Η αεροπορική βιομηχανία αποτελεί έναν από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους τομείς μεταφορών παγκοσμίως, συμβάλλοντας σημαντικά στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και ιδιαίτερα διοξειδίου του άνθρακα (CO₂). Η αυξανόμενη ζήτηση αερομεταφορών, σε συνδυασμό με την εξάρτηση από συμβατικά ορυκτά καύσιμα, εντείνει την ανάγκη για ανάπτυξη βιώσιμων τεχνολογιών που θα μειώσουν το ανθρακικό αποτύπωμα του κλάδου. Σύμφωνα με τους Song et al. (2025), η πολιτική απανθρακοποίησης της πολιτικής αεροπορίας αποτελεί βασικό πυλώνα για την επίτευξη των στόχων της Συμφωνίας των Παρισίων και της παγκόσμιας κλιματικής ουδετερότητας έως το 2050. Παράλληλα, οι Delbecq et al. (2025) επισημαίνουν ότι η μετάβαση της αεροπορίας σε βιώσιμες μορφές ενέργειας απαιτεί συνδυασμό τεχνολογικών, οικονομικών και πολιτικών παρεμβάσεων.

Στο πλαίσιο αυτό, η αξιοποίηση του CO₂ για την παραγωγή βιώσιμων καυσίμων αεροπορίας (Sustainable Aviation Fuels – SAF) αναδεικνύεται ως μία από τις πλέον υποσχόμενες στρατηγικές κυκλικής οικονομίας και ενεργειακής μετάβασης. Η τεχνολογία δέσμευσης και αξιοποίησης διοξειδίου του άνθρακα (Carbon Capture and Utilization – CCU) επιτρέπει τη μετατροπή του CO₂ από ρυπογόνο απόβλητο σε πολύτιμη πρώτη ύλη για την παραγωγή συνθετικών καυσίμων, όπως e-kerosene, μεθανόλη και συνθετικοί υδρογονάνθρακες (Ramos-Fernandez et al., 2025). Οι τεχνολογίες αυτές βασίζονται κυρίως στη χρήση πράσινου υδρογόνου, το οποίο παράγεται μέσω ηλεκτρόλυσης νερού με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, και στη συνέχεια συνδυάζεται με CO₂ για την παραγωγή καυσίμων χαμηλών εκπομπών άνθρακα (Anand et al., 2025).

Από την ανάλυση προκύπτει ότι οι διαδρομές Power-to-Liquid με χρήση πράσινου υδρογόνου και καταλυτικής μετατροπής CO₂ μέσω RWGS/Fischer–Tropsch αποτελούν την πιο τεχνολογικά ώριμη επιλογή για παραγωγή e-SAF, ενώ οι βιολογικές διαδρομές παρουσιάζουν σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον αλλά παραμένουν λιγότερο ώριμες για εφαρμογή μεγάλης κλίμακας. Συνολικά, η αξιοποίηση του CO₂ μπορεί να αποτελέσει βασικό πυλώνα μετάβασης προς κλιματικά ουδέτερες αερομεταφορές, εφόσον υποστηριχθεί από επαρκή διαθεσιμότητα ανανεώσιμης ενέργειας, κατάλληλες πολιτικές και εκτεταμένες επενδύσεις.

Ιδιαίτερη σημασία παρουσιάζουν οι διεργασίες Power-to-Liquid (PtL), οι οποίες αξιοποιούν ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια για τη σύνθεση υγρών καυσίμων μέσω αντιδράσεων όπως η Reverse Water Gas Shift (RWGS) και η σύνθεση Fischer–Tropsch. Σύμφωνα με τους Panzone et al. (2020), η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει σε παραγωγή καυσίμων σχεδόν ουδέτερου ανθρακικού ισοζυγίου, εφόσον το CO₂ προέρχεται από βιογενείς ή ατμοσφαιρικές πηγές. Παράλληλα, οι Blay-Roger et al. (2024) τονίζουν ότι οι εξελίξεις στους καταλύτες Fischer–Tropsch βελτιώνουν σημαντικά την ενεργειακή απόδοση και την επιλεκτικότητα της παραγωγής αεροπορικών καυσίμων.

Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι βιολογικές διαδρομές αξιοποίησης CO₂, όπως η χρήση μικροαλγών και μεταβολικά τροποποιημένων μικροοργανισμών. Οι Ahmad και Ashraf (2025) υπογραμμίζουν ότι οι μικροάλγες μπορούν να δεσμεύουν μεγάλες ποσότητες CO₂ μέσω φωτοσύνθεσης και να παράγουν λιπίδια κατάλληλα για μετατροπή σε biojet fuels. Παρόμοια, οι Panich et al. (2025) επισημαίνουν ότι η μεταβολική μηχανική βακτηρίων όπως το Cupriavidus necator δημιουργεί νέες δυνατότητες παραγωγής βιώσιμων καυσίμων απευθείας από CO₂.

Παρά τις σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις, η εμπορική εφαρμογή των SAF αντιμετωπίζει ακόμη προκλήσεις που σχετίζονται με το υψηλό κόστος παραγωγής, την περιορισμένη διαθεσιμότητα πράσινου υδρογόνου, την ανάγκη για ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια μεγάλης κλίμακας και τις απαιτούμενες υποδομές μεταφοράς και αποθήκευσης (Schemme et al., 2017). Παρ’ όλα αυτά, η συνεχής πρόοδος στις τεχνολογίες CCU, η ανάπτυξη νέων καταλυτικών διεργασιών και οι διεθνείς πολιτικές στήριξης ενισχύουν τις προοπτικές ευρείας υιοθέτησης βιώσιμων καυσίμων αεροπορίας στο μέλλον.

Ο αεροπορικός τομέας συγκαταλέγεται μεταξύ των δυσκολότερα απανθρακοποιήσιμων τομέων μεταφορών λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας που απαιτούν οι αεροπορικές μεταφορές και της περιορισμένης δυνατότητας άμεσης ηλεκτροκίνησης. Στο πλαίσιο αυτό, τα βιώσιμα καύσιμα αεροπορίας (Sustainable Aviation Fuels – SAF) και ιδιαίτερα τα συνθετικά καύσιμα που παράγονται μέσω αξιοποίησης διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) αναδεικνύονται ως κρίσιμες τεχνολογικές επιλογές για τη μείωση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση και αξιολόγηση των πιθανών δρόμων αξιοποίησης του CO₂ για τη σύνθεση βιώσιμων καυσίμων αεροπορίας, με έμφαση στις τεχνολογικές, περιβαλλοντικές και τεχνοοικονομικές διαστάσεις των διαφορετικών διαδρομών παραγωγής. Ειδικότερα, εξετάζονται θερμοχημικές, ηλεκτροχημικές και βιολογικές οδοί μετατροπής CO₂, καθώς και οι δυνατότητες ενσωμάτωσής τους στο μελλοντικό ενεργειακό σύστημα της αεροπορίας.

Η παρούσα εργασία βασίστηκε σε συστηματική βιβλιογραφική ανασκόπηση με στόχο τη συγκριτική αξιολόγηση πιθανών διαδρομών αξιοποίησης του CO₂ για παραγωγή βιώσιμων καυσίμων αεροπορίας. Η αναζήτηση πραγματοποιήθηκε στις βάσεις δεδομένων ScienceDirect, Scopus, SpringerLink και Google Scholar χρησιμοποιώντας συνδυασμούς λέξεων-κλειδιών όπως: “CO₂ utilization”, “sustainable aviation fuel”, “Power-to-Liquid”, “e-fuels”, “RWGS”, “Fischer–Tropsch”, “CCUS”, “green hydrogen”, “aviation decarbonization” και “Direct Air Capture”.

Ως χρονικό εύρος επιλέχθηκαν κυρίως δημοσιεύσεις της περιόδου 2017–2025, με εξαίρεση παλαιότερες θεμελιώδεις μελέτες που θεωρήθηκαν απαραίτητες για την κατανόηση βασικών τεχνολογικών αρχών. Συμπεριλήφθηκαν άρθρα περιοδικών με κριτές (peer-reviewed), τεχνικές αναφορές διεθνών οργανισμών και κανονιστικά κείμενα. Τα κριτήρια αποκλεισμού περιλάμβαναν μη τεκμηριωμένες πηγές, μη επιστημονικές δημοσιεύσεις, εργασίες περιορισμένης τεχνικής συνάφειας και πηγές χωρίς σαφή ποσοτικά δεδομένα.

Η συγκριτική αξιολόγηση των τεχνολογιών πραγματοποιήθηκε βάσει έξι βασικών κριτηρίων: τεχνολογική ωριμότητα, ενεργειακή απόδοση, περιβαλλοντικό όφελος, οικονομικό κόστος, δυνατότητα βιομηχανικής κλιμάκωσης και συμβατότητα με την υφιστάμενη αεροπορική υποδομή.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η περιβαλλοντική απόδοση των διαδρομών αξιοποίησης CO₂ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την προέλευση του δεσμευμένου άνθρακα, τη διαθεσιμότητα ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας και την παραγωγή πράσινου υδρογόνου. Παράλληλα, η τεχνοοικονομική αξιολόγηση καταδεικνύει ότι το υψηλό κόστος ηλεκτρόλυσης, οι ενεργειακές απαιτήσεις δέσμευσης CO₂ και η ανάγκη μεγάλων επενδύσεων σε υποδομές εξακολουθούν να αποτελούν σημαντικούς περιοριστικούς παράγοντες.

Από την ανάλυση προκύπτει ότι οι διαδρομές Power-to-Liquid με χρήση πράσινου υδρογόνου και καταλυτικής μετατροπής CO₂ μέσω RWGS/Fischer–Tropsch αποτελούν την πιο τεχνολογικά ώριμη επιλογή για παραγωγή e-SAF, ενώ οι βιολογικές διαδρομές παρουσιάζουν σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον αλλά παραμένουν λιγότερο ώριμες για εφαρμογή μεγάλης κλίμακας. Συνολικά, η αξιοποίηση του CO₂ μπορεί να αποτελέσει βασικό πυλώνα μετάβασης προς κλιματικά ουδέτερες αερομεταφορές, εφόσον υποστηριχθεί από επαρκή διαθεσιμότητα ανανεώσιμης ενέργειας, κατάλληλες πολιτικές και εκτεταμένες επενδύσεις.

Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες σε όλους όσοι συνέβαλαν, άμεσα ή έμμεσα, στην πραγματοποίησή της. Αρχικά, εκφράζω τις ειλικρινείς μου ευχαριστίες στην επιβλέπουσα καθηγήτριά μου, Γούλα Μαρία για την επιστημονική καθοδήγηση

The aviation sector is considered one of the most challenging sectors to decarbonize due to the high energy density requirements of air transportation and the limited potential for direct electrification. In this context, Sustainable Aviation Fuels (SAF), particularly synthetic fuels produced through carbon dioxide (CO₂) utilization, are emerging as critical technological pathways for reducing greenhouse gas emissions.

The aim of this thesis is to investigate and evaluate potential pathways for CO₂ utilization in the synthesis of sustainable aviation fuels, focusing on the technological, environmental, and techno-economic dimensions of different production routes. Particular emphasis is placed on thermochemical, electrochemical, and biological pathways and their integration into future aviation energy systems.

The methodological approach is based on an extensive literature review of recent scientific publications, life cycle assessment (LCA) studies, techno-economic analyses, and international decarbonization policies. The study examines Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) technologies, green hydrogen production, Reverse Water Gas Shift (RWGS) processes, Fischer–Tropsch synthesis, e-kerosene production, biological CO₂ utilization through microalgae and metabolically engineered microorganisms, as well as alternative pathways including Methanol-to-Jet and Alcohol-to-Jet technologies.

The findings indicate that the environmental performance of CO₂ utilization pathways strongly depends on carbon source selection, renewable electricity availability, and green hydrogen production. Furthermore, techno-economic evaluation highlights that electrolysis costs, energy-intensive CO₂ capture processes, and infrastructure investments remain major barriers to large-scale deployment.

The analysis suggests that Power-to-Liquid pathways using green hydrogen and catalytic CO₂ conversion through RWGS/Fischer–Tropsch currently represent the most technologically mature route for e-SAF production, while biological pathways remain promising but less mature for industrial-scale implementation. Overall, CO₂ utilization can play a significant role in achieving climate-neutral aviation, provided that large-scale renewable energy deployment, supportive policies, and sustained investments are ensured.