Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences68151510.31857/S0028242124040014MVUKQUArticlesСтатьиReview ArticleТехнологии получения низкоуглеродных авиационных топлив из биосырья и углекислого газа (обзор)Технологии получения низкоуглеродных авиационных топлив из биосырья и углекислого газа (обзор)https://orcid.org/0000-0003-1008-1580МагомедоваМария Владимировна
Russian Federation

к.т.н.

podlesnaya@ips.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4570-0548ГалановаЕкатерина Геннадьевна
Russian Federation

к.х.н.

podlesnaya@ips.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6393-1134ПорсинАлександр Андреевич
Russian Federation

к.х.н.

podlesnaya@ips.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4394-6950ЛаврентьевВладимир Александрович
Russian Federation

к.т.н.

podlesnaya@ips.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2455-8765СамойловВадим Олегович
Russian Federation

к.х.н.

podlesnaya@ips.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9297-4950МаксимовАнтон Львович
Russian Federation

д.х.н., чл.-корр. РАН

podlesnaya@ips.ac.ruИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. ТопчиеваИнститут тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова (РТУ МИРЭА)1508202464428430330052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/681515

Обобщена информации о технологиях получения экологически безопасного авиационного топлива из биосырья и СО2. Представлены основные маршруты переработки биосырья различного происхождения и информация об уровне технологического развития соответствующих технологий. Подчеркивается, что наиболее высоким уровнем развития характеризуются технологии переработки триглицеридов жирных кислот, выделяемых из масложирового сырья. Представлены также ключевые особенности предлагаемых схемных решений для переработки СО2 в авиационные топлива. Показано, что наиболее энергозатратной является стадия выделения СО2 из воздуха. Приведены сведения об экологических и экономических аспектах отдельных технологий. На основе опубликованных данных определены наиболее затратные стадии процессов: для биотехнологий основные капитальные затраты связаны с первой стадией конверсии биосырья, а для технологий получения авиатоплив из СО2 – с получением водорода.

Обобщена информации о технологиях получения экологически безопасного авиационного топлива из биосырья и СО2. Представлены основные маршруты переработки биосырья различного происхождения и информация об уровне технологического развития соответствующих технологий. Подчеркивается, что наиболее высоким уровнем развития характеризуются технологии переработки триглицеридов жирных кислот, выделяемых из масложирового сырья. Представлены также ключевые особенности предлагаемых схемных решений для переработки СО2 в авиационные топлива. Показано, что наиболее энергозатратной является стадия выделения СО2 из воздуха. Приведены сведения об экологических и экономических аспектах отдельных технологий. На основе опубликованных данных определены наиболее затратные стадии процессов: для биотехнологий основные капитальные затраты связаны с первой стадией конверсии биосырья, а для технологий получения авиатоплив из СО2 – с получением водорода.

экологически безопасные авиационные топливанизкоуглеродные авиационные топливатехнологии получения авиационного топлива из биосырья и СО2биотопливаSAFAviation BiofuelRenewable jet FuelЕ-fuelsPower-to-liquid технологииРоссийский научный фондRussian Science Foundation24-13-00242Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 24-13-00242.Grimme W. The Introduction of Sustainable Aviation Fuels-A Discussion of Challenges, Options and Alternatives // Aerospace. 2023. V. 10. P. 218–233. https://doi.org/10.3390/aerospace10030218Kittel H., Horský J., Simacek P. Synergy of blending HEFA with alternative petroleum fractions // Fuel. 2024. V. 359. № 130390. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130390Hileman J.I., Stratton R.W. Alternative jet fuel feasibility // Transp. Policy. 2014. V. 34. P. 52–62. https://doi.org/10.1016/j.tranpol.2014.02.018Pires A.P.P., Han Y., Kramlich J., Garcia-Perez M. Chemical composition and fuel properties of alternative jet fuels // BioResources. 2018. V. 13. № 2. P. 2632–2657. https://doi.org/10.15376/biores.13.2.2632-2657García-Contreras R., Soriano J.A., Gómez A., Fernández-Yáñez P. Sustainable Alternatives for Aviation Fuels. Elsevier. 2022. ID 181. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85715-4.00009-4Kittel H., Horský J., Šimáček P. Properties of Selected Alternative Petroleum Fractions and Sustainable Aviation Fuels // Processes. 2023. V. 11. ID 935. https://doi.org/10.3390/pr11030935Vozka P., Šimáček P., Kilaz G. Impact of HEFA Feedstocks on Fuel Composition and Properties in Blends with Jet A // Energy Fuels. 2018. V. 32. № 11. P. 11595–11606. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b02787ASTM D7566-20c. Standart Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons. 2021.Черепанова А.Д., Чернышова А.В., Колобков Б.И. Обзор технологий получения синтетических углеводородных топлив для реактивных двигателей // Хим. Пром. Сегодня. 2022. № 1. С. 54–63.Morgan P. An overview of Sasol’s jet fuel journey // 20th World Petroleum Congress. Doha, Qatar. December 4–8. 2011.Dyk S., Su J., McMillan J.D., Saddler J.N. ‘DROP-IN-BIOFUELS’: The key role that co-processing will play in its production. IEA Bioenergy. 2019.156 p.Maniatis K., Weitz M., Zschocke A. 2 million tons per year: A performing biofuels supply for EU aviation. European Commission. Brussels. 2013. P. 37.Dahal K., Brynolf S., Xisto C., Hansson J., Grahn M., Grönstedt T., Lehtveer M. Techno-economic review of alternative fuels and propulsion systems for the aviation sector // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. V. 151. № 111564. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111564Li X., Luo X., Jin Y., Li J., Zhang H., Zhang A., Xie J. Heterogeneous sulfur-free hydrodeoxygenation catalysts for selectively upgrading the renewable bio-oils to second generation biofuels // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. V. 82. P. 3762–3797. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.091Neuling U., Kaltschmitt M. Biokerosene from Vegetable Oils – Technologies and Processes // Biokerosene. 2017. P. 475–496. https://doi.org/10.1007/978-3-662-53065-8_19Mawhood R., Gazis E., Jong S., Hoefnagels R., Slade R. Production pathways for renewable jet fuel: a review of commercialization status and future prospects // Biofuels. BioProd. Bioref. 2016. V. 10. № 4. P. 462–484. https://doi.org/10.1002/bbb.1644Sapp M. Hainan Airlines flight powered by 50% biofuel between Shanghai and Beijing. Biofuels Digest. URL: https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/hainan-airlines-flight-powered-by-50-biofuel-between-shanghai-and-beijing/ (дата обращения 01.10.2024)Sapp M. Hainan Airways flies to Chicago on UCO blend as part of Sino-US cooperation. Biofuels Digest. URL: https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/hainan-airways-flies-to-chicago-on-uco-blend-as-part-of-sino-us-cooperation/ (дата обращения 01.10.2024)Tomas J.P. OMV Petrom to invest over $806 million in biofuel plants in Romania. Biofuels Digest. URL: https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/omv-petrom-to-invest-over-806-billion-in-biofuel-plants-in-romania/ (дата обращения 01.10.2024)ASTM D1655-20, Standard Specification for Aviation Turbine Fuels. 2020.Li L., Coppola E., Rine J., Miller J.L., Walker D. Catalytic hydrothermal conversion of triglycerides to non-ester biofuels // Energy Fuels. 2010. V. 24. № 2. P. 1305–1315. https://doi.org/10.1021/ef901163aBacovsky D., Dallos M., Wörgetter M. Status of 2nd Generation Biofuels Demonstration Facilities in June 2010. IEA Bioenergy. 2010. 126 p.Solena Group, Inc. USAID–USEA Workshop: renewable energy. 2009.Balan V., Chiaramonti D., Kumar S. Review of US and EU initiatives toward development, demonstration and commercialization of lignocellulosic biofuels // Biofuel Bioprod. Bioref. 2013. V. 7. № 6. P. 732–759. https://doi.org/10.1002/bbb.1436Viguié J.-Ch., Ullrich N., Porot P., Bournay L., Hecquet M., et al. BioTfueL project: targeting the development of second-generation biodiesel and biojet fuels // Oil & Gas Science and Technology – Revue d’IFP Energies nouvelles. 2013. V. 68. № 5. P. 953–946.Fulcrum successfully starts its Sierra biofuels plant operations. Biofuel International. 2022. URL: https://biofuels-news.com/news/fulcrum-successfully-starts-operations-of-its-sierra-biofuels-plant/ (дата обращения 01.10.2024)Sapp M. Velocys completes and delivers four reactors to Red Rock Biofuels // Biofuel Digest. 2020. URL: https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/velocys-completes-and-delivers-four-reactors-to-red-rock-biofuels/ (дата обращения 01.10.2024)Sapp M. Red Rock Biofuels, Frontline BioEnergy successfully test SAF technology. Biofuel Digest. 2022. URL: https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/red-rock-biofuels-and-frontline-bioenergy-successfully-test-saf-technology/ (дата обращения 01.10.2024)Garsia F., Marchand Ph. Amyris-Total Biojet fuel Breakthrough Solution for Aviation. ICAO HQ. Montreal, Canada. 2014.Shah Y.T. Water for Energy and Fuel Production. CRC Press. 2014. 440 p.Рахманкулов Д.Н., Вильданов Ф.Ш., Николаева С.В., Денисов С.В. Успехи и проблемы производства альтернативных источников топлива и химического сырья. Пиролиз биомассы // Башкирский химический журнал. 2008. Т. 15. № 2. С. 36–50.Diederichs G.W., Mandegari M.A., Farzad S., Görgens J.F. Techno-economic comparison of biojet fuel production from lignocellulose, vegetable oil and sugar cane juice // Bioresour. Technol. 2016. V. 216. P. 331–339. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.05.090Wei H., Liu W., Chen X., Yang Q., Li J., Chen H. Renewable bio-jet fuel production for aviation: A review // Fuel. 2019. V. 254. ID 115599. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.06.007Kennes D., Abubackar H.N., Diaz M., Veiga M.C., Kennes C. Bioethanol production from biomass: carbohydrate vs syngas fermentation // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2016. V. 91. № 2. P. 304–317. https://doi.org/10.1002/jctb.4842Pechstein J., Neuling U., Gebauer J., Kaltschmitt M. Alcohol-to-Jet (AtJ) // Biokerosene. Springer Berlin Heidelberg; 2018. P. 543–574. https://doi.org/10.1007/978-3-662-53065-8_21Rochón E., Cortizo G., Cabot M.I., García Cubero M.T., Coca M., Ferrari M.D., Lareo C. Bioprocess intensification for isopropanol, butanol and ethanol (IBE) production by fermentation from sugarcane and sweet sorghum juices through a gas stripping-pervaporation recovery process // Fuel. 2020. V. 281. ID 118593. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118593Bastian S., Liu X., Meyerowitz J.T., Snow C.D., Chen M.M.Y., Arnold F.H. Engineered ketol-acid reductoisomerase and alcohol dehydrogenase enable anaerobic 2-methylpropan-1-ol production at theoretical yield in Escherichia coli // Metab. Eng. 2011. V. 13. № 3. P. 345–352. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2011.02.004Дементьев К.И., Дементьева О.С., Иванцов М.И., Куликова М.В., Магомедова М.В., Максимов А.Л., Лядов А.С., Старожицкая А.В., Чудакова М.В. Перспективные направления переработки диоксида углерода с использованием гетерогенных катализаторов (Обзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 3. С. 289–327. https://doi.org/10.31857/S0028242122030017 [Dement’ev K.I., Dementeva O.S., Ivantsov M.I., Kulikova M.V., Magomedova M.V., Maximov A.L., Lyadov A.S., Starozhitskaya A.V., Chudakova M.V. Promising Approaches to Carbon Dioxide Processing Using Heterogeneous Catalysts (A Review) // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62. P. 445-474. https://doi.org/10.1134/S0965544122050012]Kadlecek D. Methanol to Jet (MTJ) – ASTM D02.0J AC724 Task Force // URL: https://www.caafi.org/resources/pdf/Methanol-to-Jet_CAAFI_Kadlecek_07_25_2023.pdf (дата обращения 10.10.2024)Beato P. Methanol to jet fuel (mtj) process // Patent WO N 2022063994A1, 2021.Matur A., Chakrabarti D., Blommel J.M., Hoehn R.K., Paustian J.S., Serban M. Process for converting olefins to jet fuel with olefin recycle // Patent US N 2024/0247198А1. 2024. https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf? docId=US435746703&_cid=P10-M3MMLT-23554-1Shahriar M.F., Khanal A. The current techno-economic, environmental, policy status and perspectives of sustainable aviation fuel (SAF) // Fuel. 2022. V. 325. ID 124905. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124905Zemanek D., Champagne P., Mabee W. Review of life‐cycle greenhouse‐gas emissions assessments of hydroprocessed renewable fuel (HEFA) from oilseeds // Biofuels, Bioprod. Biorefining. 2020. V. 14. № 5. P. 935–949. https://doi.org/10.1002/bbb.2125Bauen A., Bitossi N., German L., Harris A., Leow Kh. Sustainable Aviation Fuels. Status, challenges and prospects of drop-in liquid fuels, hydrogen and electrification in aviation // Johnson Matthey Tech. Review. 2020. V. 64 (3). P. 263–278. https://doi.org/10.1595/205651320X15816756012040Wang W.C., Tao L. Bio-jet fuel conversion technologies // Renew. Sustain. Energy Rev. 2016. V. 53. P. 801–822. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.016Drünert S., Neuling U., Zitscher T., Kaltschmitt M. Power-to-Liquid fuels for aviation – Processes, resources and supply potential under German conditions // Appl. Energy. 2020. V. 277. ID 115578. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115578Shahriar F., Khanal A. The current techno-economic, environmental, policy status and perspectives of sustainable aviation fuel (SAF) // Fuel. 2022. V. 325. ID 124905. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124905Peacock J., Cooper R., Waller N., Richardson G. Decarbonising aviation at scale through synthesis of sustainable e-fuel: A techno-economic assessment // Int. J. of Hydrogen Energy. 2024. V. 50. P. 869–890. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.094