Сотрудники НИИ «Нанотехнологии и новые материалы» ЮРГПУ(НПИ) совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета, Института нефтехимии и катализа РАН (Уфа) и Института теплофизики СО РАН им. С.С. Кутателадзе (Новосибирск) опубликовали статью посвящённую разработке интегрированной технологии получения устойчивого авиационного топлива (SAF) из непещевой биомассы (сосновые опилки, подсолнечная лузга) и испытаниям полученного керосина в микротурбине. Результаты опубликованы в журнале Fuel (Elsevier, Q1, IF=7.8).
Авиационная отрасль генерирует около 2,5% глобальных антропогенных выбросов CO₂. В рамках климатической повестки Международной организации гражданской авиации (ICAO) принята программа CORSIA (Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation), обязывающая авиакомпании компенсировать рост выбросов CO₂ сверх базового уровня 2019 г. Ключевой механизм - использование SAF (Sustainable Aviation Fuel), сертифицированного по стандартам ASTM D4054 и D7566.
Европейский Союз в рамках ReFuelEU Aviation устанавливает обязательные квоты: с 2025 г. — 2% SAF в общем объёме авиатоплива, с 2030 г. — 6%, с 2050 г. — 70%. Полученное из биомассы топливо отвечает нормам SAF, поскольку обеспечивает замкнутый углеродный цикл: эмиссия CO₂ при его использовании не превышает объема углекислого газа, секвестрированного биомассой в период ее роста.
Основные результаты работы
- Получение синтез-газа из отходов сельского хозяйства
Сырьём для производства синтез-газа послужили сосновые опилки и подсолнечная лузга — некормовая биомасса, не конкурирующая с продовольственным сектором. Для газификации в НИИ была создана лабораторная установка непрерывного действия с нисходящим газификатором. Использование паровоздушной смесы в качестве газифицирующего агента позволило получить синтез-газ с оптимальным соотношением H₂/CO, пригодный для последующего синтеза Фишера–Тропша.
- Разработка гибридного катализатора для синтеза Фишера–Тропша
Создан катализатор Co–Al₂O₃/SiO₂/ZSM-5/Al₂O₃, обеспечивающий синергию процессов FT-синтеза и вторичных превращений (гидрокрекинг, изомеризация) в едином реакторе. Кобальтовый компонент отвечает за гидрирование CO до линейных углеводородов, цеолит ZSM-5 — за превращение длинноцепочечных C₁₉+ в целевую керосиновую фракцию C8–C16. Оптимальная температура синтеза — 240 °С — обеспечивает максимальный выход керосиновой фракции при сохранении высокой конверсии CO.
- Создание бифункционального катализатора гидроизомеризации
Разработан катализатор Pt/SAPO-11-iAl на основе силикоалюмофосфата, синтезированного из алюминиевого изопропилата. Выбор предшественника алюминия критичен: высокореактивный изопропилат формирует гомогенный аморфный гель, обеспечивающий быструю нуклеацию и формирование псевдосферических агрегатов нанокристаллов с развитой иерархической пористостью. Это повышает доступность кислотных центров, увеличивает выход целевой фракции и улучшает низкотемпературные характеристики продукта. Катализатор продемонстрировал стабильность в 500-часовых испытаниях.
- Получение биокеросина на пилотном комплексе
Опытная партия керосина была наработана на пилотном комплексе с 6-метровым трубчатым реактором. Продукт гидроизомеризации содержит преимущественно изоалканы (~90 %) которые обеспечивают температуру застывания значительно ниже требований стандарта Jet A-1. Отсутствие ароматических углеводородов и минимальное содержание серы определяют экологическое превосходство над нефтяным керосином.
- Комплексные огневые испытания на микрогазотурбинном двигателе
Проведены статические огневые испытания (SFT) на МГТД-180 с оценкой тяговых, акустических и эмиссионных характеристик. Установлено существенное снижение выбросов оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода при работе на биокеросине по сравнению с нефтяным керосином ТС-1. Зафиксировано снижение уровня шума двигателя. Отмечены более быстрые переходные процессы и отсутствие гистерезиса дроссельных характеристик, обусловленные высокой реакционной способностью изоалканов. Снижение максимальной тяги связано с меньшей плотностью биокеросина и соответствующим уменьшением массового расхода при волюметрической подаче топлива.
- Мультикритериальный анализ эффективности
По результатам взвешенной суммарной модели интегральный показатель эффективности работы двигателя на биокеросине превысил аналогичный показатель для нефтяного керосина, что подтверждает перспективность разработанного топлива.
Практическая значимость
Технология обеспечивает производство SAF 2-го поколения без конкуренции с продовольственным сектором. Полученные характеристики соответствуют требованиям ASTM D4054 и позволяют рассматривать биокеросин как компонент для смешения с Jet A-1 (до 50% по D7566) или после дополнительной доводки — как самостоятельное топливо.
Публикация: Antonov D.V., Agliullin M.R., Chemes A.A., Cherkasov R.E., Strizhak P.A., Yakovenko R.E. Sustainable aviation kerosene from non-food biomass: synthesis, properties, and firing tests // Fuel. 2027. Vol. 428. P. 140399. DOI: 10.1016/j.fuel.2026.140399