, ограничения по размеру частиц, допустимый перепад давления и требования к механической прочности. В случае катализаторов, содержащих цеолит, на рабочие характеристики могут влиять тип каркаса, соотношение кремнезема к оксиду алюминия, размер кристаллов, кислотность, система связующих веществ, содержание металлов и метод активации.
JALON может обеспечить первоначальный отбор цеолитные материалы и продукты на основе молекулярных сит для применения в сфере SAF. Сообщите фактические условия технологического потока, целевые свойства продукта и требования лицензиара, чтобы техническая команда могла определить подходящие марки материалов, предоставить имеющиеся данные о характеристиках и документацию по партиям, а также разработать соответствующий план проверки образцов. Окончательное утверждение материала должно оставаться привязанным к испытаниям с учетом конкретного применения и проектным основаниям лицензиара технологического процесса или EPC-подрядчика.
Изучите требования к материалам для вашего маршрута производства SAF
Пришлите состав сырья, условия процесса, информацию о примесях, целевые выходные характеристики и требования к регенерации для первоначальной технической экспертизы.
Обсудите условия вашего технологического процессаСсылки
- Международная организация гражданской авиации. Процессы переработки SAF. Просмотрено в 2026 году.
- Министерство энергетики США. Пути к коммерческому внедрению: экологически устойчивое авиационное топливо. 2024.
- Министерство энергетики США. Устойчивое авиационное топливо: обзор технических путей. 2020.
- Министерство энергетики США, Центр данных по альтернативным видам топлива. Экологически безопасное авиационное топливо. Просмотрено в 2026 году.
- Международная ассоциация воздушного транспорта. Экологически безопасное авиационное топливо. 2026.
- Национальная лаборатория возобновляемой энергии. Отчет о состоянии отрасли устойчивого авиационного топлива. 2024.
- ASTM International. ASTM D7566: Стандартная спецификация для авиационного турбинного топлива, содержащего синтетические углеводороды.
EN 
DE 
ES 
JA 
RU 
PT 
FR 
AR 
KO 
TH 
ID 
