Rozwój lotnictwa cywilnego i wojskowego w ogromnym stopniu zależy od jakości oraz dostępności paliw. To, co trafia do zbiornika samolotu, nie jest zwykłą frakcją ropy naftowej, lecz wynikiem precyzyjnie kontrolowanych procesów rafineryjnych, surowych norm bezpieczeństwa oraz coraz bardziej zaawansowanej inżynierii środowiskowej. Kerosyna lotnicza, znana powszechnie jako Jet A lub Jet A-1, przez dekady stanowiła fundament zasilania silników turbinowych. Równolegle, pod rosnącą presją regulacyjną i społeczną, rozwijają się paliwa SAF – Sustainable Aviation Fuels – które mają umożliwić dekarbonizację branży bez rewolucyjnej zmiany obecnych technologii napędowych. Analiza tych paliw z perspektywy przemysłu petrochemicznego pozwala zrozumieć, jak sektor ten przekształca się z dostawcy tradycyjnych produktów ropopochodnych w zaawansowanego integratora rozwiązań konwencjonalnych i odnawialnych, przy jednoczesnym zachowaniu rygorystycznych wymagań jakości, bezpieczeństwa i niezawodności.

Charakterystyka i produkcja tradycyjnej kerosyny lotniczej

Kerosyna lotnicza jest destylacyjną frakcją ropy naftowej, mieszczącą się typowo w przedziale temperatur wrzenia około 150–300°C. Jej podstawę stanowią węglowodory parafinowe, izoparafinowe, cykliczne (nafteny) oraz niewielka ilość węglowodorów aromatycznych. Udział poszczególnych grup związków w znacznym stopniu wpływa na właściwości eksploatacyjne, takie jak temperatura zapłonu, temperatura krzepnięcia, stabilność termiczna czy podatność na tworzenie osadów.

Z punktu widzenia przemysłu petrochemicznego produkcja paliwa lotniczego zaczyna się na etapie doboru surowca. Ropy lekkie i słodkie zazwyczaj pozwalają na uzyskanie kerosyny o lepszych parametrach niskotemperaturowych i niższej zawartości siarki. W wielu rafineriach tworzy się specjalne ścieżki technologiczne dedykowane wytwarzaniu komponentów do paliw lotniczych, co obejmuje selektywne kierowanie części strumieni z kolumny destylacyjnej do zaawansowanych procesów uszlachetniania.

Podstawowe operacje procesowe obejmują:

• Destylację atmosferyczną – pierwszy etap, na którym wydziela się frakcję naftową obejmującą zakres benzynowy, naftowy (kerosynowy) oraz olejowy. Wydajność i jakość frakcji kerosynowej zależy od ustawień pracy kolumny oraz właściwości ropy.
• Hydrorafinację (hydroodsiarczanie, HDS) – proces kluczowy dla usunięcia siarki, azotu i części tlenu, prowadzący do ograniczenia emisji SOx oraz poprawy stabilności termicznej paliwa. W reaktorach wysokociśnieniowych stosuje się katalizatory oparte na tlenkach molibdenu i kobaltu lub niklu na nośnikach tlenkowych.
• Hydrokraking – w razie potrzeby część cięższych frakcji poddaje się hydrokrakingowi, aby zwiększyć uzysk nisko-wrzących destylatów, w tym komponentów kerosynowych. Daje to możliwość elastycznego kształtowania bilansu paliwowego w rafinerii.
• Dodatkowe uszlachetnianie – obejmuje m.in. odbarwianie, dokładniejsze usuwanie zanieczyszczeń metalicznych, minimalizację zawartości związków polarnych, a także stabilizację produktu pod kątem przechowywania.

Końcowy produkt musi spełniać rygorystyczne normy, takie jak ASTM D1655 czy DEF STAN 91-091. Parametry obejmują między innymi gęstość w określonej temperaturze, lotność, zawartość aromatów, punkt zapłonu, punkt zamarzania, skłonność do tworzenia osadów w układach paliwowych oraz właściwości korozyjne względem metali konstrukcyjnych. Niewielkie odchylenia od specyfikacji mogą powodować problemy eksploatacyjne, takie jak kawitacja w pompach, niestabilna praca silnika, zatykanie filtrów, a nawet awarie układów zasilania w trakcie lotu.

Kolejnym istotnym elementem jest dodawanie dodatków uszlachetniających. Do paliw Jet A-1 często wprowadza się:

• Inhibitory korozji – ograniczające agresywność paliwa wobec stopów aluminium i stali stosowanych w zbiornikach oraz instalacjach.
• Depresatory temperatury krzepnięcia – poprawiające właściwości niskotemperaturowe, niezbędne podczas lotów na dużych wysokościach, gdzie temperatura otoczenia może spadać nawet poniżej -50°C.
• Inhibitory utleniania – zwiększające stabilność oksydacyjną paliwa w czasie przechowywania i eksploatacji, co zmniejsza ryzyko tworzenia laków i osadów w układzie paliwowym.
• Antystatyki – dodatki kontrolujące gromadzenie się ładunków elektrostatycznych podczas tłoczenia i tankowania samolotów, co jest krytyczne dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego.

Opisany łańcuch procesowy pokazuje, że kerosyna lotnicza jest wysoce zaawansowanym produktem petrochemicznym. Wymaga nie tylko odpowiedniego składu chemicznego, ale przede wszystkim powtarzalności parametrów, której osiągnięcie jest możliwe dzięki rygorystycznej kontroli jakości na każdym etapie – od wyboru ropy, przez instalacje procesowe, po magazynowanie i dystrybucję.

SAF – zrównoważone paliwa lotnicze jako wyzwanie i szansa dla petrochemii

Paliwa SAF (Sustainable Aviation Fuels) stanowią odpowiedź branży lotniczej i petrochemicznej na globalne dążenie do redukcji emisji gazów cieplarnianych. Ich kluczową cechą jest niższy ślad węglowy w całym cyklu życia – od pozyskania surowca, przez produkcję, aż po spalanie w silniku. Z perspektywy chemicznej celem jest możliwie wierne odwzorowanie właściwości tradycyjnej kerosyny, przy jednoczesnym wykorzystaniu niskoemisyjnych lub odnawialnych źródeł węgla.

Podstawowy podział technologii SAF obejmuje:

• Ścieżki oparte na olejach i tłuszczach – takie jak HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids), gdzie surowcem są oleje roślinne, zużyte oleje spożywcze czy tłuszcze zwierzęce. W procesie uwodornienia i hydrokrakingu powstają węglowodory parafinowe o właściwościach zbliżonych do frakcji kerosynowej.
• Ścieżki biomasowe – m.in. FT-SPK (Fischer-Tropsch Synthetic Paraffinic Kerosene), w których z biomasy (drewno, słoma, odpady komunalne) wytwarza się gaz syntezowy, a następnie węglowodory syntetyczne. Proces Fischer–Tropscha pozwala na kontrolę rozkładu długości łańcuchów węglowodorów i kompozycji produktu.
• Ścieżki alkoholowo-kerosynowe (ATJ – Alcohol-to-Jet) – w których alkohol (etanol, izobutanol) przetwarzany jest w kerozynę poprzez odwodnienie, oligomeryzację i uwodornienie. Surowcem mogą być zarówno źródła biogeniczne, jak i odpady przemysłowe zawierające alkohole.
• Paliwa syntetyczne z CO₂ i wodoru – tzw. e-fuels czy Power-to-Liquid, bazujące na wychwyconym CO₂ (z powietrza lub gazów spalinowych) oraz zielonym wodorze. Synteza paliw odbywa się przez etap wytwarzania gazu syntezowego, a następnie jego konwersję do węglowodorów, analogicznie do procesu Fischer–Tropscha.

Wspólną cechą tych technologii jest oparcie o znane z przemysłu petrochemicznego operacje jednostkowe – hydrorafinację, hydrokraking, izomeryzację, reforming czy destylację. Różnica polega na tym, że surowcem wejściowym nie jest już wyłącznie ropa naftowa, lecz zdywersyfikowane strumienie biogeniczne lub pochodzące z recyklingu węgla. Dla rafinerii oznacza to konieczność integracji nowych linii technologicznych, dostosowanych do zmiennego składu surowców, zawartości tlenu i zanieczyszczeń specyficznych dla biomasy.

Istotnym elementem jest certyfikacja i standardyzacja. Paliwa SAF są obecnie dopuszczane głównie w formie mieszanek z konwencjonalną kerozyną, a poziom domieszki jest ograniczony (np. do 50% dla wielu zatwierdzonych ścieżek). Wynika to z konieczności zachowania takich właściwości jak:

• Odpowiednia zawartość węglowodorów aromatycznych – całkowicie parafinowa kerozyna syntetyczna może mieć zbyt niską pęcznienie uszczelnień elastomerowych w układzie paliwowym. Dlatego mieszanie z paliwem kopalnym zapewnia kompatybilność materiałową.
• Właściwości smarne i przeciwzużyciowe – nadmierne „oczyszczenie” paliwa z polarnych zanieczyszczeń może obniżać smarność i w efekcie zwiększać zużycie elementów pomp i zaworów.
• Stabilność oksydacyjna i termiczna – produkty syntetyczne muszą zachować parametry co najmniej tak dobre, jak kerosyna konwencjonalna, aby nie stwarzać ryzyka odkładania się nagarów w gorących strefach instalacji paliwowych.

Z perspektywy redukcji emisji CO₂ kluczowe są analizy LCA (Life Cycle Assessment). Wykazują one, że w zależności od surowca i technologii paliwa SAF mogą przynieść redukcję emisji gazów cieplarnianych rzędu 50–80% w porównaniu z tradycyjną kerozyną. Największy potencjał mają rozwiązania oparte na odpadach i pozostałościach (np. UCO – used cooking oil, odpady leśne), gdzie unika się konkurowania z produkcją żywności oraz zmniejsza presję na użytkowanie gruntów.

Dla firm petrochemicznych rozwój SAF staje się obszarem strategicznym z kilku powodów:

• Możliwość wykorzystania istniejącej infrastruktury – rafinerie, terminale, rurociągi i systemy logistyczne mogą być w dużym stopniu użyte do wytwarzania i dystrybucji SAF, co ogranicza nakłady inwestycyjne potrzebne do transformacji energetycznej.
• Dywersyfikacja portfela produktów – w obliczu przewidywanego spadku popytu na benzynę i olej napędowy, segment paliw lotniczych (w tym SAF) jawi się jako obszar o relatywnie stabilnym zapotrzebowaniu.
• Budowa przewagi konkurencyjnej – rafinerie, które jako pierwsze opanują skalowalną produkcję SAF o wysokiej jakości, mogą stać się preferowanymi dostawcami dla linii lotniczych dążących do redukcji śladu węglowego.

Jednocześnie istnieje szereg barier: wysoki koszt produkcji, ograniczona dostępność surowców biogenicznych wysokiej jakości, złożone procedury certyfikacyjne oraz konieczność długoterminowych kontraktów z branżą lotniczą. Wymaga to ścisłej współpracy między producentami paliw, dostawcami technologii, regulatorami oraz operatorami lotniczymi.

Integracja kerosyny i SAF w łańcuchu wartości przemysłu petrochemicznego

Przemysł petrochemiczny stoi obecnie przed zadaniem jednoczesnego utrzymania sprawnie funkcjonującego systemu produkcji konwencjonalnej kerosyny oraz wdrażania rozwiązań SAF. Przekłada się to na zmiany w planowaniu inwestycji, zarządzaniu strumieniami materiałowymi oraz strukturze rafinerii. W praktyce obserwuje się kilka równoległych trendów integracyjnych.

Po pierwsze, wiele rafinerii decyduje się na budowę dedykowanych jednostek HEFA lub współprzetwarzanie olejów biogenicznych w istniejących instalacjach hydrorafinacji. Współprzetwarzanie polega na równoczesnym podawaniu frakcji ropopochodnych i surowców biogenicznych do reaktora HDS/HYDROCRACKING. W efekcie powstaje mieszanka węglowodorów, w której część atomów węgla pochodzi z biomasy, co pozwala obniżyć ślad węglowy produktu końcowego.

Współprzetwarzanie stawia jednak przed rafineriami dodatkowe wyzwania operacyjne:

• Zmienna zawartość tlenu w surowcach biogenicznych wymaga dostosowania warunków procesu (temperatury, ciśnienia, stosunku wodoru do węgla) oraz modyfikacji składu katalizatorów.
• Obecność zanieczyszczeń specyficznych dla odpadów (fosfor, metale, chlor) może prowadzić do szybszej dezaktywacji katalizatorów i wymuszać częstsze regeneracje.
• Różnice w gęstości i lepkości surowców utrudniają ich jednorodne mieszanie oraz stabilne prowadzenie reaktorów.

Drugim nurtem jest integracja z chemią odnawialną oraz przemysłem gazowym. Produkcja e-fuels wymaga dostępu do zielonego wodoru, wytwarzanego poprzez elektrolizę wody z wykorzystaniem energii z OZE, oraz do źródeł CO₂. Rafinerie, jako węzły wysokotemperaturowych procesów, dysponują znacznymi strumieniami dwutlenku węgla, który może zostać skierowany do instalacji wychwytu i dalszej syntezy paliw. Powstaje w ten sposób obieg zamknięty węgla, w którym odpady procesowe stają się surowcem do wytwarzania syntetycznej kerosyny.

W handlu i logistyce paliw lotniczych istotnym zagadnieniem jest utrzymanie jakości mieszanin kerosyny i SAF w całym łańcuchu dostaw. Z reguły mieszanie odbywa się na poziomie terminali paliwowych lub rafinerii, gdzie istnieją możliwości precyzyjnej kontroli składu oraz prowadzenia analiz laboratoryjnych. Następnie mieszanka jest transportowana rurociągami, cysternami kolejowymi lub autocysternami do lotnisk, gdzie trafia do systemu zbiorników i rurociągów lotniskowych.

Dla operatorów systemów paliwowych na lotniskach kluczowe jest zapewnienie, aby w jednym systemie nie mieszać paliw niespełniających tej samej normy docelowej. Oznacza to, że każda partia paliwa – niezależnie od tego, czy zawiera domieszkę SAF, czy jest czysto kopalna – musi być jednorodna w obrębie danej infrastruktury. Wymaga to rozwiniętej dokumentacji partii, śledzenia pochodzenia oraz ujednoliconego systemu certyfikacji dostaw.

Integracja kerosyny i SAF ma też wymiar ekonomiczny. Konieczne jest opracowanie modeli cenowych, które uwzględniają wyższe koszty produkcji paliw zrównoważonych, przy jednoczesnym zachowaniu konkurencyjności dla linii lotniczych. Rozwiązaniem stają się mechanizmy wsparcia regulacyjnego – obowiązkowe udziały SAF w paliwie sprzedawanym na rynku (mandaty), systemy certyfikatów pochodzenia, a także kontrakty długoterminowe typu offtake, w których linie lotnicze gwarantują odbiór określonych wolumenów paliwa po z góry ustalonej formule cenowej.

W miarę wzrostu udziału SAF w rynku rośnie znaczenie kwestii standardów technicznych. Organizacje międzynarodowe, takie jak ASTM International czy IATA, pracują nad poszerzaniem listy dopuszczonych ścieżek produkcji SAF, a także nad ewentualnym zwiększaniem maksymalnego udziału tych paliw w mieszankach z kerosyną kopalną. W dalszej perspektywie rozważa się możliwość stosowania w pełni syntetycznej kerosyny (tzw. drop-in fuels), która mogłaby zastąpić konwencjonalne paliwo bez zmian w konstrukcji silników, instalacji paliwowych i infrastruktury naziemnej.

Równolegle widoczny jest wpływ trendu dekarbonizacji na rozwój całego otoczenia petrochemicznego. Zapotrzebowanie na wysokiej jakości katalizatory, technologie wychwytu i wykorzystania CO₂, instalacje do produkcji zielonego wodoru oraz systemy magazynowania energii wymusza większą integrację między producentami paliw, firmami inżynieryjnymi i sektorem energetycznym. W efekcie tradycyjny model „rafineria – terminal – lotnisko” stopniowo przekształca się w bardziej złożony ekosystem, w którym przepływy surowców i energii są zoptymalizowane pod kątem minimalizacji śladu węglowego.

Znaczącą rolę odgrywają również cyfryzacja i zaawansowana analityka danych. Monitorowanie właściwości paliwa w czasie rzeczywistym, modelowanie reakcji hydrorafinacji dla zmiennego składu surowców, prognozowanie żywotności katalizatorów czy optymalizacja procesów destylacyjnych stają się niezbędne dla utrzymania efektywności ekonomicznej produkcji. Narzędzia cyfrowe pozwalają też na wiarygodne śledzenie pochodzenia paliwa, co ma kluczowe znaczenie dla systemów raportowania emisji i certyfikacji neutralności węglowej.

Relacja między kerosyną a SAF nie jest zatem relacją rywalizacji, lecz współistnienia i stopniowego przesuwania punktu ciężkości. Tradycyjna kerozyna pozostaje obecnie niezbędnym składnikiem mieszanek paliwowych, zapewniając takim parametrom jak zawartość aromatów, smarność czy kompatybilność materiałowa właściwe wartości. SAF natomiast wnosi do łańcucha wartości wymiar środowiskowy, a ich rosnąca dostępność i spadające koszty produkcji będą stopniowo zwiększać ich udział w rynku. Całość odbywa się w ramach jednego, coraz bardziej złożonego systemu przemysłu petrochemicznego, w którym kluczowe stają się innowacje technologiczne, elastyczność operacyjna oraz umiejętność integrowania różnych źródeł węgla w spójny, bezpieczny i regulacyjnie zgodny produkt końcowy.