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航空バイオ燃料（バイオジェット燃料[ 1 ] 、持続可能な航空燃料（SAF）、またはバイオ航空燃料（BAF）[ 2 ]とも呼ばれる）は、航空機の動力源として使用されるバイオ燃料です。国際航空運送協会（IATA）は、航空の環境への影響を軽減するための重要な要素であると考えています[ 3 ] 。航空バイオ燃料は、中長距離航空旅行の脱炭素化に使用されます。これらのタイプの旅行は、最も多くの排出量を発生させます。合成パラフィン系灯油（SPK）は、灯油ジェット燃料の代替として設計された非石油系燃料を指し、多くの場合、バイオマスから作られますが、常にそうとは限りません。
バイオ燃料は、植物、動物、または廃棄物から得られるバイオマス由来の燃料です。使用されるバイオマスの種類によって、従来のジェット燃料と比較してCO 2排出量を 20 ～ 98% 削減できます。[ 4 ]混合バイオ燃料を使用した最初の試験飛行は 2008 年に行われ、2011 年に、バイオ燃料を 50% 含む混合燃料が商用便で使用できるようになりました。2023 年の SAF 生産量は 6 億リットルで、世界のジェット燃料使用量の 0.2% を占めています。[ 5 ] 2024 年までに、SAF 生産量は 13 億リットル (100 万トン) に増加し、世界のジェット燃料消費量の 0.3%、世界の再生可能燃料生産量の 11% を占める予定でした。[ 6 ]この増加は、当初 19 億リットルに達すると予想されていた米国の主要生産施設が、2025 年まで生産量の増加を延期したことによるものです。
航空バイオ燃料は、ヤトロファ、藻類、獣脂、廃油、パーム油、ババス、キャメリーナなどの植物または動物由来の原料（バイオSPK） 、フィッシャー・トロプシュ法で処理した熱分解による固体バイオマス（FT-SPK）、廃棄物発酵によるアルコール・ジェット燃料（ATJ）製造、または太陽光反応器を用いた合成生物学によって製造することができる。小型ピストンエンジンは、エタノールを燃焼するように改造することができる。
持続可能なバイオ燃料は電気燃料の代替品である。[ 7 ]持続可能な航空燃料は第三者機関によって持続可能であると認証されている。
SAF技術は、原料の制約により大きな課題に直面している。SAF生産に不可欠な、水素化エステルおよび脂肪酸（Hefa）として知られる油脂は、需要の増加に伴い供給が限られている。廃CO2とクリーン水素を組み合わせた先進的なe-fuels技術は有望な解決策となるが、まだ開発段階であり、コストが高い。これらの問題を克服するために、SAF開発者は、木質バイオマスや農業廃棄物、都市廃棄物など、より入手しやすい原料を模索し、より持続可能かつ効率的に低炭素ジェット燃料を生産することを目指している。[ 8 ] [ 9 ]
混合バイオ燃料を使用した最初の飛行は2008年に行われた。[ 10 ]ヴァージン・アトランティック航空は、藻類などの原料を使用して商用旅客機を飛行させた。[ 11 ]業界の15%以上を占める航空会社は、 2008年までに天然資源防衛協議会や持続可能なバイオ燃料円卓会議などのNGOの支援を受けて、持続可能な航空燃料使用者グループを結成した。彼らは航空用の持続可能なバイオ燃料を開発することを誓約した。[ 12 ]同年、ボーイングは、航空会社やバイオ燃料技術開発企業のUOP LLC （ハネウェル）とともに、藻類バイオマス機構の共同議長を務めた。[ 13 ]
2009年、IATAは2020年までにカーボンニュートラルな成長を達成し、2050年までに炭素排出量を半減することを約束した。[ 14 ]
2010年、ボーイングは2015年までに世界の航空燃料の1％を目標とすると発表した。[ 15 ]
2011 年 6 月までに、合成炭化水素を含む航空タービン燃料の改訂仕様( ASTM D7566) により、商業航空会社は従来のジェット燃料に最大 50% のバイオ燃料を混合することが許可されました。[ 16 ]旅客便で使用されるジェット燃料の安全性と性能は、ASTM インターナショナルによって認証されています。[ 17 ]バイオ燃料は、航空機メーカー、エンジンメーカー、石油会社による数年にわたる技術レビューの後、商業利用が承認されました。[ 18 ]その後、一部の航空会社は商業便でバイオ燃料の実験を行いました。[ 19 ] 2020 年 7 月現在、さまざまなバイオ燃料の種類を含む D7566 の 7 つの付属書が発行されています。[ 20 ]
2011年12月、FAAはCAAFIおよびCLEENプログラムの一環として、特にアルコール、糖類、バイオマス、熱分解油などの有機物からドロップイン可能な持続可能な燃料を開発するために、8社に770万米ドルを授与した。[ 21 ]
バイオ燃料供給会社のソレナは2015年に破産を申請した。[ 22 ]
2015年までに、藻類Isochrysisからの脂肪酸メチルエステルとアルケノンの培養が研究されていた。[ 23 ]
2016年までに、ミュンヘン工科大学のトーマス・ブリュックは、藻類養殖が2050年までにジェット燃料需要の3～5％を供給できると予測していた。[ 24 ]
2016年秋、国際民間航空機関は、持続可能な航空燃料の開発と展開を含む複数の対策計画を発表した。[ 25 ]
2005年から2012年にかけて、数十社が藻類から燃料油を抽出するために数億ドルのベンチャーキャピタルを受け取り、2012年までに競争力のある価格の燃料を、2012年から2014年までに10億米ガロン（380万立方メートル）の生産を約束した。[ 26 ] 2017年までに、ほとんどの企業は消滅するか、他の市場に焦点を当てるために事業計画を変更した。[ 26 ]
2019年には燃料の0.1%がSAFでした。[ 27 ]国際航空運送協会（IATA）は持続可能な航空燃料の採用を支持し、2019年には2025年までに2%のシェア（700万m3 （18億USガロン））を目指しました。[ 28 ] [ 10 ]
2021年初頭、ボーイングのCEOであるデイブ・カルホーンは、炭素排出量を削減するためには、ドロップイン型の持続可能な航空燃料が「現在から2050年までの唯一の解決策」だと述べた。[ 30 ] 2021年5月、国際航空運送協会（IATA）は、航空業界が2050年までにSAFを主要な要素として実質ゼロの炭素排出量を達成するという目標を設定した。[ 31 ]
2022年インフレ削減法では、航空燃料の持続可能な移行（FAST）助成プログラムが導入されました。このプログラムは、SAF関連の「生産、輸送、混合、および保管」に対して2億4450万ドルの助成金を提供します。[ 32 ] 2022年11月には、持続可能な航空燃料がCOP26の議題となりました。[ 33 ]
2023年時点で、バイオ燃料の90%は、この目的のためだけに栽培された油糧種子とサトウキビから作られている。[ 34 ]
将来のバイオ燃料（持続可能な航空燃料）の使用に関して、欧州連合は、EUの空港で供給されるすべての航空燃料の6％を2030年までに持続可能な航空燃料から供給し、2035年までに20％に増加させ、2050年までに70％に達することを義務付けている。[ 35 ]
Jet fuel is a mixture of various hydrocarbons. The mixture is restricted by product requirements, for example, freezing point and smoke point. Jet fuels are sometimes classified as kerosene or naphtha-type. Kerosene-type fuels include Jet A, Jet A-1, JP-5 and JP-8. Naphtha-type jet fuels, sometimes referred to as "wide-cut" jet fuel, include Jet B and JP-4.
"Drop-in" biofuels are biofuels that are interchangeable with conventional fuels. Deriving "drop-in" jet fuel from bio-based sources is ASTM approved via two routes. ASTM has found it safe to blend in 50% SPK into regular jet fuels.[36][17] Tests have been done with blending synthetic paraffinic kerosene (SPK) in considerably higher concentrations.[37]
いくつかの研究機関や企業が、合成炭化水素や持続可能な航空燃料（SAF）の製造を目的とした技術に関する研究成果を発表している。
SUN-to-LIQUIDプロジェクト（2016～2019年）は、欧州連合のHorizon 2020プログラムによる資金提供を受けた研究イニシアチブで、太陽光、水、二酸化炭素から直接持続可能な航空燃料を生産することを実証しました。このプロジェクトでは、高温太陽熱反応器を用いた太陽熱化学プロセスを利用して合成ガス（シンガス）を生成し、それをフィッシャー・トロプシュ合成によってジェット燃料に変換しました。2019年6月13日、スペインのモストレスにあるIMDEAエネルギー研究所の研究者らは、完全な生産チェーンの実証に成功し、太陽燃料技術における重要なマイルストーンとなりました。このプロジェクトコンソーシアムには、バウハウス・ルフトファールトが主導し、7つのヨーロッパ諸国とスイスのパートナーが参加し、スイス連邦教育・研究・イノベーション事務局の支援を受けました。この実証により、農地を奪うことなく再生可能資源からドロップイン航空燃料を生産する技術的実現可能性が証明されましたが、技術はまだ初期段階にあり、規模拡大や経済的実現可能性に関する課題が残っており、さらなる開発が必要とされています。[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]
Alder Fuels社は、林業や農業の残渣を含むリグノセルロース系バイオマスを熱分解によって「グリーンクルード」と呼ばれる炭化水素を豊富に含む中間製品に変換する技術を開発した。このグリーンクルードは、既存のインフラを利用して従来の石油精製所で処理され、ドロップイン型の航空燃料や輸送燃料を生産することができる。同社のプロセスは、食料生産と競合しない廃棄バイオマス原料を利用しており、第一世代バイオ燃料に関連する持続可能性の懸念の1つに対処している。[ 54 ]
ユニバーサル・フューエル・テクノロジーズは、既存の再生可能燃料生産の副産物を含む様々な原料を、持続可能な航空燃料に変換するように設計された触媒プロセスであるフレキシフォーミング技術を開発しました。この技術は原料の柔軟性があり、単一の変換経路で複数のバイオマス由来の原料を処理することができます。[ 55 ]
Arcadia eFuelsは、デンマークのヴォルディングボー港に、再生可能電力で駆動する水の電気分解と二酸化炭素の回収を組み合わせたプロセスを利用して合成航空燃料を製造するパワー・トゥ・リキッド施設を開発しました。このプロセスでは、電気分解によってグリーン水素を生成し、それを回収したCO2と組み合わせて合成ガス（シンガス）を生成し、その後フィッシャー・トロプシュ法または同様のガス・トゥ・リキッドプロセスによってジェット燃料に変換します。[ 56 ] [ 57 ]
小型ピストンエンジンはエタノールを燃焼するように改造できる。[ 58 ]航空ガソリンの代替バイオ燃料であるSwift Fuelは、 2009年12月にASTM Internationalによって試験燃料として承認された。[ 59 ] [ 60 ]
ニトリル系ゴム材料は、従来の石油燃料に含まれる芳香族化合物の存在下で膨張します。石油やパラフィン系添加剤を含まない純粋なバイオ燃料は、ゴム製シールやホースを収縮させる可能性があります。[ 61 ]シールやホースには、バイオ燃料による悪影響を受けない合成ゴム代替品（ Vitonなど）が利用可能です。[ 62 ]
アメリカ空軍はバイオ燃料航空機に有害な細菌や真菌を発見し、低温殺菌法を用いて消毒している。[ 63 ]
2025年5月現在 SAFは一般的に化石燃料と混合する必要がある。ジェット燃料にはシクロアルカンと芳香族化合物が必要であり、これらは一般的にSAFには不足している。また、SAFにはn-アルカンとイソアルカンがより多く含まれている。[ 64 ]
2019年、国際エネルギー機関は、 SAFの生産量が2025年から2040年の間に180億リットルから750億リットルに増加し、航空燃料の5%から19%を占めると予測した。[ 10 ] 2019年までに、原油1バレルあたり50～100ドルの場合、化石燃料ジェット燃料の生産コストは1リットルあたり0.3～0.6ドルであったのに対し、航空バイオ燃料の生産コストは0.7～1.6ドルで、損益分岐点となる原油1バレルあたり110～260ドルが必要であった。[ 10 ] 2024年現在、SAFは世界の航空燃料のわずか0.3%を占めている。[ 65 ]
2020年現在当時の航空税と補助金を考慮すると、航空バイオ燃料は化石ジェット灯油よりも高価だった。 [ 1 ] [ 66 ]
2021年の分析によると、VFA-SAFの損益分岐点は1ガロンあたり2.50ドル（1リットルあたり0.66ドル）でした。[ 67 ]この数値は、カリフォルニア州のLCFS（低炭素燃料基準）クレジットや米国環境保護庁（EPA）の再生可能燃料基準インセンティブなど、当時のクレジットやインセンティブを考慮して算出されたものです。
持続可能なバイオ燃料は、食料作物、優良農地、淡水を使用しません。持続可能な航空燃料（SAF）は、持続可能なバイオ燃料に関する円卓会議などの第三者機関によって認証されます。[ 68 ]
2022年時点で、約45万便のフライトで燃料ミックスの一部として持続可能な燃料が使用されましたが、そのような燃料は従来の化石ジェット燃料や灯油よりも約3倍高価でした。[ 69 ] 2023年には、SAFは消費されたすべての航空燃料の0.1%未満を占めました。[ 70 ] 2024年を通して、アラスカ航空はSAFの導入において米国の航空会社の中でトップであり、燃料使用量の0.68%を占めました。ユナイテッド、デルタ、ジェットブルーなどの他の主要航空会社は、燃料の約0.3%でSAFを使用しました。[ 42 ]
SAFの持続可能性認証は、製品が環境、社会、経済の「トリプルボトムライン」の考慮事項に焦点を当てた基準を満たしていることを保証します。欧州連合排出量取引制度（EUTS）などの多くの排出規制制度の下では、認証されたSAF製品は炭素コンプライアンス責任コストから免除される場合があります。[ 71 ]これにより、化石燃料に対するSAFの経済的競争力がわずかに向上します。[ 72 ]
持続可能なバイオ燃料認証システムを最初に立ち上げた信頼できる団体は、ヨーロッパを拠点とする持続可能なバイオマテリアルに関するラウンドテーブル（RSB）NGOでした。[ 73 ]主要航空会社や持続可能な航空燃料ユーザーグループ（SAFUG）のその他の署名者は、RSBを優先認証プロバイダーとして支持することを誓約しました。[ 74 ] [ 75 ]
Some SAF pathways procured RIN pathways under the United States's renewable fuel standard which can serve as an implicit certification if the RIN is a Q-RIN.
As emissions trading schemes and other carbon compliance regimes emerge, certain biofuels are likely to be exempted ("zero-rated") by governments from compliance due to their closed-loop nature, if they can demonstrate appropriate credentials. For example, in the EUTS, SAFUG's proposal was accepted[77] that only fuels certified as sustainable by the RSB or similar body would be zero-rated.[78] SAFUG was formed by a group of interested airlines in 2008 under the auspices of Boeing Commercial Airplanes. Member airlines represented more than 15% of the industry, and signed a pledge to work towards SAF.[79][80]
In addition to SAF certification, the integrity of aviation biofuel producers and their products could be assessed by means such as Richard Branson's Carbon War Room,[81] or the Renewable Jet Fuels initiative.[82] The latter works with companies such as LanzaTech, SG Biofuels, AltAir, Solazyme, and Sapphire.[83]
カリフォルニア大学地球システム科学部のカンデラリア・ベルゲロ氏は、共著者らとともに、「このような持続可能な燃料生産を拡大する上での主な課題は、技術コストとプロセス効率である」と述べ、広範な生産は食料安全保障と土地利用を損なうだろうと指摘した。[ 84 ]
2019年までに、ヴァージン・オーストラリアは、 Gevoのアルコール由来のジェット燃料を使用して、国内線と国際線合わせて700便以上のフライトに燃料を供給し、100万キロメートル以上飛行した。 [ 85 ]ヴァージン・アトランティックは、 LanzaTechと提携して、製鉄所の廃ガスから得られる燃料を定期的に使用するよう取り組んでいた。[ 86 ]ブリティッシュ・エアウェイズは、 Velocysと提携して、家庭ごみをジェット燃料に変換したいと考えていた。[ 86 ]ユナイテッド航空は、2015年に3,000万ドルを投資した後、Fulcrum BioEnergyから10年間で9億米ガロン（3,400,000 m3）の持続可能な航空燃料を調達することを約束した（2018年の燃料消費量は41億米ガロン（1,600万m3 ）） 。 [ 86 ]
2020年から、カンタス航空はSGプレストンのバイオ燃料を50/50で混合した燃料をロサンゼルス-オーストラリア便で使用する予定だった。SGプレストンはまた、ジェットブルーに10年間燃料を供給する予定だった。[ 86 ]フィンランドのネステは、シンガポール、ロッテルダム、ポルヴォーの拠点で、2020年までに再生可能燃料の生産能力を年間270万トンから300万トン（60億ポンドから66億ポンド）に向上させ、 14億ユーロ（ 16億ドル）を投資して、2022年にはシンガポールの生産能力を130万トン（29億ポンド）増やして450万トン（99億ポンド）に達する予定だった。[ 86 ]
2020年までに、インターナショナル・エアラインズ・グループは、Velocys社と提携して廃棄物を持続可能な航空燃料に変換するために4億ドルを投資した。[ 87 ]
ユナイテッド航空は、2022年にアムステルダム[ 88 ] 、 2023年にサンフランシスコとロンドン[ 89 ]、2024年にシカゴ・オヘアとロサンゼルス[ 90 ]など、世界中の複数の空港でSAFの使用を拡大している。
2024年3月、ジェットブルー航空の新たな取り組みの一環として、米国北東部のジョン・F・ケネディ国際空港でSAFの定期的使用が開始された。 [ 91 ]サウスウエスト航空は2024年10月にシカゴ・ミッドウェイ国際空港で持続可能なジェット燃料の使用を開始した。[ 92 ]
燃料供給会社のAvfuelは、2025年11月にテキサス州のオースティン・バーグストロム国際空港（AUS）にある固定基地運営会社（FBO）パートナーのMillion Airを通じて、SAF（持続可能な航空燃料）の提供を拡大した。両社は今年初めにも、ニューヨーク州アルバニー国際空港（ALB）のFBOでSAFを提供するために提携していた。
植物は成長するにつれて二酸化炭素を吸収するため、植物由来のバイオ燃料は、以前に吸収したのと同じ量の温室効果ガスしか排出しません。しかし、バイオ燃料の生産、加工、輸送では温室効果ガスが排出されるため、排出削減効果は低下します。 [ 2 ]排出削減効果が最も高いバイオ燃料は、光合成藻類由来のもの（98%削減）ですが、この技術はまだ開発されていません。また、非食用作物や森林残渣由来のもの（91～95%削減）も排出削減効果が高いです。[ 2 ]
バイオ燃料として使用される非食用油であるジャトロファ油は、灯油ベースの燃料であるジェットA1と比較してCO2排出量を50～80%削減します。[ 93 ]バイオディーゼルに使用されるジャトロファは、ほとんどの植物の収量が低い劣悪な土地でもよく育ちます。[ 94 ] [ 95 ]ジャトロファのライフサイクルアセスメントでは、バイオ燃料は、かつての農牧地を使用した場合、温室効果ガス排出量を最大85%削減できると推定されていますが、天然林を転換した場合は排出量を最大60%増加させる可能性があります。[ 96 ]
パーム油の栽培は土地資源の不足によって制約されており、森林地帯への拡大は、土地利用の変化による直接的および間接的な排出とともに、生物多様性の損失を引き起こします。[ 2 ] Neste Corporationの再生可能製品には、食品グレードのパーム油の精製残渣、パーム油工場の廃水からすくい取られた油性廃棄物が含まれます。Neste の他の供給源は、揚げ物用の使用済み食用油と動物性脂肪です。[ 97 ] Neste の持続可能な航空燃料はルフトハンザ航空で使用されています。[ 98 ]エールフランスとKLM は2022 年に 2030 年の SAF 目標を発表しました。[ 99 ]これには、Neste、 TotalEnergies 、および DG Fuelsから合計 240 万トンを超える SAF を購入する複数年契約が含まれます。[ 100 ]
湿性廃棄物由来の原料から作られる航空燃料（「VFA-SAF」）は、環境面でさらなる利点をもたらします。湿性廃棄物は、埋立地からの廃棄物、下水処理場からの汚泥、農業廃棄物、グリース、脂肪などから構成されます。湿性廃棄物は揮発性脂肪酸（VFA）に変換でき、その後、触媒を用いてSAFにアップグレードできます。湿性廃棄物は低コストで豊富な原料であり、米国の化石ジェット燃料の20%を代替できる可能性があります。[ 67 ]これにより、燃料専用の作物を栽培する必要性が減少します。燃料専用の作物の栽培は、それ自体がエネルギー集約型であり、ライフサイクル全体でCO2排出量を増加させます。SAF用の湿性廃棄物原料は、埋立地からの廃棄物を削減します。この削減により、米国の全セクターにおけるメタン排出量の17%を削減できる可能性があります。VFA-SAFのカーボンフットプリントは、化石航空燃料よりも165%低くなっています。[ 67 ]この技術はまだ初期段階にあります。スタートアップ企業は、これを実現可能なソリューションにするために努力している。Alder Renewables、BioVeritas、ChainCraftなどは、この分野に積極的に取り組んでいる企業の一例である。
NASAは、航空バイオ燃料を50%混合することで、航空交通による粒子状物質の排出量を50～70%削減できると判断しました。 [ 101 ]バイオ燃料には硫黄化合物が含まれていないため、二酸化硫黄は排出されません。[ 102 ]バイオ燃料の燃焼では硫黄化合物が排出されないのは事実かもしれませんが、熱分解などの製造方法によっては、硫黄化合物やその他の汚染物質が実際に発生する可能性があります。放出される可能性のある汚染物質には、硫化水素や、シアン化水素、アンモニア、二酸化窒素などのさまざまな窒素化合物などがあります。[ 103 ]同じ排出量が発生しない可能性のある他のバイオ燃料製造方法もあります。
航空バイオ燃料を主流にするには規模拡大が必要なため、土地利用の影響がバイオ燃料産業の成長を阻害する要因となっている。この問題に対する潜在的な解決策が明らかになり始めている。例えば、藻類養殖場は作物よりも単位面積当たりのバイオ燃料生産量がはるかに多い。[ 104 ]藻類をバイオ燃料として使用する試験は、2008年にはルフトハンザ航空とヴァージン・アトランティック航空によって実施されたが、藻類がジェットバイオ燃料の合理的な供給源であるという証拠はほとんどない。[ 105 ] 2015年までに、イソクリシス藻類からの脂肪酸メチルエステルとアルケノンの培養が、ジェットバイオ燃料の原料として研究されていた。[ 106 ]
国際的な温室効果ガス（GHG）削減目標を達成するために、航空業界は持続可能な航空燃料（SAF）を優先的に採用しています。ブラジルのようにバイオマスが豊富にある国では、脱炭素化のための主要な経路として、水素化処理エステルおよび脂肪酸（HEFA）とアルコールからジェット燃料への転換（AtJ）が挙げられています。[ 107 ]
植物油を航空燃料の原料として使用することは、数十年にわたって研究されてきた。ダン（2001）は、これらの油が代替ジェット燃料源として有望であることを強調し、これが現代のHEFA経路の根本的な基盤となっている。[ 108 ]しかし、経済的な実現可能性は歴史的に大きな障壁となってきた。ランダーとライフ（1986）による初期の評価では、代替原料からジェット燃料を生産するには、従来の石油精製に比べて多額の設備投資が必要になると指摘されている。[ 109 ]
現在の見解では、これらの経済的課題を克服するためには、SAF生産を再生可能な化学物質の生産も促進するバイオ精製所に統合し、それによって収益源を多様化する必要があると示唆されている。[ 107 ]
現在、世界の液体バイオ燃料の1%未満が航空用途に使用されており、バイオジェット燃料は全フライトの0.5%未満にしか使用されていません。ほとんどは道路輸送に使用されていますが、バイオ燃料生産のすべてが航空用に割り当てられたとしても、需要のせいぜい3分の1しか満たせないでしょう。[ 110 ]
改訂版でバイオ由来成分を追加
からジェット燃料への合成パラフィン系灯油は、旅行者にバイオベースの低炭素オプションを提供する実績のある方法です。
ネットゼロ航空への道筋としての持続可能な航空燃料
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