Почему в авиационном газе до сих пор содержится свинец?

Опасности, связанные с канцерогенной токсичностью свинца, независимо от того, вдыхается ли он или всасывается в кровь, известны уже несколько десятилетий. Свинец особенно вреден для детей в период их развития. Агентство по охране окружающей среды США начало обсуждать вопрос о полном запрете свинца в автомобильном бензине еще в середине 1980-х годов и почти 25 лет назад объявило тяжелый металл вне закона во всех видах топлива, продаваемых в США, за одним исключением: авиационный бензин, или авиагаз.

Потребность авиации общего назначения в высокооктановом топливе для работы поршневых двигателей с высокой степенью сжатия потребовала от производителей авиабензина добавлять тетраэтилсвинец перед поставкой для предотвращения вредного стука двигателя, или детонации, которая может привести к повреждению двигателя. Чем выше октановое число, тем больше шансов, что топливо может быть сжато без детонации. По недавним оценкам FAA, сегодня около 170 000 самолетов работают на топливе со 100 низким содержанием свинца (LL), сжигая от 150 до 175 миллионов галлонов ежегодно.

Тим Роэл, президент компании GAMI из Ады, штат Оклахома, которая занимается созданием неэтилированного авиационного топлива, говорит, что это примерно "одна десятая процента от того, что топливные компании продают для автомобилей, ничтожная часть их доходов", и это подчеркивает, почему у крупных топливных компаний может быть мало мотивации изменять свой бизнес для решения проблемы.

FAA четко осознает, что выбросы авиабензина стали самым большим вкладом в относительно низкие уровни выбросов свинца, производимые в США. Комитет FAA по разработке авиационных правил перехода на неэтилированный авиабензин (UAT ARC) в 2012 году установил, что "петиции и потенциальные судебные разбирательства со стороны экологических организаций по поводу свинецсодержащего авиабензина призывают Агентство по охране окружающей среды США рассмотреть возможность принятия нормативных мер по устранению или сокращению выбросов свинца от самолетов". В 2010 году Агентство по охране окружающей среды опубликовало предварительное уведомление о предлагаемых правилах, направленных против поршневых двигателей, использующих этилированный бензин, хотя никаких действий сразу же предпринято не было. Временная отсрочка для 100LL, очевидно, наступила после того, как FAA согласилось начать поиск альтернативного топлива, хотя агентство признало наличие препятствий в этом процессе. "Не существует рыночных причин для перехода к замене топлива из-за ограниченного размера рынка авиабензина, уменьшающегося спроса, специального характера авиабензина, [а также] безопасности, ответственности и инвестиционных расходов, связанных с комплексным процессом утверждения и внедрения".

Генеральный директор Swift Fuel Крис Д'Акоста говорит, что компания представила авиационный бензин UL94, "потому что, будучи лидерами в стремлении к 100-октановому неэтилированному решению, мы знали, что это будет непросто, а также знали, что многие пилоты считают, что EPA принуждает их к изменениям. Не обязательно все должно сводиться к правительственному мандату. Мы хотим рассказать пилотам о преимуществах неэтилированного топлива - отсутствие нагара на свечах зажигания, отсутствие свинцовой коррозии в масляной системе, менее частое техническое обслуживание и меньшая токсичность".

Роэл из GAMI отмечает, что "сжигание неэтилированного топлива просто намного легче для двигателя. Влияние свинца и его разлагающего вещества в топливе - вот что вызывает проблемы с клапанами". Он объясняет, почему компания GAMI в течение многих лет занималась поиском правильной формулы неэтилированного топлива. "Мы делаем много вещей на благо ГА. Такова природа нашей компании. Но у нас также есть возможность тестировать октановое число в двигателях на месте. У нас есть уникальные отраслевые знания о том, как внедрить неэтилированное высокооктановое топливо, и мы хотим заставить отрасль признать влияние этой проблемы". По его словам, когда автомобили перешли от этилированного топлива, интервалы между техническими обслуживаниями увеличились с каждых 15 000 миль до каждых 60 000 миль и более, не говоря уже о более длительных интервалах между заменами масла. По его прогнозам, GA получит те же преимущества.

С чего начиналась работа

Усилия по замене 100LL начались с создания UAT ARC, что в конечном итоге привело к формированию совместной инициативы по поршневым авиационным топливам (PAFI) в 2014 году. Миссия PAFI заключается в "оценке кандидатов на замену неэтилированного топлива и выявлении тех, которые лучше всего способны технически удовлетворить потребности существующего парка воздушных судов, учитывая при этом производство, распределение, стоимость, доступность [и] воздействие этих топлив на окружающую среду и здоровье". FAA считает, что PAFI - это наиболее жизнеспособный путь к одобрению нового состава топлива для всего парка самолетов, который вызовет наименьший хаос в существующем парке поршневых двигателей и, прежде всего, станет безопасной альтернативой этилированному авиабензину. После выбора топлива отдельным самолетам потребуется дополнительный сертификат типа (STC) для завершения перехода.

Членами PAFI являются FAA, а также AOPA, EAA, Национальная ассоциация деловой авиации, Национальная ассоциация воздушного транспорта и Ассоциация производителей авиационной техники общего назначения, а производители авиационного топлива и двигателей участвуют в процессе несколько периферийно. Из FAA поступает мало новостей о процессе перехода, поскольку агентство связано соглашениями о собственности, которые связывают всем руки. Например, когда Shell спросили о ходе работы над новой формулой топлива, представитель компании отослал Flying к веб-сайту FAA по инициативе avgas, где агентство публикует все обновления. Другие компании, не входящие в PAFI, также находятся в поиске альтернативного топлива, включая Phillips 66 и GAMI. Пока еще не найдена замена топливу, которую FAA могло бы одобрить для всего флота ГА.

Первоначальный поиск PAFI неэтилированного топлива для замены неэтилированного закончился 17 вариантами, которые группа в итоге сократила до двух: один от Shell, а другой от Swift Fuels. Прошлой осенью отдел альтернативных видов топлива FAA обнаружил неопределенные проблемы с обоими видами топлива и планировал сделать перерыв в исследованиях, чтобы дать обеим компаниям возможность переосмыслить свои формулы.

В этот момент компания Swift добровольно отказалась от участия в конкурсе PAFI, предпочтя продолжить работу по сертификации собственного неэтилированного топлива UL102, сотрудничая в частном порядке с FAA и OEM-производителями. Компания Swift уже продает UL94 в некоторых регионах страны и на сегодняшний день провела целый ряд испытаний характеристик двигателя на своем бензине UL102 в сотрудничестве с производителями двигателей и в центре испытаний авиационного топлива и двигателей FAA в Техническом центре в Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси.

Д'Акоста из Swift говорит: "Мы производим, продаем и реализуем наш собственный бензин UL94, который может питать две трети нынешнего поршневого парка США, около 110 000 самолетов. Мы продаем UL94, потому что мы стремимся к высокооктановому решению, и мы хотим, чтобы люди знали, что компания Swift ищет общепромышленную замену 100LL, всю энчиладу. Мы рассматриваем UL94 как ступеньку на пути к этому решению".

Тим Роэл говорит, что GAMI "годами летала под радаром", прилагая усилия, начатые еще до PAFI, но сейчас компания "подкрадывается к нашей первой сертификации неэтилированного топлива". GAMI располагает значительными собственными возможностями для проведения испытаний, сравнимыми с возможностями центра FAA в Атлантик-Сити. И Swift, и GAMI говорят, что, по их мнению, работа, не обремененная PAFI, позволит быстрее вывести неэтилированное топливо на рынок.

Заместитель вице-президента Continental Aerospace Technologies (ранее Continental Motors) по инженерным вопросам Крис Поллитт упомянул еще одно препятствие на пути создания новой формулы неэтилированного топлива: "Новое топливо должно обеспечивать точно такие же характеристики, как и 100LL, с нулевыми корректировками". Большинство двигателей могут быть отрегулированы в соответствии с изменениями характеристик топлива или предельных рабочих характеристик, что означает, что подавляющее большинство двигателей можно легко адаптировать для работы на топливе с немного другими свойствами. "Требование стопроцентной обратной совместимости с нулевыми корректировками является существенным ограничением, и именно оно лежит в основе тупиковой ситуации, в которой находится PAFI", - говорит Поллитт.

Что вместо свинца?

Без свинца октановое число бензина avgas естественно составляет 94, что означает, что для повышения октанового числа по крайней мере до 100 необходимо добавить какую-то нетоксичную присадку. Phillips 66 заявляет, что планирует использовать присадку на основе марганца, изобретенную в конце 1950-х годов, которая, как известно, обеспечивает такие преимущества для двигателя, как повышение октанового числа, защита от детонации, спад седла клапана и улучшение сгорания. Компания Phillips 66 утверждает, что марганец не представляет угрозы для человека, поскольку "он является необходимым элементом для организма и регулируется в ходе нормальных процессов. Он также встречается в окружающей среде в естественном виде и содержится в почве, пище, которую мы едим, и воде, которую мы пьем".

Компания Swift потратила шесть лет на разработку неэтилированного топлива. Д'Акоста говорит: "При разработке UL94 мы использовали полностью углеводородное топливо без специальных октановых усилителей. Это 100LL без свинца. За последние 10 лет мы испытали около дюжины рецептур топлива в техническом центре FAA и тесно сотрудничаем с производителями двигателей, тестируя наше топливо в соответствии с международными спецификациями ASTM". Конечно, всех пилотов ГА беспокоит то, что решение экологической проблемы свинца может привести к появлению топлива по 15 долларов за галлон. "Никто не собирается производить решение, которое не будет коммерчески конкурентоспособным в общем смысле по отношению к 100LL", - говорит Д'Акоста. "Никто не будет его покупать".

Немногие компании в большей степени, чем производители, озабочены проблемой дополнительного износа силовых агрегатов. Инженерный менеджер Continental Тим Кенни надеется на решение проблемы. "Мы на 98 процентов достигли того, что нам нужно на данный момент", - говорит он.

И, конечно, необходимо создать минимальный хаос во всем парке самолетов GA. Компания Continental заявляет, что она стремится сделать все возможное, чтобы все двигатели работали. Но что если текущие испытания PAFI в конечном итоге покажут, что обслуживание только трех четвертей нынешнего парка является наилучшим возможным решением?

Lycoming считает, что оставить некоторых владельцев самолетов без средств к существованию - это лишь одна из проблем, согласно сообщению на сайте компании. Если спрос на наши "рабочие лошадки" - самолеты - исчезнет, мы все будем страдать от роста расходов и снижения уровня обслуживания в FBO. Но не все самолеты и двигатели нуждаются в 100-октановом топливе. Именно параметры за октановым числом позволяют нам достичь летной годности для заданных диапазонов эксплуатации самолетов сегодня. Флот, на котором мы летаем сегодня, примерно в 50 раз больше, чем ежегодное производство новых самолетов, и он основан на технологиях, разработанных на бензине. Мы не можем отказаться от существующего парка".

Производство и распределение нового неэтилированного топлива также может представлять собой проблему.

Роэл считает, что компания GAMI нашла способ обойти эту проблему. "Наше топливо, называемое G100UL, может быть произведено как нынешними производителями топлива в отрасли, так и специализированными химическими предприятиями по переработке. Чтобы обеспечить конкурентоспособную стоимость, мы хотим воспользоваться существующими системами распределения. Если мы создадим что-то новое, это будет дорого".

Авиационный бензин Swift Fuels производится только в штате Индиана, что означает, что автоперевозки в настоящее время являются единственным способом доставки продукта в другие части Соединенных Штатов. "Если бы нам нужно было производить значительно большие объемы, мы могли бы привлечь крупные нефтяные компании, чтобы они выполняли эту работу для нас, используя нашу запатентованную формулу, - говорит Д'Акоста, - но они взимают премию за то, чтобы делать это в небольших количествах". Конечно, независимо от того, какая компания производит неэтилированное 100-октановое топливо, оно все равно должно пройти проверку FAA.

"Мы не можем ничего сделать в этой области без FAA", - добавляет Д'Акоста. "Они усердно работают, пытаясь разработать план PAFI на период после 2018 года, но у них много работы. Это большая организация с большим количеством нормативных актов, и поиск замены 100LL - это большая и сложная задача. Я думаю, что EPA ждет, пока FAA выработает приемлемое решение по неэтилированному бензину, потому что никто не хочет останавливать производство 100LL, пока нет жизнеспособного решения для всего флота".

Будущее на сегодняшний день

Недавно FAA сообщило, что Shell работала над смягчением последствий первой попытки и предоставила оптимизированное топливо. В Техническом центре имени Уильяма Дж. Хьюза начались предварительные пусковые испытания, и в ближайшее время будет обновлен веб-сайт PAFI. В настоящее время EPA оценивает влияние выбросов свинца от самолетов, использующих этилированное авиационное топливо, и завершает работу над двумя техническими отчетами, которые должны быть опубликованы в конце этого года. Питер Уайт, соруководитель PAFI от FAA, поясняет: "FAA создаст разрешение на эксплуатацию всего парка самолетов на этих видах топлива. Затем рынок должен будет перейти и начать использовать эти виды топлива". Но Уайт также считает, что для перехода на неэтилированное топливо, скорее всего, потребуется регуляторный фактор, например, толчок со стороны EPA. Следите за новостями.

Цена на Jet-A вырастет в 2020 году?

Новые экологические законы, направленные на снижение выбросов оксида серы, производимых мировой судоходной отраслью, могут вызвать резкий скачок цен на авиационное топливо, поскольку морская промышленность переходит от тяжелых мазутов с "дна бочки" к дистиллятному топливу с более низким содержанием серы, которое больше похоже на дизельное топливо, керосин и реактивное топливо А.

И перемены наступают быстро: 1 января 2020 года Международная морская организация введет ограничение на глобальные выбросы серы в морском топливе, что заставит многих операторов судов перейти с бункерного топлива с высоким содержанием серы, которое они используют сегодня, на более экологичные виды топлива, такие как морской газойль и мазут с очень низким содержанием серы.

Операторы судов также могут установить на борту скрубберы для удаления серы из тяжелого топлива или переоборудовать суда для сжигания сжиженного природного газа, но оба эти варианта более дорогие и сложные, чем простой переход на топливо с низким содержанием серы.

В этом кроется потенциальное беспокойство для операторов турбинных самолетов (и владельцев дизельных автомобилей), так как нефтеперерабатывающие предприятия пытаются удовлетворить огромный спрос на морское топливо с низким содержанием серы.

Поскольку правила IMO 2020 года заставляют операторов судов отказываться от тяжелых видов топлива в пользу дистиллятного топлива (которое представляет собой дизельное топливо и реактивное топливо А), ожидается резкий и немедленный рост цен. По прогнозам Управления энергетической информации США, после 1 января 2020 года цены на дизельное топливо вырастут на 65 центов за галлон.

Никто не знает наверняка, что произойдет с ценой на реактивный двигатель А, но недавние контракты на производные инструменты для будущего производства топлива, похоже, подтверждают мнение о том, что цены неизбежно будут расти. Оценки аналитиков рынка были несколько менее пессимистичными, поскольку они предсказывают рост цен на дизельное топливо на 25-50 центов за галлон. Скоро мы узнаем, каким будет истинное влияние на цены на авиационное топливо. -Стивен Поуп, главный редактор