Оглавление
Список использованных сокращений 3
Введение 4
Глава 1. Проблема загрязнения атмосферы воздушным транспортом 6
1.1 Краткая история воздушного транспорта 6
1.2 Общие сведения о загрязнении атмосферы воздушным транспортом 7
1.3 Пути снижения выбросов загрязняющих веществ 11
Глава 2. Биотопливо как способ снижения эмиссии парниковых газов 15
2.1 Поколения и виды биотоплива 16
2.1.1 Первое поколение биотоплива 17
2.1.2 Второе поколение биотоплива 19
2.1.3 Третье поколение биотоплива 24
2.1.4 Виды альтернативного биологического топлива 27
2.2 Технологии производства биотоплива 29
2.2.1 ATJ 29
2.2.2 SIP 31
2.2.3 F-T 32
2.2.4 HEFA 33
2.3 Требования к авиационному биотопливу 33
2.4 Сертификация 39
Глава 3. Перспективы и последствия внедрения 42
3.1 Экологический аспект 42
3.2 Экономический аспект 46
Заключение 50
Список использованных источников 52
Жизнь современного человека тесно связана с транспортом. Будучи наиболее молодым среди прочих видов, воздушный транспорт динамично развивается. В наше время гражданская авиация стала одним из факторов воздействия на окружающую среду, проявляющимся, главным образом, в эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу.
Ослабление такого влияния, а именно снижение выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ, является актуальной задачей на сегодняшний день, ввиду чего актуальными являются и различные научные изыскания, посвящённые данной проблеме. Посвящена ей и данная работа.
Таким образом, целью работы является оценка возможности и перспектив снижения загрязнения атмосферного воздуха воздушным транспортом путём использования новых видов топлива, в частности, биотоплива.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Ознакомиться с историей воздушного транспорта и путями снижения загрязнения им атмосферы.
2. Рассмотреть различные виды биотоплива и технологию их производства.
3. Охарактеризовать мировые требования к биотопливу, а также механизмы его сертификации.
4. Проанализировать экологические и экономические последствия массового применения биотоплива.
На сегодняшний день публикации, обобщающие различную информацию о производстве и применении биотоплива в глобальном масштабе, в русскоязычной научной среде отсутствуют. Кроме того, на данный момент в мире не существует единой схемы перевода авиации на данный вид альтернативного топлива, как и окончательных качественных и количественных характеристик самого биотоплива.
Новизна работы состоит в обобщении имеющейся в иностранных научных источниках информации касательно производства биотоплива, а также выявлении последствий его применения.
В настоящее время на территории Российской Федерации не производится и не применяется биотопливо, ввиду чего привлечение внимания к данной проблеме является важным с точки зрения улучшения качества окружающей среды.
Материалами для выполнения работы служили статистические данные международных организаций, законодательные акты и государственные стандарты Российской Федерации, международные стандарты, научные работы и публикации.
Автором данной работы были самостоятельно проанализированы и обработаны статистические данные, построена GIS-модель распределения выбросов загрязняющих веществ гражданской авиацией по странам мира, обобщена различная информация о процессе производства биотоплива, а также показаны возможные последствия массового внедрения такого альтернативного вида топлива.
На защиту выпускной квалификационной работы были вынесены следующие положения:
1. Эмиссия в атмосферу загрязняющих веществ растёт.
2. Вопросы снижения выбросов требуют изучения.
3. Переход на биотопливо является путём решения проблемы.
Потребность быстрого перемещения между разными городами и странами существовала всегда. Выражалась же она в создании всё новых и новых видов транспорта, одним из которых стал воздушный.
Данный вид транспорта является наиболее молодым и динамично развивающимся, что видно из статистических данных ICAO, представленных ранее. Так, только за последнее десятилетие объём перевезённых авиацией грузов и пассажиров увеличился в ~1,5 раза, что следует из Таблицы 1.
Вместе с объёмом грузоперевозок растёт и влияние воздушного транспорта на окружающую среду, выражающееся в эмиссии парниковых газов в атмосферу. В настоящий момент она составляет порядка 600 Мт CO2, и способна вырасти в 5 раз уже к 2050 году, что показано в Рисунке 2
Для недопущения реализации такого сценария CAEP был предложен комплекс мер, составляющей которого является применения биотоплива.
В ходе выполнения работы были рассмотрены различные виды альтернативного топлива, среди которых можно выделить ATJ-топливо, производимое из кукурузы, сахарного тростника или злаков, F-T-топливо, получаемое из злаков и отходов лесозаготовки и выращивания кукурузы, и HEFA-топливо, производимое из масличных культур (ятрофа, камелина) и водорослей.
Эти виды биотоплива уже прошли сертификацию, предусмотренную стандартом ASTM D7566, ввиду чего уже сегодня возможно их применение в коммерческих перелётах гражданской авиации в виде топливных смесей. В будущем, вероятно, станет допустимым применение альтернативного топлива и без смешивания с традиционным авиакеросином.
Последствием применения биотоплива является снижение выбросов парниковых газов в атмосферу. Так, в Таблице 6 и Рисунке 10 представлены данные, которые показывают, что многие виды биотоплива способны обеспечить снижение эмиссии углерода. Особого внимания заслуживают F-T- топливо из злаков и лигноцеллюлозы (от -2 до 17,7 и от 9 до 13,6 г CO2 экв/Мдж, соответственно) и HEFA-топливо из рыжика и ятрофы (от 26 до 46 и от 33 до 40 г CO2 экв/Мдж, соответственно).
Данные виды биотоплива не только обеспечивают существенное снижение выбросов парниковых газов по сравнению с традиционным топливом (~100 г CO2 экв/Мдж), но и являются устойчивыми авиационными топливами, то есть не являются потенциальными продуктами питания. Кроме того, такое FT-топливо способно замыкать производственные циклы, а HEFA-топливо - выращиваться на малоценных для сельского хозяйства землях.
Перспективным является и HEFA-топливо из водорослей, однако несовершенство существующих на данный момент методов производства и оценок не позволяет достаточно точно описать его жизненный цикл (от 14,1 до 193,2 г CO2 экв/Мдж).
Внимания заслуживает и экономическая сторона использования биотоплива. На сегодняшний день наиболее перспективные с экологической точки зрения виды биотоплива не способны конкурировать в цене с традиционным топливом. В Таблице 7 и Рисунке 11 отражена стоимость различных видов топлива.
Так, стоимость F-T-топлива из злаков и лигноцеллюлозы составляет 1,1 и от 1,14 до 1,96 $/л, соответственно, а HEFA-топлива из рыжика и ятрофы - 0,8 $/л против 0,54 $/л у авиакеросина. Тем не менее, улучшение технологий производства способно несколько снизить стоимость использования биотоплива, однако уже сейчас такая альтернатива находит ограниченное применение в гражданской авиации.
По мнению автора данной работы, биотопливо имеет гигантский потенциал к развитию и расширению сферы своего применения. Продолжение научных исследований в данной области, общественное внимание и государственная поддержка способны превратить его в полноценную замену традиционного авиационного керосина, ввиду чего снизится не только загрязнение окружающей среды воздушным транспортом, но и зависимость человечества от ископаемых видов топлива.
