Biocombustible para la aviación

Un biocombustible de aviación (también conocido como biocombustible para aviones , ^{[ 1 ]} combustible de aviación sostenible (SAF) o biocombustible de aviación (BAF) ^{[ 2 ]} ) es un biocombustible utilizado para impulsar aeronaves . La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) lo considera un elemento clave para reducir el impacto ambiental de la aviación . ^{[ 3 ]} El biocombustible de aviación se utiliza para descarbonizar los viajes aéreos de media y larga distancia. Este tipo de viajes genera la mayor cantidad de emisiones. El queroseno parafínico sintético (SPK) se refiere a cualquier combustible no derivado del petróleo diseñado para reemplazar el queroseno para aviones , que a menudo, pero no siempre, se fabrica a partir de biomasa.

Los biocombustibles son combustibles derivados de biomasa de plantas, animales o residuos; dependiendo del tipo de biomasa que se utilice, podrían reducir las emisiones _de CO₂ entre un 20 % y un 98 % en comparación con el combustible de aviación convencional . ^{[ 4 ]} El primer vuelo de prueba con biocombustible mezclado fue en 2008, y en 2011, se permitió el uso de combustibles mezclados con un 50 % de biocombustibles en vuelos comerciales. En 2023, la producción de SAF fue de 600 millones de litros, lo que representa el 0,2 % del uso mundial de combustible de aviación. ^{[ 5 ]} Para 2024, la producción de SAF debía aumentar a 1300 millones de litros (1 millón de toneladas), lo que representaría el 0,3 % del consumo mundial de combustible de aviación y el 11 % de la producción mundial de combustible renovable. ^{[ 6 ]} Este aumento se produjo mientras las principales instalaciones de producción de EE. UU. retrasaron su puesta en marcha hasta 2025, ya que inicialmente se esperaba que alcanzaran los 1900 millones de litros.

El biocombustible para aviación puede producirse a partir de fuentes vegetales o animales como Jatropha , algas , sebo , aceites residuales, aceite de palma , Babassu y Camelina (bio-SPK); a partir de biomasa sólida mediante pirólisis procesada con un proceso Fischer-Tropsch (FT-SPK); con un proceso de conversión de alcohol a combustible para aviones (ATJ) a partir de fermentación de residuos; o mediante biología sintética a través de un reactor solar . Los motores de pistón pequeños pueden modificarse para quemar etanol .

Los biocombustibles sostenibles son una alternativa a los electrocombustibles . ^{[ 7 ]} El combustible de aviación sostenible está certificado como sostenible por una organización independiente.

La tecnología SAF se enfrenta a importantes desafíos debido a las limitaciones de materia prima. Los aceites y grasas conocidos como ésteres hidrotratados y ácidos grasos (Hefa), cruciales para la producción de SAF, tienen un suministro limitado mientras aumenta la demanda. Si bien la tecnología avanzada de combustibles electrónicos , que combina CO₂ _residual con hidrógeno limpio , presenta una solución prometedora, aún se encuentra en desarrollo y conlleva altos costos. Para superar estos problemas, los desarrolladores de SAF están explorando materias primas más fácilmente disponibles, como la biomasa leñosa y los residuos agrícolas y municipales, con el objetivo de producir combustible para aviones con menor contenido de carbono de manera más sostenible y eficiente. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

El primer vuelo con biocombustible mezclado tuvo lugar en 2008. ^{[ 10 ]} Virgin Atlantic lo utilizó para volar un avión comercial, empleando materias primas como algas . ^{[ 11 ]} Las aerolíneas que representan más del 15 % de la industria formaron el Grupo de Usuarios de Combustible de Aviación Sostenible, con el apoyo de ONG como el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales y la Mesa Redonda para Biocombustibles Sostenibles en 2008. Se comprometieron a desarrollar biocombustibles sostenibles para la aviación. ^{[ 12 ]} Ese año, Boeing fue copresidente de la Organización de Biomasa de Algas , junto con las aerolíneas y el desarrollador de tecnología de biocombustibles UOP LLC (Honeywell). ^{[ 13 ]}

En 2009, la IATA se comprometió a lograr un crecimiento neutro en carbono para 2020 y a reducir a la mitad las emisiones de carbono para 2050. ^{[ 14 ]}

En 2010, Boeing anunció un objetivo del 1% de los combustibles de aviación mundiales para 2015. ^{[ 15 ]}

En junio de 2011, la Especificación revisada para combustible de turbina de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados ( ASTM D7566) permitió a las aerolíneas comerciales mezclar hasta un 50 % de biocombustibles con combustible de avión convencional. ^{[ 16 ]} La seguridad y el rendimiento del combustible de avión utilizado en vuelos de pasajeros están certificados por ASTM International . ^{[ 17 ]} Los biocombustibles fueron aprobados para uso comercial después de una revisión técnica de varios años por parte de fabricantes de aeronaves , fabricantes de motores y compañías petroleras . ^{[ 18 ]} Posteriormente, algunas aerolíneas experimentaron con biocombustibles en vuelos comerciales. ^{[ 19 ]} A partir de julio de 2020, se publicaron siete anexos a D7566, que incluyen varios tipos de biocombustibles: ^{[ 20 ]}

• Queroseno parafínico sintético Fischer-Tropsch (FT-SPK, 2009)
• Ésteres y ácidos grasos hidroprocesados ​​Queroseno parafínico sintético (HEFA-SPK, 2011)
• Azúcares fermentados hidroprocesados ​​a isoparafinas sintéticas (HFS-SIP, 2014)
• Queroseno parafínico sintético Fischer-Tropsch con aromáticos (FT-SPK/A, 2015)
• Alcohol a queroseno parafínico sintético para aviones (ATJ-SPK, 2016)
• Queroseno sintetizado mediante hidrotermólisis catalítica (CH-SK o CHJ; 2020).

En diciembre de 2011, la FAA otorgó US$7,7 millones a ocho empresas para desarrollar combustibles sostenibles sustitutivos , especialmente a partir de alcoholes , azúcares, biomasa y materia orgánica como aceites de pirólisis , dentro de sus programas CAAFI y CLEEN . ^{[ 21 ]}

El proveedor de biocombustibles Solena se declaró en bancarrota en 2015. ^{[ 22 ]}

Para 2015, el cultivo de ésteres metílicos de ácidos grasos y alquenonas del alga Isochrysis estaba en investigación. ^{[ 23 ]}

En 2016, Thomas Brueck de la Universidad Técnica de Múnich pronosticó que el cultivo de algas podría proporcionar entre el 3 y el 5 % de las necesidades de combustible para aviones para el año 2050. ^{[ 24 ]}

En otoño de 2016, la Organización de Aviación Civil Internacional anunció planes para múltiples medidas, incluido el desarrollo y despliegue de combustibles de aviación sostenibles. ^{[ 25 ]}

Decenas de empresas recibieron cientos de millones en capital de riesgo entre 2005 y 2012 para extraer fueloil de algas, algunas prometiendo combustible a precios competitivos para 2012 y una producción de 1.000 millones de galones estadounidenses (3,8 millones ^de m³ ) para 2012-2014. ^{[ 26 ]} Para 2017, la mayoría de las empresas habían desaparecido o cambiado sus planes de negocio para centrarse en otros mercados. ^{[ 26 ]}     

En 2019, el 0,1% del combustible era SAF: ^{[ 27 ]} La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) apoyó la adopción de combustible de aviación sostenible, con el objetivo en 2019 de alcanzar una cuota del 2% para 2025: 7 millones de m ³ (1.800 millones de galones estadounidenses ) . ^{[ 28 ] [ 10 ]}     

A principios de 2021, el director ejecutivo de Boeing, Dave Calhoun, afirmó que los combustibles de aviación sostenibles de reemplazo directo son "la única solución entre ahora y 2050" para reducir las emisiones de carbono. ^{[ 30 ]} En mayo de 2021, la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) estableció como objetivo que la industria de la aviación lograra cero emisiones netas de carbono para 2050, siendo el SAF el componente clave. ^{[ 31 ]}

La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 introdujo el Programa de Subvenciones para la Transición Sostenible de la Aviación (FAST). El programa proporciona 244,5 millones de dólares en subvenciones para la "producción, transporte, mezcla y almacenamiento" relacionados con los combustibles de aviación sostenibles (SAF). ^{[ 32 ]} En noviembre de 2022, los combustibles de aviación sostenibles fueron un tema de debate en la COP26 . ^{[ 33 ]}

En 2023, el 90% del biocombustible se elaboró ​​a partir de semillas oleaginosas y caña de azúcar cultivadas exclusivamente para este fin. ^{[ 34 ]}

En cuanto al uso futuro de biocombustibles (combustible de aviación sostenible), la Unión Europea exige que el 6 % de todo el combustible de aviación suministrado en los aeropuertos de la UE provenga de combustibles de aviación sostenibles para 2030, aumentando al 20 % para 2035 y alcanzando el 70 % para 2050. ^{[ 35 ]}

El combustible para aviones es una mezcla de diversos hidrocarburos . Esta mezcla está sujeta a las especificaciones del producto, como el punto de congelación y el punto de humeo . Los combustibles para aviones se clasifican a veces en queroseno o nafta . Entre los combustibles de queroseno se incluyen Jet A, Jet A-1, JP-5 y JP-8. Los combustibles de nafta, también conocidos como combustibles de amplio espectro, incluyen Jet B y JP-4.

Los biocombustibles "sustituibles" son aquellos que se pueden usar indistintamente con los combustibles convencionales. La obtención de combustible para aviones "sustituible" a partir de fuentes biológicas está aprobada por ASTM mediante dos métodos. ASTM ha determinado que es seguro mezclar un 50 % de SPK con combustibles para aviones convencionales. ^{[ 36 ] [ 17 ]} Se han realizado pruebas mezclando queroseno parafínico sintético (SPK) en concentraciones considerablemente más altas. ^{[ 37 ]}

HEFA-SPK

El queroseno parafínico sintético de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados ​​(HEFA-SPK) es un tipo específico de combustible de aceite vegetal hidrotratado . ^{[ 2 ]} A partir de 2020Esta era la única tecnología madura ^{[ 10 ] [ 2 ] [ 38 ]} (pero para 2024 FT-SPK también se comercializó ^{[ 39 ]} ). HEFA-SPK fue aprobado por Altair Engineering para su uso en 2011. ^{[ 40 ]} HEFA-SPK se produce mediante la desoxigenación e hidroprocesamiento de los ácidos grasos de materia prima de algas , jatrofa y camelina . ^{[ 41 ]}

La planta Diamond Green Diesel en Port Arthur, Texas , operada por Valero Energy , comenzó a producir SAF a finales de 2024, utilizando el proceso HEFA-SPK. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Bio-SPK

Este combustible utiliza aceite extraído de fuentes vegetales o animales como jatrofa , algas , sebo , aceites residuales, babasú y camelina para producir queroseno parafínico sintético (bio-SPK) mediante craqueo e hidroprocesamiento . El uso de algas para producir combustible para aviones sigue siendo una tecnología emergente . Las empresas que trabajan en combustible para aviones a base de algas incluyen Solazyme , Honeywell UOP, Solena, Sapphire Energy , Imperium Renewables y Aquaflow Bionomic Corporation. Las universidades que trabajan en combustible para aviones a base de algas son la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Cranfield . Los principales inversores en investigación de SPK a base de algas son Boeing , Honeywell / UOP , Air New Zealand , Continental Airlines , Japan Airlines y General Electric .

FT-SPK

El procesamiento de biomasa sólida mediante pirólisis puede producir petróleo , o bien, la gasificación puede producir un gas de síntesis que se procesa para obtener FT SPK ( queroseno parafínico sintético Fischer-Tropsch ).

ATJ-SPK

La vía alcohol-a-jet (ATJ) toma alcoholes como el etanol o el butanol y los desoxigena y procesa en combustibles para aviones. ^{[ 44 ]} Empresas como LanzaTech han creado ATJ-SPK a partir de CO ₂ en gases de combustión . ^{[ 45 ]} El etanol se produce a partir de CO en los gases de combustión utilizando microbios como Clostridium autoethanogenum . En 2016 LanzaTech demostró su tecnología a escala piloto en Nueva Zelanda, utilizando gases residuales industriales de la industria siderúrgica como materia prima. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]} Gevo desarrolló tecnología para adaptar plantas de etanol existentes para producir isobutanol . ^{[ 49 ]} El queroseno parafínico sintético alcohol-a-jet (ATJ-SPK) es una vía probada para proporcionar combustible de base biológica y bajo en carbono.

En 2019, la Agencia Internacional de Energía pronosticó que la producción de SAF crecería de 18 a 75 mil millones de litros entre 2025 y 2040, lo que representaría una participación del 5% al ​​19% del combustible de aviación. ^{[ 10 ]} Para 2019, el costo de producción de combustible fósil para aviones era de $0.3-0.6 por L dado un barril de petróleo crudo de $50-100 , mientras que el costo de producción de biocombustible para aviación era de $0.7-1.6, necesitando un barril de petróleo crudo de $110-260 para alcanzar el punto de equilibrio . ^{[ 10 ]} A partir de 2024, el SAF representa solo el 0.3% del combustible de aviación mundial. ^{[ 65 ]}

A partir de 2020El biocombustible para aviación era más caro que el queroseno fósil para aviones, ^{[ 1 ]} teniendo en cuenta los impuestos y subsidios a la aviación en ese momento. ^{[ 66 ]}

Según un análisis de 2021, el costo de equilibrio de VFA-SAF era de $2.50/US gal ($0.66/L) . ^{[ 67 ]} Esta cifra se generó considerando los créditos e incentivos vigentes en ese momento, como los créditos LCFS (Estándar de Combustibles Bajos en Carbono) de California y los incentivos del Estándar de Combustibles Renovables de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) . 

Los biocombustibles sostenibles no utilizan cultivos alimentarios , tierras agrícolas de primera calidad ni agua dulce. El combustible de aviación sostenible (SAF) está certificado por un tercero como la Mesa Redonda sobre Biocombustibles Sostenibles . ^{[ 68 ]}

En 2022, unos 450.000 vuelos habían utilizado combustibles sostenibles como parte de la mezcla de combustible, aunque estos combustibles eran aproximadamente 3 veces más caros que el combustible fósil tradicional para aviones o el queroseno . ^{[ 69 ]} En 2023, los SAF representaron menos del 0,1 % de todos los combustibles de aviación consumidos. ^{[ 70 ]} A lo largo de 2024, Alaska Airlines fue la aerolínea líder entre las aerolíneas estadounidenses en la implementación de SAF, representando el 0,68 % de su consumo de combustible. Otras aerolíneas importantes, como United, Delta y JetBlue, utilizaron SAF en aproximadamente el 0,3 % del combustible. ^{[ 42 ]}

Las plantas absorben dióxido de carbono a medida que crecen; por lo tanto, los biocombustibles de origen vegetal emiten solo la misma cantidad de gases de efecto invernadero que habían absorbido previamente. Sin embargo, la producción, el procesamiento y el transporte de biocombustibles emiten gases de efecto invernadero, lo que reduce el ahorro de emisiones. ^{[ 2 ]} Los biocombustibles con mayor ahorro de emisiones son los derivados de algas fotosintéticas (98 % de ahorro), aunque la tecnología aún no está desarrollada, y los derivados de cultivos no alimentarios y residuos forestales (91-95 % de ahorro). ^{[ 2 ]}

El aceite de jatrofa , un aceite no alimentario utilizado como biocombustible, reduce las emisiones _de CO₂ entre un 50 % y un 80 % en comparación con el Jet-A1, un combustible a base de queroseno . ^{[ 93 ]} La jatrofa, utilizada para el biodiésel , puede prosperar en tierras marginales donde la mayoría de las plantas producen bajos rendimientos . ^{[ 94 ] [ 95 ]} Una evaluación del ciclo de vida de la jatrofa estimó que los biocombustibles podrían reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 85 % si se utilizan antiguas tierras agropastorales, o aumentar las emisiones hasta en un 60 % si se convierten bosques naturales. ^{[ 96 ]}

El cultivo de aceite de palma está limitado por la escasez de recursos terrestres y su expansión a terrenos forestales causa pérdida de biodiversidad , junto con emisiones directas e indirectas debido al cambio de uso del suelo . ^{[ 2 ]} Los productos renovables de Neste Corporation incluyen un residuo de refinación de aceite de palma de grado alimenticio, el residuo aceitoso desnatado de las aguas residuales de la planta de aceite de palma . Otras fuentes de Neste son el aceite de cocina usado de freidoras y grasas animales. ^{[ 97 ]} El combustible de aviación sostenible de Neste es utilizado por Lufthansa ; ^{[ 98 ]} Air France y KLM anunciaron objetivos de SAF para 2030 en 2022 ^{[ 99 ]} incluyendo contratos de compra plurianuales que totalizan más de 2,4 millones de toneladas de SAF de Neste, TotalEnergies y DG Fuels. ^{[ 100 ]}

El combustible de aviación derivado de residuos húmedos ("VFA-SAF") ofrece un beneficio ambiental adicional. Los residuos húmedos incluyen desechos de vertederos, lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales, residuos agrícolas, grasas y aceites. Estos residuos pueden convertirse en ácidos grasos volátiles (AGV), que luego pueden transformarse catalíticamente en SAF. Los residuos húmedos son una materia prima abundante y de bajo costo, con el potencial de reemplazar el 20% del combustible fósil para aviones en EE. UU. ^{[ 67 ]} Esto reduce la necesidad de cultivar cosechas específicas para combustible, lo cual, en sí mismo, consume mucha energía y aumenta las emisiones _de CO₂ a lo largo de su ciclo de vida. Los residuos húmedos utilizados como materia prima para SAF desvían los desechos de los vertederos. Esta desviación tiene el potencial de eliminar el 17% de las emisiones de metano en EE. UU. en todos los sectores. La huella de carbono del VFA-SAF es un 165% menor que la del combustible fósil para aviación. ^{[ 67 ]} Esta tecnología se encuentra en sus inicios; sin embargo, las empresas emergentes están trabajando para convertirla en una solución viable. Alder Renewables, BioVeritas y ChainCraft son algunas de las organizaciones comprometidas con esto.

La NASA ha determinado que una mezcla de biocombustible de aviación al 50% puede reducir las emisiones de partículas causadas por el tráfico aéreo entre un 50 y un 70%. ^{[ 101 ]} Los biocombustibles no contienen compuestos de azufre y, por lo tanto, no emiten dióxido de azufre . ^{[ 102 ]} Si bien puede ser cierto que la combustión de biocombustibles no emite compuestos de azufre, algunas formas de producción, como la pirólisis , pueden producir compuestos de azufre y otros contaminantes. Algunos contaminantes potenciales que podrían liberarse son el sulfuro de hidrógeno y diferentes compuestos de nitrógeno como el cianuro de hidrógeno , el amoníaco y el dióxido de nitrógeno . ^{[ 103 ]} Hay otras formas de producción de biocombustibles que pueden no tener las mismas emisiones.

Debido a la escala necesaria para que el biocombustible para la aviación se generalice, el impacto del uso de la tierra es actualmente un obstáculo para el crecimiento de la industria del biocombustible. Han comenzado a surgir posibles soluciones a este problema. Por ejemplo, las granjas de algas pueden producir mucho más biocombustible por unidad de área que los cultivos. ^{[ 104 ]} Lufthansa y Virgin Atlantic llevaron a cabo ensayos del uso de algas como biocombustible ya en 2008, aunque hay poca evidencia de que el uso de algas sea una fuente razonable para biocombustibles para aviones. ^{[ 105 ]} Para 2015, el cultivo de ésteres metílicos de ácidos grasos y alquenonas del alga Isochrysis estaba siendo investigado como una posible materia prima para biocombustibles de aviones . ^{[ 106 ]}

Para cumplir con los objetivos internacionales de reducción de gases de efecto invernadero (GEI), la industria de la aviación está priorizando los combustibles de aviación sostenibles (SAF). En países con alta disponibilidad de biomasa, como Brasil, las principales vías identificadas para la descarbonización son los ésteres y ácidos grasos hidroprocesados ​​(HEFA) y el alcohol para combustible de aviación (AtJ). ^{[ 107 ]}

El uso de aceites vegetales como materia prima para el combustible de aviación se ha estudiado durante décadas. Dunn (2001) destacó el potencial de estos aceites como fuentes alternativas de combustible para aviones, lo que sustenta fundamentalmente la vía HEFA moderna. ^{[ 108 ]} Sin embargo, la viabilidad económica ha sido históricamente una barrera importante; las primeras evaluaciones de Lander y Reif (1986) señalaron que producir combustible para aviones a partir de fuentes alternativas requeriría una inversión de capital significativa en comparación con el refinado de petróleo convencional. ^{[ 109 ]}

Las perspectivas actuales sugieren que, para superar estos desafíos económicos, la producción de SAF debería integrarse en biorrefinerías que también fomenten la producción de productos químicos renovables, diversificando así las fuentes de ingresos. ^{[ 107 ]}

Menos del 1 % de los biocombustibles líquidos mundiales se utilizan actualmente para fines aeronáuticos, y el biocombustible para aviones abastece menos del 0,5 % de todos los vuelos; la mayor parte se utiliza para el transporte por carretera, pero incluso si toda la producción de biocombustible se destinara a la aviación, esto proporcionaría, como máximo, un tercio de la demanda. ^{[ 110 ]}

• Biodiesel : combustible elaborado a partir de aceites vegetales o grasas animales. 
• Eliminación progresiva de los combustibles fósiles : reducción gradual del uso y la producción de combustibles fósiles. 
• Lista de tecnologías emergentes : nuevas tecnologías en fase de desarrollo. 
• Combustible a base de aceite vegetal : combustible alternativo en motores diésel. 

• "Instituto del Cielo Sostenible" . Centro de pensamiento y acción sin fines de lucro centrado en [...] la transformación del mercado del sistema de transporte aéreo mundial hacia un [...] futuro sostenible a largo plazo.
• "La industria de la aviación reduce su huella ambiental" . Aviación: Beneficios más allá de las fronteras . Grupo de Acción del Transporte Aéreo .
• «Iniciativa Nórdica para la Aviación Sostenible» . Clean Cluster . Archivado del original el 2 de abril de 2015. Consultado el 27 de marzo de 2015. Asociación nórdica que trabaja para promover y desarrollar una industria de la aviación más sostenible, con especial atención a los combustibles alternativos sostenibles.
• "Mesa Redonda sobre Biocombustibles Sostenibles" . La RSB apoya el desarrollo de una bioeconomía sostenible.
• "Revista Internacional de Aviación Sostenible" . Editorial Inderscience .
• «Biocombustibles para la aviación» . Comisión Europea. 5 de septiembre de 2023.
• Geoff Hunt (22 de abril de 2021). "Por qué la industria necesita estándares globales para el uso sostenible de combustibles" . Flightglobal .