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Warum enthält Flugzeuggas noch Blei?

2020

Diese Geschichte wurde ursprünglich auf FlyingMag.com veröffentlicht.

Jon Whittle Fotografie

Die Gefahren, die von der krebserzeugenden Toxizität von Blei ausgehen, sei es beim Einatmen oder bei der Aufnahme in die Blutbahn, sind seit Jahrzehnten bekannt. Blei ist für Kinder in ihren Entwicklungsjahren besonders schädlich. Die US-Umweltschutzbehörde begann Mitte der 1980er Jahre mit der Diskussion über ein vollständiges Verbot von Blei in Autobenzin und verbot vor fast 25 Jahren die Verwendung von Schwermetallen in allen in den USA verkauften Kraftstoffen, mit einer Ausnahme: Flugbenzin oder Avgas.

Die allgemeine Luftfahrt benötigte einen Kraftstoff mit hoher Oktanzahl, um Hochkompressionskolbenmotoren anzutreiben, und forderte die Hersteller auf, vor der Auslieferung Tetraethyl-Blei zuzusetzen, um ein beschädigtes Motorklopfen oder eine Detonation zu verhindern, die zu Motorschäden führen könnte. Je höher die Oktanzahl, desto besser ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Kraftstoff ohne Detonation komprimiert werden kann. Die FAA schätzte kürzlich, dass heute fast 170.000 Flugzeuge mit 100 bleiarmen Treibstoffen (Low Blei, LL) betrieben werden und jährlich 150 bis 175 Millionen Gallonen verbrennen.

Tim Roehl, Präsident von Ada, GAMI mit Sitz in Oklahoma, einem Unternehmen, das einen bleifreien Flugkraftstoff herstellt, sagt, dass dies etwa „ein Zehntel von einem Prozent des Umsatzes der Kraftstoffhersteller für Automobile ist, ein winziger Teil ihres Umsatzes“ Es zeigt auf, warum große Kraftstoffunternehmen möglicherweise wenig Motivation haben, ihr Geschäft zu ändern, um das Problem zu lösen.

Die FAA stellt eindeutig fest, dass die Avgasemissionen den größten Anteil an den relativ geringen Bleiemissionen in den USA haben. Ein von der FAA bleifreies Avgas Transition Aviation Rule Making Committee (UAT ARC) stellte 2012 fest, dass "Petitionen und potenzielle Rechtsstreitigkeiten von Umweltorganisationen in Bezug auf bleihaltiges Avgas die US-Umweltschutzbehörde aufgefordert haben, regulatorische Maßnahmen zur Eliminierung oder Reduzierung der Bleiemissionen von zu erwägen Flugzeug." Im Jahr 2010 veröffentlichte die EPA eine vorgezogene Bekanntmachung des Vorschlags zur Regelsetzung für Kolbenmotoren mit verbleitem Avgas, obwohl keine sofortigen Maßnahmen ergriffen wurden. Die vorübergehende Wiedergutmachung für 100LL erfolgte offenbar, nachdem die FAA zugestimmt hatte, mit der Suche nach einem alternativen Kraftstoff zu beginnen, obwohl die Behörde eine Hürde für den Prozess einräumte. "Aufgrund der begrenzten Größe des Avgas-Marktes, der nachlassenden Nachfrage, der besonderen Eigenschaften von Avgas, der Sicherheit, der Haftung und der mit einer umfassenden Genehmigung und Bereitstellung verbundenen Investitionskosten gibt es keinen marktbestimmten Grund, auf einen Ersatzbrennstoff umzusteigen verarbeiten."

Chris D'Acosta, CEO von Swift Fuel, sagt, das Unternehmen habe UL94-Flugbenzin eingeführt, "weil wir als Marktführer bei der Suche nach einer bleifreien 100-Oktan-Lösung wussten, dass es eine Herausforderung werden würde, und wir wussten auch, dass viele Piloten unter der Wahrnehmung waren Die EPA zwang sie zu einem Wechsel. Es muss nicht alles auf ein Regierungsmandat hinauslaufen. Wir wollen die Piloten über die Vorteile von bleifreiem Kraftstoff aufklären - keine Verschmutzung der Zündkerzen, keine Bleikorrosion im Ölsystem weniger häufige Wartung und geringere Toxizität. "

GAMIs Roehl merkt an, dass das Verbrennen von bleifreiem Kraftstoff den Motor nur wesentlich schont. Die Auswirkungen von Blei und seines Spülmittels im Kraftstoff verursachen auch Probleme mit Ventilen. “Er erklärt, warum GAMI seit Jahren auf der Suche nach der richtigen bleifreien Kraftstoffformel ist. »Wir tun viel für GA. Das ist nur die Natur unseres Unternehmens. Wir haben aber auch die Möglichkeit, die Oktanleistung von Motoren vor Ort zu testen. Wir haben ein einzigartiges Branchenwissen darüber, wie man einen bleifreien Kraftstoff mit hoher Oktanzahl einführt, und wir möchten, dass die Branche die Auswirkungen des Problems erkennt erhöht von 15.000 Meilen auf 60.000 Meilen oder mehr, ganz zu schweigen von längeren Intervallen zwischen Ölwechseln. GA werde von denselben Vorteilen profitieren, prognostiziert er.

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Der Austausch von 100LL begann mit der Gründung der UAT ARC, die schließlich zur Gründung der Initiative für kollaborative Kolbenflugkraftstoffe (PAFI) im Jahr 2014 führte. Die Mission von PAFI besteht darin, bleifreie Ersatzkraftstoffkandidaten zu bewerten und diese zu identifizieren bestmögliche technische Befriedigung der Bedürfnisse der vorhandenen Flugzeugflotte unter Berücksichtigung der Auswirkungen dieser Kraftstoffe auf Produktion, Vertrieb, Kosten, Verfügbarkeit [und] Umwelt und Gesundheit. Die FAA ist der Ansicht, dass PAFI der beste Weg zu einer Flottenverbreitung ist Die Genehmigung einer neuen Kraftstoffformulierung, die die bestehende Kolbenmotorenflotte am wenigsten belastet und vor allem eine sichere Alternative zu verbleitem Avgas darstellt. Sobald ein Kraftstoff ausgewählt ist, würde ein einzelnes Flugzeug ein zusätzliches Musterzertifikat (STC) benötigen, um den Übergang abzuschließen.

Zu den PAFI-Mitgliedern zählen die FAA sowie die AOPA, die EAA, die National Business Aviation Association, die National Air Transportation Association und die General Aviation Manufacturers Association. Über den Übergangsprozess gibt es von der FAA wenig Neues, da die Agentur an firmeneigene Vereinbarungen gebunden ist, die jedem die Hände binden. Als Shell zum Beispiel nach den Fortschritten bei der Entwicklung einer neuen Kraftstoffformel gefragt wurde, verwies ein Unternehmenssprecher Flying auf die FAA-Website der avgas-Initiative, auf der die Agentur alle Aktualisierungen veröffentlicht. Andere Unternehmen außerhalb von PAFI suchen ebenfalls nach einem alternativen Kraftstoff, darunter Phillips 66 und GAMI. Bisher muss noch ein Ersatzkraftstoff identifiziert werden, den die FAA für die gesamte GA-Flotte genehmigen kann.

Die anfängliche Suche von PAFI nach einem bleifreien Ersatzkraftstoff endete mit 17 Möglichkeiten, die die Gruppe schließlich auf nur zwei reduzierte, eine von Shell und eine von Swift Fuels. Im vergangenen Herbst entdeckte das FAA-Büro für alternative Kraftstoffe nicht spezifizierte Probleme mit beiden Kraftstoffen und plante eine Forschungspause, um beiden Unternehmen die Möglichkeit zu geben, ihre Formeln zu überdenken.

Zu diesem Zeitpunkt entfernte sich Swift freiwillig von der PAFI-Konkurrenz und setzte seine Bemühungen fort, seinen eigenen bleifreien UL102-Kraftstoff zu zertifizieren, indem er privat mit der FAA und den OEMs zusammenarbeitete. Swift verkauft UL94 bereits in einigen Regionen des Landes und hat bisher in Zusammenarbeit mit Motorenherstellern sowie in der Flugkraftstoff- und Motorentestanlage der FAA im Technical Center in Atlantic City eine Reihe von Motorleistungstests für seine UL102-Benzinformulierung durchgeführt. New Jersey.

Swifts D'Acosta sagt: „Wir produzieren, verkaufen und vermarkten unser eigenes UL94-Avgas, mit dem zwei Drittel der aktuellen US-Kolbenflotte, also etwa 110.000 Flugzeuge, angetrieben werden können. Wir verkaufen UL94, weil wir nach der Lösung mit hoher Oktanzahl streben, und wir möchten, dass die Leute wissen, dass Swift nach dem branchenweiten Ersatz für 100LL sucht, der gesamten Enchilada. Wir sehen UL94 als Sprungbrett für diese Lösung. “

Laut Tim Roehl fliegt GAMI „schon seit Jahren unter dem Radar“ mit Bemühungen, die vor PAFI begannen, aber das Unternehmen schleicht sich nun „an unsere erste Zertifizierung für bleifreie Kraftstoffe“. GAMI verfügt über bedeutende interne Testfähigkeiten, die vergleichbar sind an die FAA Atlantic City Einrichtung. Sowohl Swift als auch GAMI sind der Ansicht, dass eine von PAFI unbelastete Arbeit einen bleifreien Kraftstoff schneller auf den Markt bringen wird.

Chris Pollitt, stellvertretender Vizepräsident für Technik bei Continental Aerospace Technologies (ehemals Continental Motors), erwähnte eine weitere Hürde bei der Entwicklung einer neuen Formel für bleifreien Kraftstoff: „Der neue Kraftstoff muss exakt die gleiche Leistung wie 100LL liefern, ohne dass Anpassungen erforderlich sind.“ Die meisten Motoren können angepasst werden Um Änderungen der Kraftstoffeigenschaften oder Leistungsgrenzen Rechnung zu tragen, kann die überwiegende Mehrheit der Motoren problemlos an einen Kraftstoff mit geringfügig unterschiedlichen Eigenschaften angepasst werden. "Die Forderung nach 100-prozentiger Abwärtskompatibilität mit Nullanpassungen ist eine erhebliche Einschränkung und bildet den Kern der Pattsituation von PAFI", sagt Pollitt.

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Ohne das Blei hat Avgas von Natur aus eine Oktanzahl von 94, was bedeutet, dass eine Art ungiftiges Additiv eingemischt werden muss, um die Oktanzahl auf mindestens 100 zu erhöhen. Phillips 66 plant die Verwendung eines Mangan-basierten Additivs, das in den USA erfunden wurde Ende der 1950er Jahre bekannt für Motorvorteile wie Oktanzahlerhöhung, Detonationsschutz, Ventil-Sitz-Rezession und Verbesserung der Verbrennung. Laut Phillips 66 stellt Mangan keine Bedrohung für den Menschen dar, denn „es ist ein wesentliches Element für den Körper und wird durch normale Prozesse reguliert. Es kommt natürlich auch in der Umwelt vor und ist im Boden, in der Nahrung und im Wasser, die wir trinken, reichlich vorhanden. “

Swift hat sechs Jahre damit verbracht, einen bleifreien Kraftstoff zu entwickeln. D'Acosta sagt: „Bei der Entwicklung von UL94 haben wir einen reinen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff ohne spezielle Oktan-Booster verwendet. Es ist 100LL ohne Blei. In den letzten 10 Jahren haben wir im FAA Tech Center etwa ein Dutzend Kraftstoffformulierungen testen lassen und arbeiten eng mit den Motorenherstellern zusammen, um unsere Kraftstoffe gemäß den internationalen ASTM-Spezifikationen zu testen. “Die Sorge aller GA-Piloten ist natürlich, die Umwelt zu schonen Bleiproblem könnte $ 15 pro Gallone Kraftstoff schaffen. "Mit 100LL wird niemand eine Lösung entwickeln, die im Allgemeinen nicht kommerziell wettbewerbsfähig ist", sagt D 'Acosta. "Niemand würde es kaufen."

Nur wenige Unternehmen sind mehr auf den zusätzlichen Verschleiß von Triebwerken eingestellt als die Hersteller. Tim Kenny, technischer Leiter von Continental Application, hofft auf eine Lösung. "Wir sind zu 98 Prozent auf dem Weg dorthin, wo wir zu diesem Zeitpunkt sein müssen", sagt er.

Und natürlich muss die GA-Flotte nur minimal verwüstet werden. Continental ist bestrebt, alle Motoren am Laufen zu halten. Aber was ist, wenn der aktuelle PAFI-Test am Ende ergibt, dass nur drei Viertel der aktuellen Flotte gewartet werden müssen, um die bestmögliche Antwort zu erhalten?

Lycoming glaubt, dass es nur ein Problem ist, einige Flugzeugbesitzer hoch und trocken zu lassen, so ein Bericht auf der Website des Unternehmens. „Wenn unsere Nachfrage nach Arbeitspferdeflugzeugen nachlässt, leiden wir alle unter höheren Kosten und einem geringeren FBO-Servicelevel. Aber nicht alle Flugzeuge und Triebwerke benötigen 100 Oktan. Es sind die Parameter jenseits der Oktanzahl, die es uns ermöglichen, heute die Lufttüchtigkeit für die spezifizierten Luftfahrzeug-Betriebsumschläge zu erreichen. Die Flotte, die wir heute fliegen, ist etwa 50-mal so groß wie die jährliche Produktion neuer Flugzeuge und basiert auf Technologien, die auf der Basis von Avgas entwickelt wurden. Wir können die bestehende Flotte nicht aufgeben. “

Die Herstellung und Verteilung eines neuen bleifreien Kraftstoffs könnte ebenfalls eine Herausforderung darstellen.

Roehl glaubt, dass GAMI einen Weg gefunden hat, um dieses Problem zu umgehen. "Unser Brennstoff G100UL" kann sowohl von derzeitigen Brennstoffherstellern in der Industrie als auch von einer spezialchemieverarbeitenden Industrie hergestellt werden. Um wettbewerbsfähige Kosten zu gewährleisten, möchten wir die vorhandenen Vertriebssysteme nutzen. Wenn wir etwas Neues schaffen, wird es teuer. «

Swift Fuels Flugbenzin wird nur in Indiana hergestellt. Dies bedeutet, dass der Lkw-Verkehr derzeit die einzige Möglichkeit ist, das Produkt in andere Teile der USA zu bringen. "Wenn wir wesentlich größere Mengen produzieren müssten, könnten wir größere Ölfirmen mit unserer firmeneigenen Formel beauftragen, diese Arbeit für uns zu erledigen", sagt D'Acosta dies in kleinen Mengen. Unabhängig davon, welches Unternehmen einen bleifreien Kraftstoff mit 100 Oktan produziert, muss es natürlich die FAA-Prüfung bestehen.

»Ohne die FAA können wir in diesem Bereich nichts unternehmen«, fügt D'Acosta hinzu. »Sie haben hart gearbeitet, um einen PAFI-Plan für die Zeit nach 2018 aufzustellen, aber sie hatten viel zu tun. Es ist eine große Organisation mit vielen Vorschriften, und die Suche nach einem 100-Liter-Ersatz ist ein großes, kompliziertes Unterfangen. Ich denke, die EPA wartet darauf, dass die FAA eine funktionsfähige bleifreie Avgas-Lösung einrichtet, denn niemand möchte die 100-lL-Produktion einstellen, es sei denn, es gibt eine tragfähige flächendeckende Antwort. «

Die FAA teilte kürzlich mit, dass Shell an Abhilfemaßnahmen für den ersten Versuch gearbeitet und einen optimierten Kraftstoff bereitgestellt habe. Im William J. Hughes Technical Center wurden vorläufige Tests für die Inbetriebnahme gestartet, und die PAFI-Website wird in Kürze aktualisiert. Die EPA bewertet derzeit die Auswirkungen der Bleiemissionen von Flugzeugen, die verbleites Flugbenzin verwenden, und erstellt zwei technische Berichte, die voraussichtlich noch in diesem Jahr veröffentlicht werden. Peter White, der PAFI-Co-Lead der FAA, erklärt: „Die FAA wird eine flächendeckende Genehmigung für den Betrieb dieser Kraftstoffe schaffen. Dann ist es Sache des Marktes, umzusteigen und diese Kraftstoffe in Betrieb zu nehmen. “White ist jedoch auch der Ansicht, dass es wahrscheinlich eines regulatorischen Treibers bedarf, um den Übergang zu einem bleifreien Kraftstoff zu erzwingen . Bleib dran.

Neue Umweltgesetze zur Reduzierung der Schwefeloxidemissionen der globalen Schifffahrtsindustrie könnten zu einem Preisanstieg für Düsentreibstoff führen, da sich die Schifffahrtsindustrie vom „Fassboden“ der Schweröle entfernt, um das Schwefel-Destillat zu senken Kraftstoffe, die Diesel, Kerosin und Jet-A ähnlicher sind.

Und die Änderung kommt schnell: Am 1. Januar 2020 wird die Internationale Seeschifffahrtsorganisation eine Obergrenze für die globalen Schwefelemissionen von Schiffskraftstoffen festlegen, was viele Schiffsbetreiber dazu veranlasst, von dem schwefelreichen Bunkeröl, das sie heute verwenden, auf umweltfreundlichere umzusteigen umweltfreundliche Kraftstoffe wie Schiffsgasöl und schwefelarmes Heizöl.

Schiffsbetreiber können auch Gaswäscher an Bord installieren, um Schwefel aus schwerem Kraftstoff zu entfernen oder Schiffe in brennendes flüssiges Erdgas umzuwandeln. Beide Optionen sind jedoch teurer und schwieriger als die Umstellung auf schwefelarmen Kraftstoff.

Darin liegt die potenzielle Sorge der Betreiber von Turbinenflugzeugen (und der Eigentümer von Dieselfahrzeugen), da die Raffinerien Schwierigkeiten haben, den massiven Produktionsbedarf an schwefelarmem Schiffstreibstoff zu decken.

Da die Schiffsbetreiber nach der IMO-2020-Regel auf Schwer- kraftstoffe zugunsten von Destillat-Kraftstoffen (Diesel und Jet-A) verzichten müssen, ist mit einem starken und sofortigen Preisanstieg zu rechnen. Die US Energy Information Administration hat für Diesel nach dem 1. Januar 2020 einen Anstieg von 65 Cent pro Gallone prognostiziert.

Niemand weiß genau, was mit dem Preis von Jet-A passieren wird, aber die jüngsten Derivatekontrakte für die künftige Treibstoffproduktion scheinen die Annahme zu stützen, dass die Preise zwangsläufig steigen werden. Die Schätzungen von Marktanalysten sind etwas weniger pessimistisch, da sie für Diesel einen Anstieg von 25 bis 50 Cent pro Gallone prognostizieren. Wir werden früh genug wissen, wie sich die tatsächlichen Auswirkungen auf die Treibstoffpreise auswirken werden. - Stephen Pope, Chefredakteur

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