Varje år använder den nationella flygindustrin cirka 22 miljarder liter jetbränsle, vilket ger upphov till cirka 1 miljard ton koldioxid – eller 3 % av världens koldioxidutsläpp. Därför betraktar både forskare och beslutsfattare flyget som en bransch med stora möjligheter att minska utsläppen.
Ett sätt att minska utsläppen? Återanvänd samhällets avfall och förvandla det till hållbart flygbränsle (SAF). I en ny artikel konstaterar ett forskarteam från Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) att om raffinaderier för avfall-till-bränsle byggdes i dag nära stora reseknutpunkter skulle USA kunna producera 3-5 miljarder liter SAF från avfall varje år. Dessa liter skulle kunna ersätta 15-25% av landets årliga förbrukning av flygbränsle.
”Vi har identifierat platser i USA där stora flygplatser ligger tillräckligt nära stora avfallsproducerande centra där du kan bygga dessa SAF-raffinaderier just nu”, säger Timothy Seiple, en beräkningsforskare vid PNNL och huvudförfattare på tidningen, som publicerades sommaren 2023 i ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Framställning av jetbränsle från avfall
Avfall som produceras i det moderna samhället – som hushållssopor, matrester, slam från vattenreningsverk eller oanvänt växtmaterial från jordbruk – innehåller samma organiska molekyler som i råolja som finns djupt under jordytan. Råolja bildas under miljontals år när intensiv värme och tryck kemiskt förändrar gamla alger och små marina organismer. Idag har forskare utvecklat teknik som förkortar dessa miljontals år till bara några timmar och producerar ”bioråolja” som sedan kan raffineras till bränsle för diesellastbilar eller flygplan.
Men forskarna undersöker fortfarande hur tekniken ska kunna skalas upp och förbli kostnadseffektiv. Ett hinder för att producera en betydande mängd SAF är tillgången på själva avfallet, så kallat råmaterial. I USA finns det gott om avfall.
År 2018 producerade amerikanerna nästan 300 miljoner ton skräp, eller 4,9 pund per person och dag. En stor del av detta avfall är organiskt, inklusive matrester som frukt- och grönsaksskal och rester som slängts. Utöver detta genererar landets avloppsreningsverk 7,6 miljoner ton organiskt rika biosolider per år.
En kostnad att ta hänsyn till är miljökostnaden: skulle den koldioxid som släpps ut vid transport av SAF uppväga den koldioxid som sparas i processen från avfall till bränsle? För att ta itu med denna fråga tittade forskarna på stora avfallsproducerande knutpunkter och hur nära de ligger stora reseknutpunkter.
”Om städer bygger anläggningar för avfall-till-bränsle närmare stora flygplatser är det mindre troligt att ytterligare infrastruktur kommer att behövas för att få SAF till flygplatser”, säger Karthikeyan Ramasamy, chefsingenjör för kemi vid PNNL och medförfattare till artikeln. Dessutom innebär ”återvinning av sopor till bränsle att soporna inte kommer att transporteras flera mil bort till soptippar och inte kommer att brytas ned, vilket frigör metan”, fortsätter han.
Ersätter petroleumbränsle på större flygplatser
Forskarna fokuserade på två typer av avfall: vått avfall, som inkluderar slam från vattenreningsverk eller gödsel från jordbruk, och torrt avfall, som inkluderar matrester, trä, papper, trädgårdsavfall, plast och annat material som vanligtvis kastas i soporna.
Mängden av båda typerna av avfall tenderar att öka med befolkningsstorleken, vilket innebär att de mest befolkade delarna av landet också producerar mest avfall. Forskarna tittade på hur nära dessa avfallsproducerande centra ligger stora flygplatser som använder mycket bränsle. Som exempel kan nämnas flygplatserna i Los Angeles, New York, San Francisco, Chicago och Atlanta.
Los Angeles flygplats LAX använder till exempel cirka 2 miljarder liter jetbränsle per år. Baserat på analysen skulle 131 miljoner gallon SAF-produktionspotential inom en 60-milsradie från LAX kunna ersätta cirka 7% av LAX:s årliga jetbränsle.
I Chicago använder flygplatsen ORD mindre flygbränsle – cirka 1,1 miljarder liter – men det omgivande området producerar mer avfall, som skulle kunna användas för att skapa 236 miljoner liter SAF eller 22% av flygplatsens årliga flygbränsle.
Sammantaget fann forskarna att avfallsbaserade SAF-raffinaderier på upp till 100 platser runt om i USA skulle kunna byggas tillräckligt nära flygplatser för att producera och transportera 3-5 miljarder gallon SAF varje år, vilket sänker koldioxidintensiteten för flygindustrin med 10-18%.
”De fem största flygplatserna använder alla över en miljard liter jetbränsle per år”, säger Seiple. ”Vi har inte tillräckligt med avfall för att ersätta allt jetbränsle, men det här kan vara en omedelbar möjlighet att minska koldioxidutsläppen och styra oss vidare mot mer hållbara bränslen.”
Hållbart flygbränsle i framtiden
SAF kan bidra till att minska koldioxidutsläppen från flygindustrin, men det finns fortfarande utmaningar.
I artikeln tittade forskarna på två nya metoder för produktion av SAF: en som kallas hydrotermisk förvätskning, som använder intensiv värme och tryck som efterliknar den naturliga process som producerar råolja tusentals mil under jordens yta. Den andra är galled förgasning, där ånga och syre används för att skapa organiskt rika gaser från råmaterial som kan raffineras ytterligare.
Den SAF som skapas genom dessa två processer måste först genomgå rigorösa tester och formellt kvalificeras av ASTM, en global organisation som utvecklar standarder för flygbränsle och andra produkter.
Förutom de tekniska utmaningarna uppstår även sociala utmaningar. Tillverkarna måste noga överväga var de ska bygga raffinaderier för att minimera påverkan på omgivande samhällen. Det kan också finnas ett visst motstånd mot nya energiprojekt.
Ett sätt att vinna över allmänheten? Påminna dem om att sopbilar redan kör genom städer varje dag, men när det gäller SAF-produktion ”är det en bättre lösning att flytta avfallet till ett raffinaderi nära en flygplats än att skicka det till en soptipp”, säger Seiple.
Ytterligare information: Timothy Seiple et al, Cost-Effective Opportunities to Produce Sustainable Aviation Fuel from Low-Cost Wastes in the U.S, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c02147
