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Al embarcar en un vuelo, pocos pasajeros se detienen a pensar cuánto combustible necesitará su viaje. Sin embargo, según el proveedor de estadísticas e información de mercado Statista, esa cifra es grande, en realidad, es enorme. En 2019, los vuelos de las aerolíneas comerciales consumieron 95 000 millones de galones de combustible en todo el mundo. Y, a pesar de la caída del 60 % de los viajes aéreos durante la pandemia de COVID-19, los productores de combustible de aviación como Shell Aviation predicen un retorno a los niveles de consumo de combustible anteriores a la pandemia en el próximo año.

No solo está aumentando la demanda, sino también el costo del combustible de aviación. En marzo de 2023, la Oficina de Estadísticas de Transporte de EE. UU. informó de un aumento del 40,9 % en el precio del combustible de aviación por galón de enero de 2022 a enero de 2023 y de un aumento del 70,6 % en el gasto de combustible de enero de 2019 a enero de 2023 para las compañías aéreas de EE. UU.

La aceleración de la demanda y del costo del combustible se une a un creciente malestar por las cadenas de suministro, la inestabilidad mundial y el cambio climático; todo esto ha llevado al sector de la aviación a reconsiderar su dependencia de la energía derivada del petróleo. A medida que se aleja del combustible para aviones a base de queroseno y se inclina por los combustibles sintéticos, la industria ha recurrido a la ayuda del comité de ASTM International de productos, combustibles líquidos y lubricantes derivados del petróleo (D02). El comité, formado en 1904, se centra en la calificación y certificación de combustibles sintéticos para turbinas de aviación.

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“El paso a los combustibles sintéticos para turbinas de aviación fue iniciado por las Fuerza Aérea de EE. UU. a mediados de la década de 2000”, comenta Mark Rumizen, presidente del subcomité de combustibles de aviación (D02.J0). “Su principal preocupación era la seguridad del suministro. La comunidad ecologista se interesó en el combustible sintético y esa ha sido la principal motivación durante algún tiempo: la preocupación por el medioambiente. Sin embargo, con el creciente apoyo político a estos combustibles, los militares han vuelto a tomar un papel de liderazgo”.

Evaluación de los nuevos combustibles y aditivos de aviación

Para estandarizar la evaluación de los combustibles sintéticos de aviación (SAF), el subcomité de aditivos y propiedades eléctricas (D02.J0.04) desarrolló la práctica estándar para la evaluación de nuevos combustibles para turbinas de aviación y aditivos para combustibles (D4054). Guía al productor de combustible alternativo o de aditivos de combustible a través de las pruebas de las propiedades, la composición y el rendimiento del combustible, y de revisiones periódicas y rigurosas con las partes interesadas en el combustible de aviación, como los fabricantes de motores de aviones.

“El D4054 es un estándar de proceso; define el proceso”, comenta Alyssa Roche, secretaria del subcomité de combustibles sintéticos para turbinas de aviación (D02.J0.06). “El D7566 es un estándar de producto que define el producto final (el resultado del proceso) y el aspecto que debe tener cuando se mezcla para formar el combustible para turbinas de combustión así como el componente. Los usuarios consultan el D7566”.

En 2009, este subcomité publicó la citada especificación del combustible para turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados (D7566). La especificación define los requisitos mínimos de propiedades del combustible para turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados y enumera los aditivos aceptables para su uso en la aviación civil. Se aplica a los componentes sintéticos de mezcla que han sido evaluados y aprobados mediante el uso del D4054. El D7566 ha sido incorporado a la Norma de Defensa 91-091 del Reino Unido sobre el combustible para turbinas de aviación y, además, es el estándar según el cual Europa y Asia compran el combustible de aviación.

Actualmente, el estándar cuenta con siete anexos. Un anexo es una ruta o un método aprobados de crear un componente sintético de mezcla para agregar al combustible para turbinas de combustión convencional, que produce un combustible que cumple los requisitos de la especificación estándar para combustibles para turbinas de aviación (D1655). Cada anexo incluye la definición de las materias primas permitidas, el proceso de conversión y los atributos y criterios de mezcla de los componentes. Un octavo anexo para el queroseno parafínico sintético de alcohol a combustible para turbinas (ATJ-SPK) con aromáticos se está estudiando en virtud de una revisión (WK78417). Este trabajo aborda la solicitud de ATJ-SPK de Swedish Biofuels para ser aprobado como queroseno de aviación D7566.

“El único estándar de especificación global para el combustible sintético para turbinas de aviación es el D7566”, afirma el Dr. Gurhan Andac, líder técnico de ingeniería para combustibles de aviación en GE Aerospace. También es presidente del subcomité sobre combustible sintético para turbinas de aviación (D02.J0.06). “Los demás estándares apuntan al D7566. No hay siete combustibles en el estándar. En vez de eso, existen actualmente siete procedimientos de producción sintética, definidos y controlados por anexos individuales al D7566, para producir componentes de mezcla sintéticos que dan como resultado el mismo combustible Jet A o Jet A-1 que la industria ha estado utilizando, cuando se combina con un componente de mezcla convencional hasta el límite de mezcla permitido. Si un componente de mezcla sintético cumple los requisitos del estándar y su respectivo anexo, se combina con el componente de mezcla convencional. A su vez, si la mezcla final cumple los requisitos exhaustivos de Jet A o Jet A-1, se vuelve a identificar como D1655 Jet A o Jet A-1”.

Entre los siete anexos, cinco tienen una mezcla máxima del 50 % con Jet A o Jet A-1 y dos tienen un 10 % como máximo de mezcla. Estos porcentajes representan la cantidad de un componente sintético de mezcla que puede agregarse al combustible de aviación convencional para crear un combustible alternativo que cumpla los requisitos de certificación y funcione sin problemas en una aeronave.

El subcomité también ha revisado el anexo A5 (queroseno parafínico sintético de alcohol a combustible para turbinas) para incluir el isobuteno, el equivalente desoxigenado del alcohol alquílico isobutanol, como material de base aprobado. La especificación estándar del combustible para turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados (WK71952) cubre un nuevo proceso desarrollado por la empresa francesa Global Bioenergies que replica el proceso de conversión del isobutanol en combustible para turbinas de combustión.

El renovado interés por los combustibles sostenibles para la aviación ha generado la necesidad de nuevos estándares.

Proceso y producto

Para que se considere un sustituto uno a uno del combustible derivado del petróleo, el combustible de aviación alternativo (o combustible “drop-in”) debe cumplir los requisitos de propiedades del D1655. La especificación describe los requisitos mínimos de propiedades de los combustibles Jet A y Jet A-1, como composición, volatilidad, fluidez, combustión, corrosión, estabilidad térmica y contaminantes. Asimismo, enumera los aditivos aceptables para su uso tanto en aviones comerciales como militares. El estándar, que fue aprobado en 1959, es utilizado en todo el mundo por las agencias de compras.

Un combustible “drop-in” puede cumplir los requisitos del D1655 solo después de cumplir la especificación del combustible para turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados (D7566).

“Con respecto al concepto de SAF, en realidad, no se puede dividir en D7566 y D1655” afirma Steve Csonka, director ejecutivo de la Iniciativa de Combustibles Alternativos para la Aviación Comercial (CAAFI) y miembro del comité D02. “D7566 es la calificación a la que nos referimos. Define de qué manera alguien puede producir un componente de mezcla sintético para combustible para turbinas de aviación mediante un proceso alternativo. A fin de cuentas, lo que se busca es un combustible mezclado o quizá 100 % sintético que reúna todas las propiedades del D7566 y posteriormente las del D1655”.

El subcomité de especificaciones de combustible para turbinas de combustión (D02.J0.01) ha aprobado por votación una adición a un anexo de coprocesamiento (WK78597) en el D1655. En la actualidad, el coprocesamiento de materias primas no convencionales solo involucra triglicéridos, ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos o líquidos Fischer-Tropsch, como se cita en el anexo A1 del D1655. El coprocesamiento de otra materia prima (hidrocarburos sintéticos derivados de ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos previamente hidroprocesados) ofrecería otro medio para lograr un mayor contenido renovable en el combustible para turbinas de combustión.

Consideraciones y desafíos para los SAF

A medida que los subcomités trabajan para ampliar la calificación y certificación de combustibles alternativos para la aviación, surgen desafíos y consideraciones. Entre los factores que influyen en su trabajo está el tiempo. En el pasado, la realización de pruebas de combustibles sintéticos ha llevado varios años. Esto se debe a la naturaleza exhaustiva del programa de pruebas descrito en la práctica estándar para la evaluación de nuevos combustibles para turbinas de aviación y aditivos para combustibles (D4054).

“La recopilación de datos es un enfoque escalonado, de manera que se examinan las propiedades del combustible en los niveles 1 y 2, se realizan pruebas de subcomponentes y componentes industriales para establecer la compatibilidad en el nivel 3, y se realizan pruebas a nivel de sistema, como pruebas de motores y pruebas de vuelo en el nivel 4”, comenta Andac. “El promotor del combustible candidato trabaja con varias entidades, como fabricantes de equipos originales, socios gubernamentales, el Centro de Intercambio de Información o Clearinghouse. Después de recopilar los datos, tiene lugar un proceso de revisión estricto. Todo este trabajo puede requerir muchos recursos en términos de costos y tiempo. Sin embargo, se completará lo que sea necesario para garantizar que el producto sea un combustible para turbinas de combustión seguro, apto para su uso en la aviación”.

El Centro de Intercambio de Información D4054 colabora con los productores de combustibles alternativos en las pruebas y la validación de nuevos combustibles de aviación. Con la coordinación del Instituto de Investigación de la Universidad de Dayton (UDRI), ayuda a cualquier productor de combustible de aviación que desee someterse al proceso de calificación de ASTM y proporciona la gestión del procedimiento. El Centro de Intercambio de Información está patrocinado por la Autoridad Federal de Aviación (FAA) y cuenta con el apoyo del Centro de Excelencia para Combustibles Alternativos de Aviación y Medio Ambiente de la FAA.

Para abordar los problemas relacionados con el tiempo y la oportunidad, el Centro de Intercambio de Información ofrece un programa de “Vía rápida”. Creada por el UDRI, la FAA y ASTM, la Vía rápida acelera el proceso de aprobación de los combustibles sintéticos que poseen una composición y propiedades similares a las del combustible convencional para aviación. Con la Vía rápida, el proceso podría demorar entre uno y dos años.

Además del tiempo, los recursos pueden ser un obstáculo. “Desde la perspectiva de los estándares, la mayor dificultad es conseguir que la comunidad de combustibles de aviación destine los recursos necesarios para realizar la revisión rigurosa y exhaustiva que se necesita”, afirma Rumizen. “Dado que debemos asegurarnos de que los combustibles sean seguros, los fabricantes de aviones de motor deben dedicar mucho tiempo a revisar los datos. Este se refiere a empresas que no fabrican combustibles como parte de su actividad comercial. Fabrican aeronaves. Fabrican motores. Para apoyar a este sector se necesitan muchos recursos técnicos voluntarios y la dedicación de los fabricantes de aviones de motor”.

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Los recursos financieros también constituyen una preocupación. Los fabricantes deben asegurarse de que los combustibles puedan producirse a un costo razonable. Sin embargo, la seguridad es lo más importante. “La seguridad de los vuelos es nuestra principal prioridad”, ratifica Roche. “No es como con su automóvil. Si hay algo en el combustible y el motor que no funcionan, puede detenerse y hacerse a un lado de la carretera. En el cielo, no hay arcenes. Tenemos que garantizar la seguridad de los vuelos con estos nuevos combustibles”.

Un futuro más limpio y brillante

El Grupo de Acción del Transporte Aéreo (ATAG) indica que, desde 2011, 490 119 vuelos comerciales han operado con combustible de aviación alternativo. ATAG actualiza la cantidad de vuelos diariamente. En 2021, el sector de las aerolíneas se comprometió a alcanzar cero emisiones netas de carbono para 2050, una promesa que se puede alcanzar si se cambia el combustible de aviación convencional por el sintético. La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) calcula que este cambio puede suponer una reducción del 65 % de las emisiones, lo que acercaría a la industria aérea a su objetivo de cero emisiones netas. ¿Qué significa para los productores este mayor interés por los combustibles sintéticos? Habrá un esfuerzo para aumentar la producción de combustibles “drop-in” y también un avance hacia el combustible 100 % sintético.

“Es probable que debamos llegar al 100 % de SAF ‘drop-in’ más temprano que tarde y hay un esfuerzo en marcha para conseguirlo”, confirma Csonka. “El mezclado requiere tiempo, esfuerzo, recursos y, por lo general, puede aumentar el precio y la huella de carbono, todo aquello en lo que deberíamos centrarnos en reducir…  en la medida de lo posible. El concepto de poder producir un combustible totalmente sintético que no necesite mezclas es algo a lo que aspiramos. Durante los dos últimos años, se ha trabajado mucho con respecto a la actividad de demostración en torno a los combustibles 100 % sintéticos y a la elaboración de una metodología D4054 que lo permita, de manera que es posible que tengamos un cambio de especificación adoptado en 18 meses para el 100 % [sintético] del D7566”.

Roche agrega, “Estamos evaluando una cantidad considerable de nuevos procesos potenciales para producir combustible alternativo para turbinas de combustión, lo cual es innovador. El combustible para turbinas de combustión es un producto definido desde hace más de 70 años. De repente, en la última década, nos encontramos con entre 10 y 20 nuevas variantes. Eso es fenomenal. Todos deseamos contribuir a un futuro más limpio y brillante, y estamos comprometidos a encontrar la forma de hacerlo”.

Kathy Hunt es periodista y está radicada en la costa este de Estados Unidos.