Comparative Life Cycle Assessment of Sustainable Aviation Fuels: Country-based study of Alcohol-to-Jet Pathways at the European level

Abstract

Luftfartsindustrien, som står for 2 % av de menneskeskapte utslippene, står overfor utfordringen med å oppnå netto nullutslipp innen 2050. Den internasjonale organisasjonen for sivil luftfart (ICAO) understreker viktigheten av å støtte teknologiske og driftsmessige fremskritt i årene som kommer, og peker på bærekraftig flydrivstoff som en viktig løsning. Reguleringsinitiativer, som EU-kommisjonens Fit for 55-program og ReFuel EU Aviation-initiativet, tar sikte på å øke bruken av SAF på EUs flyplasser, i tråd med bredere utslippsreduksjonsmål. Selv om de i dag utgjør mindre enn 0,1 % av flydrivstoffet, forventes det at andelen SAF, særlig drop-in-varianter, vil øke til 6 % innen 2030, med et langsiktig mål om å nå 70 % innen 2050 i Europa. I denne avhandlingen gjennomføres en komparativ livssyklusanalyse (LCA) for å undersøke miljøpåvirkningene av SAF som er avledet fra alkohol til jet (ATJ). Studien fokuserer på lignocelluloseholdig biomasse i europeisk sammenheng og analyserer seks "well-to-wings"-scenarier, det vil si fra dyrking av biomasse til forbrenning av drivstoff. Disse scenariene skiller seg fra hverandre når det gjelder valg av lignocelluloseholdig biomasse (f.eks. urteaktige energivekster, restprodukter) og kjemiske mellomprodukter (f.eks. etanol, isobutanol eller isobuten) som stammer fra de respektive fermenteringsprosessene og deretter konverteres til SAF. Ved hjelp av en landspesifikk tilnærming klargjør forskningen regionale variasjoner i miljøegenskapene til alkoholbaserte jetmotorer, noe som gir innsikt i deres egnethet for bærekraftig luftfart i den europeiske sektoren. I tillegg har studien hatt som mål å vurdere skalerbarheten av disse teknologiene i europeisk sammenheng, undersøke potensialet for landspesifikk SAF-produksjon for å dekke etterspørselen etter jetdrivstoff og evaluere klimapotensialet som følge av SAF-bruk i fly. Denne studien bidrar til den pågående diskusjonen om miljøvennlige alternativer til konvensjonelt jetdrivstoff, og er et svar på behovet for bærekraftig praksis i luftfartsindustrien.

The aviation industry, responsible for 2% of anthropogenic emissions, faces the challenge of achieving net zero emissions by 2050. The International Civil Aviation Organization (ICAO) highlights the importance of supporting technological and operational advances in the coming years, identifying sustainable aviation fuels (SAFs) as a crucial solution. Regulatory initiatives, exemplified by the European Commission's Fit for 55 program and ReFuel EU Aviation initiative, aim to increase the presence of SAFs at EU airports, in line with broader emissions reduction goals. Although they currently make up less than 0.1% of aviation fuels, SAFs, particularly drop-in variants, are expected to rise to 6% by 2030, with a long-term goal of reaching 70% by 2050 in Europe. This thesis conducts a comparative life cycle assessment (LCA) to examine the environmental impacts of SAFs derived from alcohol-to-jet (ATJ) pathways. Focusing on lignocellulosic biomass in the European context, the study analyzes six "well-to-wings" scenarios, that is, from biomass farming to fuel combustion. These scenarios differ in terms of the lignocellulosic biomass chosen (e.g., herbaceous energy crops, residues) and chemical intermediates (e.g., ethanol, isobutanol, or isobutene) derived from the respective fermentation processes and subsequently converted to SAF. Using a country-specific approach, the research clarifies regional variations in the environmental performance of alcohol-jet pathways, providing insights into their suitability for sustainable aviation in the European sector. Additionally, the study aimed to assess the scalability of these technologies within the European context, examining the potential for country-specific SAF production to meet jet fuel demand and evaluating the climate mitigation potential resulting from SAF utilization in aircraft. This study contributes to the ongoing discourse on environmentally friendly alternatives to conventional jet fuels, responding to the imperative for sustainable practices in the aviation industry.