น้ำมันอากาศยานแบบยั่งยืน ก้าวเล็ก ๆ สู่ Carbon Footprint การบินพลเรือน

เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2566 ที่ผ่านมา เที่ยวบินที่ VS100 ของสายการบิน Virgin Atlantic ได้นำเครื่องบิน Boeing 787 ทำการบินด้วยเชื้อเพลิงชีวภาพ SAF 100% ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกจากสนามบิน London Heathrow ในอังกฤษ ไปลงยังสนามบิน New York JFK ในสหรัฐอเมริกาเป็นผลสำเร็จ โดยมีผู้โดยสารกิตติมศักดิ์นั่งไปเต็มลำ หนึ่งในนั้นก็คือ Sir Richard Brandon ผู้ก่อตั้งและเจ้าของสายการบินนี้ ผู้ซึ่งมีปรัชญา “กล้าคิดกล้าทำในสิ่งที่มักไม่เคยมีใครทำมาก่อน”

ความพิเศษคือ เครื่องยนต์ไอพ่นเจ็ท (Rolls Royce Trent 1000 jet engine) ของ Boeing 787 ในเที่ยวบินนี้ ใช้เชื้อเพลิงที่เป็นน้ำมันอากาศยานชีวภาพ (Biojet) หรือที่มักเรียกกันว่า น้ำมันอากาศยานแบบยั่งยืน (Sustainable Aviation Fuel : SAF) เต็มถัง 100% เป็นพลังในการขับเคลื่อนเครื่องบิน โดยมิได้มีส่วนผสมของน้ำมันเครื่องบินปกติที่กลั่นมาจากน้ำมันดิบฟอสซิลเลย

นับเป็นข่าวดีในแวดวงการบินพาณิชย์ และของวงการสิ่งแวดล้อม ในความพยายามแสวงหาเชื้อเพลิงที่ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำเพื่อก้าวไปสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอนในอุตสาหกรรมการบิน อันจะช่วยกันแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคต   

ก่อนหน้านี้ อาจเคยได้ทราบข่าวการทดลองใช้น้ำมันอากาศยาน SAF กันมาบ้างประปราย แต่ส่วนใหญ่เป็นการผสม (blending) เชื้อเพลิงชีวภาพ (biojet) ในสัดส่วนประมาณ 2%-10% เข้าไปในน้ำมันเครื่องบิน Jet A1 เพื่อมิให้เกิดผลกระทบต่อประสิทธิภาพเครื่องยนต์ไอพ่นและความปลอดภัยในการบิน

การบินข้ามทวีปโดยใช้เชื้อเพลิงอากาศยานแบบยั่งยืน SAF 100% ของสายการบิน Virgin Atlantic ในครั้งนี้ได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากรัฐบาลสหราชอาณาจักร โดยความร่วมมือจากผู้ผลิตเครื่องบินและเครื่องยนต์ชิ้นส่วนต่าง ๆ ทำการทดลองและทดสอบในห้องปฏิบัติการมาเป็นเวลาร่วมหนึ่งปี เพื่อให้เกิดความมั่นใจสูงสุดในด้านความปลอดภัย ขณะที่ในปัจจุบันสัดส่วนการผสมน้ำมัน SAF ลงไปในน้ำมันอากาศยานปกติ ตามมาตรฐานสหภาพยุโรปและสหรัฐอเมริกา คือจะผสม blending ratio ได้ไม่เกิน 50% เท่านั้น

จากสถิติ ธุรกิจการบินพาณิชย์มีสัดส่วนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ราว 2.4% ของปริมาณก๊าซ CO2 ที่ปล่อยทั่วโลกในแต่ละปี องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (International Civil Aviation Organization: ICAO) ได้ประกาศเจตนารมณ์และกำหนดเป้าประสงค์ (long term aspirational goal)ที่จะให้ธุรกิจการบินพลเรือนปลดปล่อย CO2 เป็นศูนย์ (net zero CO2 emission) ภายในปี 2593 (ค.ศ. 2050) ICAO จึงได้ออกข้อกำหนด CORSIA (Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation) เพื่อให้ธุรกิจการบินตระหนักและพยายามร่วมกันลด carbon footprint ด้วยวิธีการลดหรือชดเชยการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

แต่ทว่า เครื่องบินพาณิชย์ที่ใช้เดินทางระหว่างประเทศยังจำเป็นต้องอาศัยเครื่องยนต์ไอพ่น (jet engines) ที่ยังไม่อาจนำเทคโนโลยีไฟฟ้า (electrification) ไปแทนที่ได้ น้ำมันอากาศยานแบบยั่งยืนจึงถือเป็นเครื่องมือและกลวิธีที่สำคัญในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากภาคการบิน ที่ได้รับการผลักดันจาก ICAO

รวมถึงได้รับการสนับสนุนจากสมาคมขนส่งทางอากาศระหว่างประเทศ (International Air Transport Association: IATA) ที่มีสมาชิกทั่วโลกถึงกว่า 300 สายการบินใน 120 ประเทศด้วย โดยแผนการและเครื่องมือที่จะนำไปสู่เป้าหมาย Net Zero by 2050 ของสมาคม IATA เห็นได้ว่า การส่งเสริมการใช้น้ำมันอากาศยาน SAF จะมีส่วนสำคัญถึง 65% ในการบรรลุสู่เป้าหมายนั้น

• มาทำความรู้จักน้ำมันอากาศยาน SAF

SAF เป็นน้ำมันที่สังเคราะห์จากวัสดุชีวภาพที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายหรือเหมือนกับน้ำมันเครื่องบิน (jet fuel) ที่กลั่นมาจากน้ำมันฟอสซิล โดยวัตถุดิบที่จะนำมาผลิต SAF อาจมาจากหลากหลายชีวมวล อาทิเช่น น้ำมันทำอาหารที่ใช้แล้ว (used cooking oil) ไขมันจากสัตว์ (animal fats) ของเสียจากการเกษตร ขยะมูลฝอย รวมถึงแอลกอฮอล์ คือเมทานอลหรือเอทานอล 

การใช้น้ำมัน SAF จะสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซ CO2 ได้สูงสุดถึง 80% ตลอดวัฏจักรชีวิตของเชื้อเพลิงเมื่อเทียบกับน้ำมันเครื่องบินแบบเดิม  น้ำมัน SAF แม้จะมีชื่อเรียกเดียวกันแต่อาจเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติต่างกันบ้างขึ้นอยู่กับกระบวนวิธีในการผลิต (production pathways) การค้นคว้าทดลองในปัจจุบันมุ่งเป้าไปที่การผลิตเพื่อนำไปผสม (blending) เข้ากับน้ำมันเจ็ทปกติในสัดส่วนที่เหมาะสมในลักษณะที่ทดแทนกันได้ (drop-in fuel) เพื่อเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องบินได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนหรือปรับปรุงเครื่องยนต์

เทคโนโลยีที่ใช้ในกระบวนการผลิตน้ำมัน SAF ในขณะนี้ส่วนใหญ่เป็นกรรมวิธีผลิตที่เรียกว่า Hydrotreatment ที่แปรเปลี่ยนวัตถุดิบคือน้ำมันพืชใช้แล้วหรือไขมันสัตว์ให้เปลี่ยนสภาพเป็น Hydroprocessed Esters and Fatty Acids หรือเรียกย่อๆ ว่า HEFA pathway  กว่า 70% ของ SAF ที่อยู่ในท้องตลาดมาจากกระบวนการผลิตแบบ HEFA นี้

นอกจากนี้ก็มีกรรมวิธีผลิตอื่นๆ ที่เหมาะกับวัตถุดิบชีวมวลหลากหลายกลุ่ม ได้แก่ เทคโนโลยี Alcohol-to-Jet, Power-to-Liquid และ Gasification & Fischer-Tropsch process หรือผสมผสานกันหลายกรรมวิธี ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัตถุดิบและประเภทของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ

น้ำมันอากาศยานปกติ (conventional jet fuel) มีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิด alkanes และ aromatics ผสมกัน ซึ่งจะมีสัดส่วนโดยปริมาตรของอะโรเมติกส์ได้สูงสุดไม่เกิน 25% และต่ำสุดไม่น้อยกว่า 8% สารอะโรเมติกส์ในน้ำมันมีคุณสมบัติที่ช่วยทำให้แผ่น seal ยางภายในเครื่องยนต์ป่องพองตัวขึ้นไปช่วยอุดรอยข้อต่อของชิ้นส่วนต่างๆ ในเครื่องยนต์ให้แน่นตามมาตรฐาน แต่น้ำมันอากาศยาน SAF ที่ผลิตผ่านกรรมวิธี HEFA จะขาดส่วนผสมของอะโรเมติกส์ จึงทำให้มีความหนาแน่นต่ำและขาดคุณสมบัติในการจะทำให้แผ่น seal ยางพองตัว อันอาจนำไปสู่การรั่วไหลของเชื้อเพลิงและความไม่ปลอดภัยในการบินได้ ฉะนั้นหากเครื่องไอพ่นจะใช้น้ำมัน SAF 100% ก็อาจต้องปรับเปลี่ยนแผ่น seal ยางภายในตัวเครื่องเพื่อป้องกันการรั่วซึมของเชื้อเพลิงด้วย

ในกรณีของเที่ยวบิน VS100 เครื่องบิน Boeing 787 ข้างต้น รายงานข่าวแจ้งว่า องค์ประกอบของน้ำมัน SAF 100% ที่ใช้นั้น มีปริมาณ 88% เป็นน้ำมันที่ทำมาจากไขมันสัตว์ผ่านกรรมวิธีผลิต HEFA ผสมเข้ากับอีก 12% ที่เป็นน้ำมัน synthesized aromatic kerosene หรือ SAK ที่ผลิตมาจากกากน้ำตาล ด้วยสัดส่วน blending 88:12 ของ SAF นี้จึงทำให้น้ำมันอากาศยานชีวภาพมีปริมาณของอะโรเมติกส์และความหนาแน่นเพียงพอที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงได้อย่างปลอดภัย

• อุปสรรคของการส่งเสริมน้ำมัน SAF คือราคา

น้ำมันอากาศยานแบบยั่งยืนไม่ว่าจะผลิตมาโดยกรรมวิธีผลิตใดๆ ก็ตาม ปัญหาหลักคือต้นทุนและราคาที่ยังแพงมากเมื่อเทียบกับน้ำมันอากาศยานปกติที่กลั่นมาจากน้ำมันดิบ จากการศึกษาเบื้องต้น แม้เราจะผลิต SAF จากวัตถุดิบและด้วยกระบวนการทางเคมี (HEFA) ที่สะดวกที่สุดแล้ว ผลิตภัณฑ์ SAF ที่ได้มาก็ยังมีราคาสูงกว่า Jet A1 ถึง 140% ขึ้นไป  เมื่อหันมาดูโครงสร้างค่าใช้จ่ายของธุรกิจการบินพาณิชย์ที่เชื้อเพลิงคิดเป็นสัดส่วนสูงถึง 20%-30% ของต้นทุน  ความท้าทายต่อน้ำมัน SAF คือการพัฒนาวิจัยเทคโนโลยีการผลิตที่จะมาช่วยทำให้ราคาลดต่ำลงมาแข่งขันได้

นอกจากนี้ ยังมีความท้าทายด้านจัดหาวัตถุดิบให้มีเพียงพอกับความต้องการที่มีแนวโน้มจะใช้ SAF แพร่หลายและเพิ่มสูงขึ้น น้ำมันทำอาหารที่ใช้แล้ว/ไขมันจากสัตว์คงจะไม่สามารถจัดหาเพิ่มเป็นหลายเท่าตัวพอต่อการผลิต SAF  สำหรับประเทศไทย ควรมีการส่งเสริมและต่อยอดงานวิจัยในการนำพืชพลังงาน ได้แก่ ปาล์มน้ำมัน อ้อย มันสำปะหลัง ไปเพิ่มผลผลิต (crop yield) แล้วนำไปเป็นวัตถุดิบทำน้ำมันปาล์มดิบและเอทานอล พัฒนาต่อยอดด้วยนวัตกรรมในกรรมวิธีผลิตไปสู่น้ำมันอากาศยานแบบยั่งยืนในเชิงพาณิชย์

ผู้เขียนได้มีโอกาสไปรับฟังการนำเสนอโครงการศึกษาวิจัยพลังงานของคณะนักศึกษาหลักสูตรผู้บริหารระดับสูงด้านวิทยาการพลังงาน (วพน.) รุ่นที่ 18 (กลุ่มทานตะวัน) ที่ศึกษาเชิงนโยบายในเรื่อง  Sustainable Aviation Fuel: SAF เมื่อวันที่ 18 พฤศจิกายน 2566  มีข้อเสนอแนะที่น่าสนใจจากผลการศึกษาว่า ภาครัฐควรส่งเสริมให้เกิดอุตสาหกรรมการผลิตน้ำมัน SAF ในประเทศไทย โดยใช้วัตถุดิบที่มีศักยภาพในประเทศ ได้แก่ น้ำมันทำอาหารที่ใช้แล้ว (used cooking oil) และน้ำมันปาล์มดิบ (crude palm oil) ผ่านกรรมวิธีผลิตคือ HEFA pathway 

ประโยชน์ที่ประเทศจะได้รับ คือ 1) สร้างรายได้และเพิ่มมูลค่าให้สินค้าเกษตร  2) เป็นศูนย์กลางผลิตเชื้อเพลิงอากาศยาน SAF ที่เป็นที่ต้องการของตลาดการบิน  3) ช่วยลดการปล่อยก๊าซ CO2  4) สร้างงานในห่วงโซ่อุตสาหกรรมใหม่อย่างน้อย 12,000 คน  5) ช่วยลดปริมาณขยะ และ  6) เสริมสร้างความมั่นคงทางพลังงาน 

น้ำมันอากาศยาน SAF ถือเป็นเรื่องใหม่ที่ประกอบไปด้วยมิติการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยี สิ่งแวดล้อม เศรษฐศาสตร์ เกษตรและอุตสาหกรรม เป็นการนำประเทศไทยก้าวไปสู่โลกแห่งการพัฒนาที่ยั่งยืน  และที่สำคัญจะตอบโจทย์ UN Sustainable Development Goals อย่างน้อย 3 ข้อคือ  #7 Affordable and Clean Energy  #9 Industry, Innovation and Infrastructure และ #13 Climate Action  ไทยเป็นศูนย์กลางการบินของภูมิภาคที่เชื่อมไปทั่วโลก เรามีวัตถุดิบที่มีศักยภาพ และมีทรัพยากรบุคคลและภาคเอกชนที่พร้อม จึงควรให้ความสนใจและวางแผนส่งเสริมให้อุตสาหกรรมนี้เกิดขึ้นได้จริงในประเทศของเราครับ