Van CO2 en waterstof naar duurzame vliegtuigbrandstof

De luchtvaart was in 2021 verantwoordelijk voor bijna 14% van de transportuitstoot in de EU. Om de sector duurzamer te maken, biedt duurzame vliegtuigbrandstof (SAF) momenteel de enige haalbare optie voor langeafstandsvluchten. Het Europese project TAKE-OFF, geleid door TNO, bundelt de krachten van tien partners om technologie te ontwikkelen die CO2 en hernieuwbare waterstof omzet in SAF.

De uitdaging: efficiënter produceren

Alternatieve aandrijftechnieken zoals elektrische of waterstofvliegtuigen zijn voorlopig niet geschikt voor langeafstandsvluchten. Conventionele synthetische processen zoals Fischer-Tropsch produceren een breed scala aan koolwaterstoffen en vereisen veel nabewerking om bruikbare vliegtuigbrandstof te verkrijgen.

Biobrandstoffen zijn beperkt door de beschikbaarheid van grondstoffen zoals frituurvet en dierlijke vetten. Deze uitdagingen vragen om gerichte, efficiënte oplossingen.

Twee complementaire routes

Het consortium ontwikkelde twee routes om CO2 en waterstof om te zetten in duurzame vliegtuigbrandstof:

• Directe route
  CO2 en H2 worden in één stap omgezet naar lichte olefinen (ethyleen en propyleen), die dienen als bouwstenen voor jetfuel.
• Indirecte route
  CO2 en H2 worden eerst omgezet naar methanol, vervolgens naar dimethylether, en daarna naar lichte olefinen. Deze route heeft een hogere selectiviteit voor de gewenste producten.

Beide routes leiden tot aanzienlijke efficiëntiewinsten en maken een gerichte productie van vliegtuigbrandstof mogelijk.

Innovatie: de SIENNA-reactor

Een cruciale doorbraak is de SIENNA-reactor, die water dat tijdens de reactie ontstaat continu afvoert via een selectief membraan. Hierdoor wordt de CO2-omzetting verhoogd van 20% naar 37%, wat resulteert in kleinere installaties, lager energieverbruik en betere economische haalbaarheid.

Proof of concept

Na vier jaar onderzoek produceerde het TAKE-OFF-team een liter vliegtuigbrandstof uit CO2 en waterstof. De brandstof voldoet aan de fysieke eigenschappen die nodig zijn voor certificering en genereert vier keer minder roet dan conventionele kerosine.

Ook aromaten en zwavelverbindingen zijn nagenoeg afwezig, waardoor NOx-, SOx- en deeltjesemissies significant lager liggen. Dit draagt bij aan een betere luchtkwaliteit en een lager klimaateffect van condenssporen.

Door de samenwerking over de hele keten hebben we de technologie in slechts vier jaar van concept naar validatie kunnen brengen."

Ketenpartners en samenwerking

Het succes van TAKE-OFF berust op samenwerking tussen partners uit alle schakels van de keten. CNRS ontwikkelde de katalysatoren, RWE leverde CO2, Mitsubishi Power en Asahi Kasei verzorgden de conversie, SkyNRG beoordeelde de brandstofkwaliteit, RWTH Aachen en FEV analyseerden emissies, TNO leverde de SIENNA-reactor en coördineerde het project, terwijl SDU en CVE economische en communicatieve aspecten onderzochten.

Belangrijke feiten en cijfers

• Alternatieve aandrijving
  Elektrische of waterstofvliegtuigen worden ontwikkeld, maar zijn voorlopig niet geschikt voor langeafstandsvluchten.
• Brandstofverbruik in de luchtvaart
  Jaarlijks verbruik van ongeveer 400 miljard liter vliegtuigbrandstof
  Groei van 2-3% per jaar
• Belang van efficiëntie
  Door de enorme volumes levert zelfs kleine optimalisatie van processen grote voordelen op voor energieverbruik, kosten en milieu-inpact

Impact en opschaling

TAKE-OFF heeft aangetoond dat SAF uit CO2 en waterstof technisch haalbaar is en belangrijke milieuvoordelen biedt. De volgende stap is opschaling naar industriële productie, cruciaal gezien de EU-richtlijn ReFuelEU, die een aandeel van 70% SAF in 2050 voorschrijft, waarvan 35% synthetisch moet zijn.

Het consortium richt zich nu op verdere integratie van processtappen en optimalisatie van de productiecapaciteit, met als doel de overgang naar duurzame luchtvaart te versnellen.