Lentokoneissakin jyllää käyttövoimamurros – mikä polttoaine yltää voittajaksi?

Monet lentoyhtiöt ovat jo kokeilleet vaihtoehtoisia polttoaineita. Neste on maailman suurin uusiutuvan lentopolttoaineen valmistaja. Finnairin tavoitteena on lentää hiilineutraalisti vuonna 2045. Sähköstä on osaratkaisuksi pieniin lentokoneisiin.

Ilmailussa on käsillä periaatteessa samanlainen käyttövoimien uudelleenjako kuin autoilussa ja tieliikenteessä, joskin ilmailussa on monenlaisia ja vaikeita haasteita päästöjen vähentämisessä.

Ilmailussakin siis jyllää käyttövoimamurros, joka tarkoittaa kilvoittelua eri lentopolttoaineiden kesken. Voittajaa on mahdotonta vielä julkistaa, mutta monenlaista kiinnostavaa on vireillä ilmailun päästöjen minimoimiseksi.

Suomen ja Helsingin Sähkölentokoneyhdistyksen sekä MAFin (Mission Aviation Fellowship) vastikään järjestämässä Ekologisen ja sähköisen lentämisen konferenssissa tuotiin esiin, että pieniä, enintään 19-paikkaisia sähkötoimisia matkustajalentokoneita tulee käyttöön jo tämän vuosikymmenen loppupuolella.

Esimerkiksi 19-paikkainen Heart Aerospace ES-19 sähkölentokone on saanut jo satamäärin tilauksia ja hankinnan esisopimuksia. Myös Finnair on tehnyt esisopimuksen 20:n ES-19 -sähkölentokoneen hankinnasta, kuten Moottori uutisoi.

Vaikka akkujen energiatiheys painoon verrattuna on merkittävästi kohentunut ja paranemassa edelleen, akkujen kapasiteetti ei riitä ja akut ovat raskaita ja massiivisia isompiin lentokoneisiin.

Isommissa matkustaja- ja rahtikoneissa tarvitaan lähivuosikymmeninä sähkön sijaan muita ratkaisuja päästöjen vähentämiseen. Yksi keinoista on suihkumoottorien polttoainetalouden parantaminen ja tärkeimpänä kehityskohteena vaihtoehtoiset polttoaineet: uusiutuva kerosiini SAF (Sustainable Aviation Fuel), levästä kehitetyt polttoaineet sekä P2X-synteettiset polttoaineet kuten vety.

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Neste Oyj:n arvio eri käyttövoimien tulevaisuudesta lentokoneiden kokoluokittain

Lyhyen matkan paikallisliikenne/syöttöliikenne: 9–19 matkustajapaikkaa, alle tunnin lentoaika. Kokoluokka muodostaa alle 1 % lentoliikenteen CO₂-päästöistä:

2020: SAF (enintään 50 %)

2025–2050: sähkö tai vety (polttokenno) ja/tai SAF

Alueellinen lentoliikenne: 50–100 matkustajapaikkaa, 30–90 minuutin lentoaika.

Kokoluokka muodostaa 3 % lentoliikenteen CO₂-päästöistä:

2020: SAF (enintään 50 %)

2025: SAF

2030–2050: sähkö tai vety (polttokenno) ja/tai SAF

Lyhyen matkan lentoliikenne: 100–150 matkustajapaikkaa, 45–120 minuutin lentoaika.

Kokoluokka muodostaa noin 24 % lentoliikenteen päästöistä:

2020–2030: SAF

2035: SAF, mahdollisesti myös vety

2040–2050: Vety ja/tai SAF

Keskipitkän matkan lentoliikenne: 100–250 matkustajapaikkaa, 60–150 minuutin lentoaika.

Kokoluokka muodostaa noin 43 % lentoliikenteen päästöistä:

2020–2035: SAF

2040–2050: SAF, mahdollisesti myös vety

Kaukoliikenteen lennot: 250+ matkustajapaikkaa, yli 150 minuutin lentoajat.

Kokoluokka muodostaa noin 30 % lentoliikenteen päästöistä:

2020–2050: SAF

Ruotsin ilmailuala (Svenska Flygbranschen) esittelemä visio lentokoneiden tulevista käyttövoimista perustuu DLR:n (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Saksan ilmailu- ja avaruuskeskus) ennusteeseen, jossa 11 merkittävää tietolähdettä: ADAC, Airbus, Bombardier, Alf von Beem, Aurigny, DLR, Electric Aviation Group, ICAO, Lufthansa, NASA ja MTU. Ruotsin ilmailualan näkemys on Nesteen vision kanssa hyvin samansuuntainen, mutta ennustaa vedyn tulevan merkittäväksi myös suurimpien lentokoneiden polttoaineena. Toisaalta Neste ennustaa SAF-polttoaineiden olevan 2040–2050-luvuilla joko levä- tai mahdollisesti P2X-synteettisiä, vetypohjaisia polttoaineita.

Neste maailman suurin uusiutuvan lentopolttoaineen valmistaja

Monet lentoyhtiöt ovat jo kokeilleet lentoja uusiutuvan SAF-polttoaineen ja fossiilisen polttoaineen seoksilla. Lentoja on lennetty yleensä 5–30 prosentin uusiutuvien polttoaineiden osuuksilla. Nykyinen seossuhteen maksimi ns. drop-in-polttoaineella on 50 prosenttia, mikä täyttää ASTM- (American Society for Testing and Materials) ja muut suorituskykyvaatimukset.

Neste on maailman suurin uusiutuvan dieselin ja uusiutuvan lentopolttoaineen valmistaja. Neste on myös Finnairin uusiutuvan polttoaineen toimittaja Helsinki-Vantaalla. Finnairille toimitettavan uusiutuvan polttoaineen raaka-aineiksi on sovittu käytetty paistinrasva ja eläinrasva, ei palmuöljyä.

Tavallista polttoainetta kalliimpaa

Uusiutuva kerosiini eli SAF-polttoaine (Sustainable Aviation Fuel) on noin 3–5 kertaa fossiilista polttoainetta kalliimpaa, mutta sekoitettuna fossiiliseen polttonesteeseen lisäkustannukset matkustajaa kohden ovat kohtuullisia.

Esimerkkejä SAF-polttoaineen aiheuttamista lisäkustannuksista lentolipun hintoihin matkustajapaikkaa kohti kolmella eri lentoreitillä SAF-polttoaineen osuuksilla 5, 14 tai 30 prosenttia: Helsinki–Singapore 12, 33 ja 71 euroa/matkustaja, Helsinki–München 3, 9 ja 20 euroa/matkustaja ja Helsinki–Tukholma 1, 4 ja 8 euroa/matkustaja.

Finnairin lisäksi Nesteen SAF-polttoaineen asiakkaita ovat esimerkiksi Alaska Airlines, American Airlines, Delta, JetBlue, DHL, ANA All Nippon Airways, SAS, easyJet, KLM, Lufthansa, Swiss, Virgin Atlantic ja IAG (International Airlines Group, muun muassa British Airways ja Vueling), Boeing ja Airbus. Nesteellä on SAF -polttoaineen jakeluverkosto useilla USA:n ja Euroopan lentoasemilla, lisäksi Japanissa kahdella ja Singaporessa yhdellä lentoasemalla.

Neste tuottaa uusiutuvaa lentopolttoainetta Porvoossa 100 000 tonnia vuodessa. Singaporen jalostamon laajennus kasvattaa määrän vuonna 2022 noin miljoonaan tonniin vuodessa. Lisäksi Nesteelle tulee jalostamo Rotterdamiin. Vuonna 2023 Nesteen tavoitteena on valmistaa 1,5 miljoonaa tonnia SAF-polttoainetta vuodessa.

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Finnair mukana yhteisostossa

Oneworld-allianssin jäsenet aikovat ostaa vuosittain yli 600 miljoonaa kiloa uusiutuvaa polttoainetta Gevolta, joka valmistaa uusiutuvia lentopolttoaineita Coloradossa Yhdysvalloissa. Polttoainetta toimitetaan viiden vuoden ajan vuodesta 2027 alkaen.

Oneworld on ensimmäinen globaali lentoyhtiöallianssi, joka on tehnyt sitoumuksia uusiutuvien lentopolttoaineiden ostosta, ja nyt tehty sopimus on jo toinen laatuaan. Oneworld ilmoitti marraskuussa 2021 sitoumuksesta ostaa yli 1 000 miljoonaa kiloa valmiiksi sekoitettua uusiutuvaa lentopolttoainetta Aemetisiltä San Franciscosta ja Finnair oli mukana myös tuossa sopimuksessa.

Finnair: hiilineuraalisti vuonna 2045

Finnair on asettanut pitkän aikajänteen tavoitteen lentää hiilineutraalisti vuonna 2045. Uusiutuvilla polttoaineilla (SAF) on tämän tavoitteen saavuttamisessa merkittävä rooli. Finnair toi maaliskuussa asiakkailleen mahdollisuuden hyvittää lentojensa päästöjä yhdistämällä sertifioituja päästövähennysprojekteja ja uusiutuvia lentopolttoaineita. Finnair on tähän mennessä lentänyt yksittäisiä lentoja kestävällä polttoaineella jo vuodesta 2011 lähtien, ja aikoo lisätä uusiutuvien lentopolttoaineiden käyttöä lennoillaan.

– Uusiutuvan polttoaineen korkea hinta ja rajallinen saatavuus asettavat edelleen haasteita sen käytön lisäämiselle, joten kysynnän ja tarjonnan kasvattaminen on tärkeää polttoaineen hinnan laskemiseksi ja saatavuuden lisäämiseksi, Finnairin vastuullisuusjohtaja Eveliina Huurre toteaa.

– Siksi oneworld-jäsenlentoyhtiöiden sopimuksen kaltaiset yhteiset sitoumukset ovat tärkeitä.

Gevon uusiutuva lentopolttoaine on valmistettu syötäväksi kelpaamattomista maissituotteista, joista tehdään etanolia, joka jatkojalostetaan sitten uusiutuvaksi lentopolttoaineeksi. Gevon uusiutuvaa lentopolttoainetta aiotaan tuottaa kolmessa kehitteillä olevassa tehtaassa USA:n keskilännessä.

Myös Suomessa Finnair ja Neste pyrkivät yhdessä löytämään mahdollisuuksia ja tapoja lisätä uusiutuvien polttoaineiden käyttöä ja siten vähentää lentoliikenteen kasvihuonekaasujen päästöjä.

Mikä ihmeen SAF?

Uusiutuva SAF-lentopolttoaine palaa puhtaasti ja vähentää GHG-kasvihuonekaasupäästöjä (pääasiassa hiilidioksidipäästöjä) noin 80 prosenttia. Nykyinen SAF-seossuhteen maksimi on 50 prosenttia. SAF on niin sanottu drop-in -polttoaine eli se toimii nykyisten lentokoneiden suihku- ja potkuriturbiinimoottoreissa. Boeing on ilmoittanut, että Boeing-matkustajakoneet voivat lentää 100-prosenttisella uusiutuvalla polttoaineella vuoteen 2030 mennessä. Eri toimijoilla on käynnissä hankkeita, joilla mahdollistetaan lähivuosina 100 -prosenttisen SAF-polttoaineen käyttö. Koelentoja on suoritettu esimerkiksi ATR 72-potkuriturbiinikoneella Airbus A350-900 -lentokoneella 100-prosenttisella SAF-polttoaineella siten, että toinen moottori käyttää 100-prosenttista SAF-polttoainetta ja toinen moottori toimii fossiilisella kerosiinilla.

SAF-polttoaine vähentää hiilidioksidipäästöjen ohella myös muita päästöjä. Koelennoilla päästöjen eroja on mitattu sekä ilmassa että maassa. Ilmassa on seurattu jättövanan eli tiivistysvanan epäpuhtauksien määrää ja maakokeissa paikallisia hiukkaspäästöjä. SAF vähentää moottorien (noki)hiukkaspäästöjä 50–70 prosenttia.

Finnair sähkölentokone Heart Aerospace ES-19

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Tiivistymisvanoilla on merkitystä

Moottorien (noki)hiukkaspäästöt aiheuttavat osaltaan hiukkaspäästöjä niin sanottuun siiven kärjestä lähtevään tiivistymisvanaan, josta tietyissä olosuhteissa voi muodostua pilvi. Se syntyy lentokoneen pakokaasun sisältämän vesihöyryn tiivistyessä nestemäisiksi vesipisaroiksi sopivissa kosteus- ja lämpötilaoloissa.

Kuivassa ilmassa tiivistymisvana on hyvin lyhytkestoinen ja haihtuu usein viimeistään minuuttien kuluttua, mutta kosteassa säilyy pitkään, jopa tunteja. Sopivissa oloissa tiivistymisvanan hiukkasiin alkaa tiivistyä lisää kosteutta ympäröivän ilman vesihöyrystä, ja ne laajenevat peittäen merkittäviä osia taivaasta untuvapilven alle.

Tällaisten pilvien määrä vaikuttaa ilmastoon. Vaikutus on sekä lämmittävä että jäähdyttävä, ja nettovaikutuksen suunnasta on käyty keskustelua. Hiukkaspäästöillä ja niihin liittyvällä tiivistysvanalla ja pilvillä on suurin merkitys lentoliikenteen aiheuttamaan ilmastonmuutokseen.

Hiukkaspäästöjen ja tiivistysvanan vaikutus ilmastonmuutokseen on jopa kolme kertaa suurempi kuin pelkkien hiilidioksidipäästöjen. Lentoliikenteen hiilidioksidipäästöjen arvioidaan olevan 2–3 prosenttia maailman hiilidioksidipäästöistä. Hiukkaspäästötutkimuksen lähteinä ovat Saksan ilmailu- ja avaruustutkimuskeskus DLR sekä Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallintovirasto NASA.

SAF-polttoaineesta on niukkuutta ja lähivuosina

SAF-polttoaineen kysyntä kasvaa nopeasti lentoyhtiöiden pyrkiessä vähentämään päästöjä.

Niinpä esimerkiksi Neste tutkii eri jätelajien mahdollisuuksia sekä lignoselluloosaa uusiutuvan SAF-polttoaineen valmistamiseksi 5–10 vuoden tähtäimellä.

Puiden ja muiden kasvien rakenteelliset osat koostuvat monimutkaisesta seoksesta hiilihydraattipolymeerejä, joita kutsutaan lignoselluloosaksi. Nämä ovat maapallolla runsaimmin esiintyviä luonnollisia polymeerejä. Nämä polymeerit, selluloosa, ligniini ja hemiselluloosa, sekä monet muut kasveista löytyvät aineet tarjoavat erinomaisen mahdollisuuden korvata fossiilisia raaka-aineita esimerkiksi polttoaineiden valmistuksessa.

Vaikka kasvipohjaisia raaka-aineita on saatavilla runsaasti, niitä on käytettävä harkitusti ja kestävästi. Nesteellä keskitytään lähteisiin, jotka ovat tällä hetkellä alihyödynnettyjä, kuten metsäteollisuuden ja maatalouden jäte- ja ylijäämävirrat.

Yli 10 vuoden tähtäimellä levä on potentiaalinen mahdollisuus SAF-polttoaineen lähteeksi, mutta toistaiseksi sen hyödyntämiseksi ei ole löytynyt vielä sopivaa menetelmää.

Tulevaisuuden SAF -polttoaineen tutkimuksen kohteena on P2X eli Power-to-X -teknologia, jossa uusiutuvien energialähteiden tuottaman sähköenergian avulla valmistetaan synteettisiä, ns. sähköpolttoaineita tai muita yhdisteitä. Power-to-X -teknologian lopputuotteita voidaan liikenteessä ajoneuvojen ja lentokoneiden polttoaineena.

Konseptin tarkoituksena on tuottaa helposti säilytettävää ja päästötöntä energiaa sekä vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Power-to-X on yksi askel kohti hiilineutraalia ympäristötavoitetta. Tärkeimmät osaprosessit Power-to-X -teknologiassa ovat veden elektrolyysi, vihreä vety sekä hiilidioksidin talteenotto.

Teksti: Timo Turkula Kuvat: Moottorin arkisto, Heart Aerospace Lähteet: Finnair, MAF Suomi ja Helsingin sähkölentokoneyhdistys ry: Ekologisen ja sähköisen lentämisen konferenssi 9.3.2022

Muokattu 28.3.2022: poistettu epätarkka tieto vuoden 2030 valmistussuunnitelmia koskien.

a:1:{i:0;s:6:"110558";}