A indústria da aviação está determinada a reduzir suas emissões de dióxido de carbono, abandonando os combustíveis fósseis. As companhias aéreas são responsáveis por 2,5 a 3,5% das emissões globais de gases de efeito estufa, de acordo com a organização sem fins lucrativos Our World in Data. Embora as empresas possam reduzir as emissões com melhor roteamento e design de aeronaves, não há como evitar a necessidade de operar aviões com algum tipo de combustível de aviação sustentável.
Companhias aéreas planejam reduzir emissões de CO2 com combustível de aviação sustentável (SAF)
“Nós, nossos clientes e toda essa indústria estamos absolutamente comprometidos com a descarbonização”, declarou Dale Smith, que lidera a estratégia ambiental da Boeing para voos comerciais na América do Norte, na Conferência de Liderança em Bioeconomia Avançada de 2022, em março. “Estamos trabalhando nisso há muito tempo e estamos muito confiantes de que podemos chegar lá e que o SAF é a maior parte da solução.”
Ainda assim, mudar para o SAF é uma tarefa difícil que ainda está começando a ser desenvolvida. A demanda global por combustível de aviação é de aproximadamente 100 bilhões de galões (379 bilhões de L) por ano, de acordo com Jimmy Samartzis, CEO da empresa de tecnologia SAF LanzaJet. Em 2021 a indústria de biocombustíveis produzia apenas cerca de 33 milhões de galões de SAF por ano. O presidente dos EUA, Joe Biden, estabeleceu uma meta para os EUA produzirem 3 bilhões de galões até 2030 e 35 bilhões de galões até 2050. Outros países e regiões estão estabelecendo metas comparáveis.
Para estar à altura das ambições verdes das companhias aéreas e governos, a tecnologia de produção SAF precisa amadurecer e crescer rapidamente. “Não podemos esperar as décadas que o vento e a energia solar levaram. Temos que fazer isso em um prazo de 10 anos”, disse Jill Blickstein, diretora-gerente de sustentabilidade da American Airlines, em uma recente conferência realizada pela Iniciativa de Combustíveis Alternativos de Aviação Comercial, sem fins lucrativos.
Pesquisadores corporativos e acadêmicos estão desenvolvendo várias rotas químicas para SAF. Se eles puderem aumentar e reduzir os custos a um nível razoável, os clientes das companhias aéreas farão fila. A indústria SAF também precisa expandir seu fornecimento de matérias-primas renováveis e determinar como competir pela capacidade de produção com combustíveis de transporte terrestre, como o diesel renovável. A SAF não terá sucesso a menos que tudo isso aconteça.
Como é o caso dos combustíveis fósseis, produzir biocombustíveis é uma questão de obter a mistura certa de hidrocarbonetos. Uma maneira simplificada de pensar sobre isso é que o diesel é principalmente alcanos de cadeia reta com 8 a 24 carbonos. O combustível de aviação tem um número semelhante de carbonos, 8-16. A principal diferença é que o combustível de aviação contém uma proporção muito maior de alcanos ramificados e cíclicos, que o impedem de ficar muito espesso ou congelar em baixas temperaturas no céu.
Como todos os combustíveis fósseis, o combustível de aviação também contém pequenas moléculas aromáticas. Os aromáticos causam inchaço em juntas de borracha e plástico, anéis de vedação e nas mangueiras dos aviões, de modo que essas peças são dimensionadas e projetadas de acordo. Se os aromáticos forem retirados as peças encolhem e começam a vazar. Como a maioria das rotas para SAF não produz aromáticos, por enquanto, os aviões podem voar com no máximo 50% de SAF.
As rotas para SAF aprovadas pela ASTM, uma organização internacional de padrões, usam uma das quatro principais transformações químicas. O mais avançado comercialmente é o processo de ésteres e ácidos graxos hidrotratados (HEFA), que trata gorduras, óleos e graxas com hidrogênio para saturar ligações duplas e remover átomos de oxigênio. Em seguida, ele quebra e isomeriza os hidrocarbonetos resultantes para obter a quantidade certa de ramificação para o combustível de aviação. A maioria das companhias aéreas está aceitando apenas combustível HEFA feito de óleos usados para evitar competir com suprimentos de alimentos.
Uma segunda rota usando gorduras e óleos, chamada hidrotermólise catalítica (CH) ou liquefação hidrotermal, atinge os lipídios com água quente e de alta pressão e catalisadores para decompô-los e remover o oxigênio. O resultado é um petróleo bruto de base biológica. A hidrogenação e a isomerização refinam o biocrude em SAF em um processo semelhante ao usado no petróleo bruto fóssil.
A conversão de Fischer-Tropsch (FT) é um processo catalítico que pode produzir SAF a partir de gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio. Empresas como a Sasol fabricam combustíveis e produtos químicos a partir de gás de síntese derivado do carvão há décadas. Se o gás de síntese vier da gaseificação de biomassa, lixo ou um resíduo de fabricação de papel chamado licor negro, ele se tornará parte de uma terceira rota aprovada pela ASTM.
O FT geralmente produz hidrocarbonetos de cadeia linear, portanto, os operadores que desejam fazer o SAF adicionam uma etapa de isomerização para obter uma quantidade saudável de alcanos ramificados.
Uma quarta rota para SAF é chamada de álcool a jato (ATJ). Primeiro, os micróbios fermentam açúcares, biogás ou outros estoques de carbono em álcoois. Em seguida, o processo ATJ desidrata esse álcool isobutílico em isobuteno ou etanol em etileno. Esses alcenos são oligomerizados ou dimerizados, e depois oligomerizados para fazer SAF.
A ASTM aprovou tecnicamente sete rotas para SAF. Além das quatro principais, duas são versões do HEFA e do FT. Outra rota usa levedura e hidrogenação para produzir farnesano, uma molécula de 15 carbonos que provou ser mais valiosa como especialidade química do que como SAF.
As refinarias de petróleo também podem misturar até 5% de óleo de pirólise, biocrude ou líquidos FT com seu petróleo fóssil ao produzir combustível de aviação convencional e depois vender 5% de seu produto como base biológica. Algumas startups estão olhando para essa abordagem como uma forma de escalar e sobreviver entre sua primeira produção de tais intermediários e o início de sua própria tecnologia interna de refino SAF.
Quase todo o SAF que voa hoje é feito de gorduras e óleos por meio do processo HEFA. A petroleira Neste e a fabricante de biocombustíveis World Energy são os principais produtores, e ambas as empresas estão se expandindo significativamente. A Neste está gastando US$ 1,5 bilhão para expandir sua fábrica em Cingapura de 34 milhões de galões por ano para 495 milhões de galões até 2023. A World Energy está trabalhando com a Air Products em um projeto de US$ 2 bilhões em seu local perto de Los Angeles para crescer de 49 milhões de galões para 340 milhões de galões até 2025.
ATJ e FT são as próximas rotas a serem escaladas. A Gevo está construindo e a LanzaJet está planejando as primeiras plantas ATJ em escala comercial; ambas têm como meta 1 bilhão de galões de produção anual até 2030. A Fulcrum BioEnergy está nos estágios iniciais de comissionamento de uma planta em Nevada para fazer SAF a partir de lixo pela rota FT.
Mais adiante, o CO2 capturado pode ser a fonte de carbono para um método empolgante, mas não comprovado, chamado energia para líquidos (PTL) ou e-combustíveis. Uma combinação de hidrogênio, calor ou eletricidade renovável fornecem o poder de reduzir quimicamente o CO2 em intermediários mais sinteticamente úteis, geralmente gás de síntese ou álcoois.
Synhelion, um spin-off do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH), Zurique, está comercializando um método PTL que extrai CO2 e água do ar, passando-os por um catalisador de óxido de cério, que é aquecido a 1.500 °C por radiação solar, a fim de formar syngas para uso na conversão FT. A Synhelion tem o buy-in da Swiss International Air Lines e da Lufthansa, que formaram uma colaboração com a startup em março.
A Neste e a World Energy também estão trabalhando no PTL. Pratik Chandhoke, executivo da Neste, declarou à multidão no evento Commercial Aviation Alternative Fuels Initiative que a empresa expandirá para PTL até 2030. O CEO da World Energy, Gene Gebolys, disse durante o mesmo evento que a empresa acaba de estabelecer uma unidade de negócios PTL. “A longo prazo, tudo aponta para tecnologias power-to-liquid”, disse ele.
PTL, como a maioria das rotas para SAF, requer hidrogênio como entrada. As empresas gostariam de obter hidrogênio da água usando eletricidade livre de carbono, mas hoje quase todo hidrogênio é feito de combustíveis fósseis. Esse enigma é uma das razões pelas quais o SAF agora no mercado é descrito como tendo uma pegada de carbono menor do que o combustível de aviação de petróleo, em vez de carbono zero ou negativo.
Para que as empresas busquem várias rotas para SAF, elas estão de olho em outros mercados de combustível em potencial, além do setor de aviação.
Por exemplo, o principal processo ATJ da Gevo usa álcool isobutílico feito por leveduras engenheiradas que consomem açúcar de milho ou, eventualmente, açúcar feito de celulose não alimentar. Tim Cesarek, diretor comercial da empresa, afirmou que a tecnologia pode oscilar entre a fabricação de SAF e uma gasolina renovável por meio de ajustes nos catalisadores usados nos reatores. A Gevo também possui tecnologia ATJ à base de etanol que oferece a opção de produzir diesel renovável.
Mas a Gevo está se destacando no SAF. Dos 1 bilhão de galões por ano que espera produzir até 2030, a maior parte virá de um acordo com a gigante agrícola ADM para converter várias usinas de etanol combustível da ADM em SAF e equipá-las com equipamentos de captura de carbono. Duas usinas de biocombustíveis construídas especificamente no meio-oeste dos EUA estão nos planos.
Cesarek informou que a demanda por SAF é forte e crescente. “Não apenas temos clientes que pedem produtos, eles querem muito e rápido”, disse ele em uma apresentação na Conferência de Liderança em Bioeconomia Avançada. “E eles querem ter certeza de que, em última análise, tenha uma pontuação baixa de carbono, o que significa trabalho duro para contar o carbono em toda a cadeia de valor.”
A Gevo já vendeu grande parte de seu SAF. Em março, a Delta Air Lines concordou em comprar 75 milhões de galões anualmente por 7 anos, a partir de 2022 ou 2023. Um consórcio de companhias aéreas chamado Oneworld Alliance – que inclui Alaska Airlines, American Airlines, British Airways, Finnair, Japan Airlines e Qatar Airways – declarou sua intenção de comprar 200 milhões de galões anualmente por 5 anos, a partir de 2027.
Em contraste com Cesarek, Paul Schubert, CEO da startup Strategic Biofuels, favorece o diesel renovável como o principal produto de sua empresa.
Sua primeira fábrica, localizada na Louisiana, irá gaseificar resíduos florestais para produzir gás de síntese e, em seguida, usar a química FT para obter diesel renovável. O equipamento, licenciado pela Johnson Matthey e BP, deverá produzir cerca de 32 milhões de galões por ano, a partir de 2025. Um distribuidor de combustível não revelado da Costa Oeste assinou um contrato de 20 anos para a produção da planta.
Segundo Schubert, os mesmos reatores poderiam produzir SAF com uma simples troca de catalisador, juntamente com algumas mudanças nos tamanhos dos tanques, tubos e mangueiras. Mas, pelo menos por enquanto, as receitas do diesel renovável são melhores, por duas razões principais.
A primeira é técnica. De acordo com Schubert, o equipamento FT ajustado para a produção de diesel rende 87% de diesel e 13% de nafta, uma mistura de hidrocarbonetos leves de menor valor. A versão SAF do FT produz apenas 75% de combustível de aviação e 25% de nafta.
Em segundo lugar, os créditos de carbono, muitos dos quais baseados na densidade energética, são melhores para o diesel renovável. Graças aos programas governamentais e às metas de redução de emissões dos clientes, os créditos para remoção de carbono são tão importantes quanto o próprio combustível para o resultado final do produtor.
A Strategic Biofuels planeja capturar substancialmente todo o CO2 criado por sua planta e injetá-lo em um aquífero salino que a empresa possui e opera. Ao todo, o projeto removerá 42 kg de CO2 da atmosfera para cada galão de diesel produzido, de acordo com uma análise da consultoria de sustentabilidade Life Cycle Associates. Essa remoção inclui o CO2 liberado quando o combustível é queimado.
A Strategic Biofuels ainda aguarda aprovações para seu poço de injeção de CO2 ,ela espera ter todo o sistema funcionando até o segundo semestre de 2025. Gevo, LanzaJet e outros também estão trabalhando na captura e sequestro de carbono em suas instalações para reduzir as pegadas de carbono de seus biocombustíveis abaixo de zero.
A gasolina e o diesel renováveis são úteis e lucrativos hoje, mas o SAF tem uma vantagem robusta a longo prazo, de acordo com Mike McCurdy, diretor administrativo da ICF, uma empresa de consultoria em energia e sustentabilidade. “Embora as baterias e o hidrogênio tirem grande parte da demanda por combustíveis para transporte terrestre, nenhuma das fontes de energia funciona bem para aviões comerciais de longo curso”, disse ele.
Mas o consultor de biocombustíveis Will Thurmond, CEO da Emerging Markets On-line, afirmou que a economia superior do diesel renovável explica por que, apesar da forte atração das companhias aéreas, os produtores de biocombustíveis produziram quase 40 vezes mais diesel do que combustível de aviação em 2021.
Thurmond publicou recentemente um relatório intitulado Renewable Diesel & SAF 2030 que investiga os dois mercados. Ele descobriu que na Califórnia, os créditos estaduais e federais ajudaram a fazer o SAF valer cerca de US$ 1 por galão a mais do que o diesel renovável. Mas os custos de produção mais altos do SAF diminuíram sua margem de lucro.
“À medida que as tecnologias SAF amadurecerem e aumentarem, os custos diminuirão. A fábrica na Califórnia que a World Energy está construindo é um grande passo nessa direção”, disse Thurmond. As novas matérias-primas, como açúcar, biomassa residual, lixo e até carbono capturado, que a FT e a ATJ usarão também são cruciais, pois o fornecimento de gorduras e óleos usados só pode suportar uma escala, além das plantas e planos atuais.
Andrea Bozzano, diretora sênior de P&D de energia da Honeywell UOP, falou sobre as restrições de matéria-prima do HEFA em um evento recente da empresa. “O óleo de cozinha usado não vai nos ajudar, pois simplesmente não é suficiente”, disse ela. A Honeywell está trabalhando com a startup Alder Fuels para converter resíduos florestais e agrícolas em SAF, por meio de pirólise e hidrotratamento no estilo petroquímico.
Em setembro, a Honeywell e a United Airlines fizeram um investimento conjunto multimilionário na Alder que inclui um acordo para a United comprar 1,5 bilhão de galões de SAF da Alder ao longo de 20 anos. A United também tem opções de compra de 900 milhões de galões de SAF da Fulcrum.
Thurmond espera que o ritmo de negócios e construção do SAF continue à medida que o setor de companhias aéreas corre em direção a metas agressivas de redução de carbono para 2030 e 2050. “No próximo ano, a Neste vai adicionar 461 milhões de galões, divididos entre sua fábrica em Cingapura e uma de suas fábricas na Europa”, disse ele. Junto com os 33 milhões de galões já feitos e outros projetos menores, são mais de 500 milhões de galões até o final deste ano ou início do ano que vem.
“E a partir daí, esperamos ver outros 100 a 200 milhões de galões por ano até o ano de 2026, o que nos dará até um bilhão de galões”, afirmou Thurmond. “E essa é uma previsão conservadora.”
Fonte: C&EN
Notícias do setor aeronáutico você encontra aqui no portal da indústria brasileira, Indústria S.A.
CATEGORIAS Aeronáutica
TAGS Hot News
