Die Zukunft der allgemeinen Flugkraftstoffe
Derzeit werden in der Luftfahrt hauptsächlich zwei Arten von Kraftstoff verwendet: Avgas 100LL und Jet A-1; Jet A-1 für Turbinentriebwerke und Avgas für Kolbenmotoren mit Fremdzündung. Wenn Sie ein Pilot der allgemeinen Luftfahrt sind, kennen Sie wahrscheinlich Avgas besser, und darauf werden wir uns hier konzentrieren.
Wie Sie vielleicht wissen, enthält Avgas Tetra Ethyl Lead (TEL) – das Additiv, das in der Europäischen Union kürzlich aus Umweltgründen in Kraftstoffen für Automobilvorplätze verboten wurde. Obwohl das gesamte in der Luftfahrt verwendete Kraftstoffvolumen weniger als 0,5% des im Automobilsektor in Europa verwendeten Kraftstoffvolumens beträgt, besteht erheblicher Druck von Umweltlobbyisten, den KRAFTSTOFF in Avgas zu entfernen oder zu ersetzen und eine bleifreie Qualität herzustellen.
Um zu verstehen, worum es geht, müssen wir uns zuerst ansehen, welche Vorteile es hat. Wie Sie vielleicht aus den Problemen mit Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge wissen, bilden Bleiverbindungen aus BLEI eine Schutzschicht auf dem Ventilsitz und verhindern, dass die weichen Ventilsitze erodieren. Ohne SIE werden kleine Bereiche eines weichen Metallventilsitzes zum Ventil verschmelzen und vom Gesicht des Sitzes ‚gezupft‘.
Sobald sie am Ventil befestigt sind, bilden sie eine abrasive Oberfläche, die den Ventilsitz weiter beschädigt. Diese Kombination von Aktionen wird als Ventilsitzrezession (VSR) bezeichnet, da der Sitz des Ventils abgenutzt ist und sich in den Zylinderkopf einfügt. Die Lösungen hierfür sind entweder die Verwendung eines VSR-Additivs oder der Einbau gehärteter Ventilsitze, die gegen diese Einwirkung beständig sind.
VSR-Additive werden heute häufig in Bleiersatzbenzin auf Automobilvorplätzen verwendet, sind jedoch aus mehreren Gründen noch nicht für den Einsatz in Luftfahrtmotoren zugelassen. Dies bedeutet, dass die einzige derzeitige Methode zur Verhinderung einer Ventilsitzrezession für Flugmotoren, die bleifreie Kraftstoffe verwenden, darin besteht, gehärtete Ventilsitze einzubauen. Dies ist bei neu hergestellten Avco Lycoming- und Teledyne Continental-Motoren üblich, Einige ältere Motoren müssten jedoch geändert werden.
Das andere größere Problem bei bleifreien Kraftstoffen ist die Oktanzahl.
Die Oktanzahl ist ein Maß dafür, wie widerstandsfähig ein Kraftstoff gegen Detonation oder „Pinking“ ist; Je höher die Oktanzahl, desto mehr kann das Kraftstoff / Luft-Gemisch komprimiert werden, ohne dass eine Detonation auftritt. Um dies deutlich zu machen, ist die Oktanzahl kein Maß für die Menge Energie im Kraftstoff, ist aber ein Maß für seine Detonationsbeständigkeit.
Der Vorteil von Kraftstoffen mit höherer Oktanzahl besteht darin, dass ein höheres Verdichtungs- oder Aufladeverhältnis verwendet werden kann, was dann zu einem höheren Motorzykluswirkungsgrad führt, was wiederum mehr Leistung für einen gegebenen Kraftstoffverbrauch bedeutet. Um die Dinge jedoch weiter zu verwirren, gibt es vier Hauptmethoden zur Messung der Oktanzahl: RON, MON, Magermischung und Fettmischung.
Straßenkraftstoffe werden in der Regel auf einer ROZ-Skala gemessen, für die bleifreie Kraftstoffe in der Regel 95 – 98 ROZ betragen, aber nur 85 – 87 ROZ betragen. Avgas wird an einer mageren Mischung gemessen (ähnlich wie MON), hat aber auch eine Oktanzahl für eine reiche Mischung.
Die Magergemisch-Bewertung beträgt 100 Oktan (15 Oktan höher als die vergleichbaren 85 MON für bleifreie Mogas), aber Avgas hat auch eine Fettgemisch-Bewertung von 130, wodurch höhere Ladedrücke des Kompressors verwendet werden können, ohne dass eine Detonation auftritt. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn hohe Leistungseinstellungen in geringer Höhe verwendet werden, beispielsweise während des Starts.
Wie Sie sehen können, macht TEL in Avgas einen signifikanten Unterschied zur Oktanzahl und ohne es wären die Oktanzahl wieder auf 80 – 85 Magergemisch – das Niveau für Straßenkraftstoffe – anstelle von 100 / 130. Dies ist kein Problem für die meisten typischen modernen Saugmotoren, da ihre Kompressionsverhältnisse recht bescheiden sind und die Detonation mit 80 – 85-Oktan-Kraftstoff mit magerem Gemisch kein Problem darstellen würde.
Für Flugzeuge mit Kompressor- oder Turbomotoren wäre die Verwendung von bleifreiem Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl jedoch nicht geeignet. Die einzige Möglichkeit, diese Turbomotoren mit aktuellen bleifreien Technologiekraftstoffen zu betreiben, bestünde darin, den Ladedruck der Aufladung deutlich zu reduzieren und die Motoren massiv zu entlasten. Diese Herabstufung wäre so gravierend, dass viele Triebwerke für das betreffende Flugzeug nicht mehr leistungsfähig genug wären.
Moderne bleifreie Kraftstoffe für die Luftfahrt werden derzeit entwickelt, wie 82UL in den Vereinigten Staaten. Dies ist ein 82-Oktan-Kraftstoff mit magerem Gemisch und ist unter anderem für den Einsatz in modernen Avco Lycomings-Motoren ohne Turbo zugelassen. Es ist jedoch noch nicht in Europa verfügbar, aber auch nicht jeder kann es verwenden – Ihr Flugzeughersteller muss ein Flugzeugmodifikationsdokument erstellen, um seine Verwendung zu genehmigen.
Einige neue Cessnas sind für die Verwendung von 82UL zugelassen, aber die meisten Flugzeugtypen haben derzeit keine Herstellergenehmigung. Die potenzielle Menge an Avgas-Kolbenmotorflugzeugen weltweit, die diese Klasse verwenden könnten, wird auf etwa 60% geschätzt, obwohl einige davon wahrscheinlich vor der Genehmigung Änderungen am Kraftstoffsystem erfordern würden.
Bis heute gibt es keine Additive, die die Oktanzahl erhöhen – die Additive, die in Bleiersatzkraftstoffen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, lösen nur das Problem des Ventilsitzrückgangs und wirken sich nicht auf die Oktanzahl des Kraftstoffs aus. Wenn Avgas 100LL verschwinden würde, wäre die einzige andere Option, die Besitzern mit Turbo- oder aufgeladenen Motoren derzeit zur Verfügung steht, dass der Flugzeughersteller eine Modifikation vornimmt, um ihren Motor entweder durch einen Turboprop- oder Dieselmotor zu ersetzen.
Dies bringt uns zu den anderen jüngsten Fortschritten bei Triebwerken der allgemeinen Luftfahrt; die Entwicklung der Dieselmotortechnologie durch mehrere Triebwerkshersteller. Shell ist mit allen großen potenziellen Herstellern von Dieselmotoren für die Luftfahrt verbunden und arbeitet eng an diesen Projekten. Diese Motoren bieten möglicherweise mehrere signifikante Vorteile gegenüber Avgas-Motoren.
Sie liefern bis zu 30% besseren Kraftstoffverbrauch, verwenden Jet A-1 anstelle von Avgas und haben das Potenzial, in vielen Leichtflugzeugen nachgerüstet zu werden und ihre aktuellen Avgas-Triebwerke zu ersetzen. Der Nachteil werden die Kosten für den Austausch von Triebwerken und Flugzeugmodifikationen sein, und obwohl einige Anwendungen diese Technologie nutzen können, wird dies nicht für jeden eine Lösung sein.
Zusammenfassend stellen Flugmotoren viele einzigartige Herausforderungen für die Entwicklung von Avgas dar, und daher gibt es noch kein festes Datum, um Avgas 100LL zu ersetzen, aber es kann wenig Zweifel daran geben, dass verbleites Avgas irgendwann aus dem Verkehr gezogen wird. Dies erscheint jedoch erst wahrscheinlich, wenn geeignete voll entwickelte Alternativen verfügbar sind; eine Situation, die wahrscheinlich mehrere Jahre in der Zukunft liegen wird.