Кіріспе
авиациялық турбиналық отын
Авиациялық отынның түрі
Type of aviation fuel
Авиациялық турбиналық отын немесе авиациялық турбиналық отын (ATF, сондай-ақ қысқартылған avtur) – газ турбиналы қозғалтқыштармен жұмыс істейтін ұшақтарда пайдалануға арналған авиациялық отынның түрі. Ол түссізден сабан түстіге дейін болады. Әдетте коммерциялық авиацияда қолданылатын ең көп таралған отындар – Jet A және Jet A 1, олар халықаралық стандартталған талаптарға сәйкес өндіріледі. Азаматтық турбиналы қозғалтқыштармен жұмыс істейтін авиацияда қолданылатын тағы бір отын – Jet B, ол суық ауа райында жақсы жұмыс істеуімен ерекшеленеді. Авиациялық отын – түрлі көмірсутектердің қоспасы. Мұнай көзіне байланысты авиациялық отынның нақты құрамы әртүрлі болғандықтан, оны нақты көмірсутектердің арақатынасы ретінде анықтау мүмкін емес. Сондықтан авиациялық отын химиялық қоспа емес, техникалық сипаттамалар жиынтығы ретінде қарастырылады. Көмірсутектердің (немесе көміртегі атомдарының санының) арасындағы молекулалық масса диапазоны өнімге қойылатын талаптармен, мысалы, қату температурасы немесе түтін температурасы арқылы анықталады. Керосин типті авиациялық отынның (Jet A және Jet A 1, JP 5 және JP 8 қоса алғанда) көміртек саны шамамен 8-ден 16-ға дейін (молекулаға шаққандағы көміртек атомдарының саны); кең кесінді немесе нафта типті авиациялық отынның (Jet B және JP 4 қоса алғанда) – шамамен 5-тен 15-ке дейін.
Тарих
Пистоналы қозғалтқышпен жұмыс істейтін ұшақтарға арналған отын (әдетте, авгаз деп аталатын жоғары октандағы бензин) карбюрациялық сипаттамаларын жақсарту үшін жоғары ұшқыштыққа және жоғары қысымды ұшақ қозғалтқыштарында ерте тұтанудың алдын алу үшін жоғары автоматты тұтану температурасына ие. Турбиналық қозғалтқыштар (дизельдік қозғалтқыштар сияқты) отынның кең ауқымымен жұмыс істей алады, себебі отын ыстық жану камерасына тікелей жіберіледі. Ұшақ және газ турбиналық (турбовинттік, тікұшақ) қозғалтқыштар көбінесе төмен құнмен, жоғары тұтанғыш нүктесі бар жанар-жағар майларды қолданады, олар аз тұтанатындықтан тасымалдау және қолдану қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Жапсарылған өндірісте және жауынгерлік қолданыстағы алғашқы осьтік компрессорлық реактивтік қозғалтқыш – Messerschmitt Me 262A истребителінде және Arado Ar 234B реактивтік барлаушы-бомбалаушы ұшағында қолданылған Junkers Jumo 004, арнайы синтетикалық "J2" отынын немесе дизель отынын жақты. Бензин үшінші мүмкіндік болды, бірақ жоғары отын тұтыну деңгейіне байланысты тиімді емес еді. Басқа қолданылған отындар – керосин немесе керосин мен бензиннің қоспалары.
Стандарттар
Екінші дүниежүзілік соғыстан бері қолданылып келе жатқан реактивтік отынның көп бөлігі керосин негізінде жасалған. Ұшақ отынына арналған британдық және американдық стандарттар Екінші дүниежүзілік соғыс аяғында алғаш рет қабылданды. Британдық стандарттар шамдар үшін керосин қолданылымының стандарттарынан туындады, ол Ұлыбританияда парафин деп аталады, ал американдық стандарттар авиациялық бензин тәжірибесінен дамыды. Соңғы жылдарда, өнімділік талаптары мен отынның қолжетімділігі арасындағы үйлесімділікті қамтамасыз ету үшін, ең төменгі қату температурасы сияқты техникалық ерекшеліктерге өзгерістер енгізілді. Өте төмен температурада қату отынның қолжетімділігін төмендетіп жібереді. Ұшақ тасымалдағыштарда қолдануға қажетті жоғары тұтанғыш температурасы бар отынды өндіруге көбірек шығын кетіп, Торонто және Ванкувер сияқты бірнеше канадалық әуежайларда қолданылады. Ал Jet A 1 әлемнің қалған бөлігінде қолданылатын стандартты отын (Қытайдың RP 3 стандарты Jet A 1 стандартына өте ұқсас), Ресей және ТМД елдерінен басқа, онда TS 1 ең көп таралған стандарт болып табылады. Jet A және Jet A 1 отындарының тұтанғыш температурасы жоғарырақ, ал өздігінен тұтану температурасы .
B реактивті ұшағы
Jet B – суық ауа райында жақсы жұмыс істеуі үшін қолданылатын нафта-керосин отыны. Дегенмен, Jet B-нің жеңіл құрамы онымен жұмыс істеуді қауіпті етеді.
Ұшақ отынның құрамындағы су
Ұшақ отынының сумен ластануы өте маңызды мәселе. Ұшу кезінде, жоғары атмосферадағы төмен температураның салдарынан отын бактерілеріндегі отын температурасы төмендейді. Бұл отындағы еріген судың шөгінуіне алып келеді. Шөгінген су, отыннан тығыз болғандықтан, бак түбіне жиналады. Су енді ерітіндіде болмағандықтан, тамшылар түзеді, олар 0°C (32°F) төмен температураға дейін суытылуы мүмкін. Егер осы суытылған тамшылар қандай да бір бетке соқтығысса, олар қатып, отын құбырларын бітіп тастауы мүмкін. Бұл British Airways 38 рейсінің апаттануына себеп болды. Отынды толығымен судан тазарту іс жүзінде мүмкін емес, сондықтан коммерциялық ұшақтарда отынды қыздыру құралдары қолданылады, бұл отындағы судың қатуын болдырмауға көмектеседі. Ұшақ отынындағы суды анықтаудың бірнеше әдісі бар. Көзге көрінетін тексеру арқылы, еріген судың жоғары концентрациясын анықтауға болады, себебі бұл отынның түсін бүркемелі етеді. Ұшақ отынындағы еркін суды анықтау үшін қолданылатын өнеркәсіптік стандартты химиялық тест – суға сезімтал сүзгіш қағазды пайдалану, ол отындағы судың мөлшері 30 ppm (миллионнан бір бөлік) спецификациялық шегінен асып кеткен жағдайда жасыл түске өтеді. Авиациялық турбина отынының коалесценттік сүзгілер арқылы өткен кезде эмульсияланған суды бөліп шығару қабілетін бағалау үшін ASTM стандарты D3948 – Авиациялық турбина отынының суды бөлу сипаттамаларын анықтауға арналған стандартты әдіс қолданылады.
Қозғалтқышты пайдалану
Ұшуға арналған отын дизельдік отынға өте ұқсас және кейбір жағдайларда дизельдік қозғалтқыштарда қолданылуы мүмкін. Қоршаған ортаны қорғау заңнамасының қорғасынды авиабензиннің (көбінесе тетраэтилқорғасын (TEL) бар, қозғалтқыштың соққысын болдырмау үшін қосылған улы зат) пайдалануын тыйым салу мүмкіндігі және оған ұқсас өнімділігі бар отынның болмауы, ұшақтарды жобалайтын мамандар мен ұшқыштар ұйымдарын кіші ұшақтар үшін баламалы қозғалтқыштар іздеуге мәжбүр етті. Нәтижесінде, бірнеше авиациялық қозғалтқыш өндірушілер, ең әйгілісі Тильерт және Austro Engine, реактивті отынмен жұмыс істейтін авиациялық дизельдік қозғалтқыштарды ұсына бастады, бұл қажетті отын түрлерінің санын азайту арқылы әуежай логистикасын жеңілдетуі мүмкін. Реактивті отын әлемнің көп бөлігінде қол жетімді, ал авиабензин тек жалпы авиация ұшақтары көп елдерде ғана кеңінен таралған. Дизельдік қозғалтқыш авиабензинге қарағанда отынды тиімдірек пайдалануы мүмкін. Дегенмен, авиациялық органдармен сертификатталған дизельдік ұшақ қозғалтқыштары өте сирек. Дизельдік ұшақ қозғалтқыштары бүгінде сирек кездеседі, тіпті Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Junkers Jumo 205 отбасы сияқты қарама-қарсы поршеньді авиациялық дизельдік қондырғылар қолданылған. Әуежайларда дизельмен жұмыс істейтін жердегі техникаға реактивті отын жиі қолданылады. Алайда, реактивті отын дизельге қарағанда майлау қабілеті нашар, бұл отын инжекциялық жабдықтың тозуын күшейтеді. Оның майлау қабілетін қалпына келтіру үшін қосымша заттар қажет болуы мүмкін. Реактивті отын дизельдік отыннан қымбат, бірақ бір отынды пайдаланудың логистикалық артықшылықтары белгілі бір жағдайларда оны пайдаланудың қосымша шығындарын өтеуі мүмкін. Реактивті отында күкірттің мөлшері жоғары, 1000 ppm-ге дейін, сондықтан оның майлау қабілеті жақсы және барлық құбырлық дизельдік отындарға қазіргі уақытта қажетті майлау қосымшаларын қажет етпейді. Ultra Low Sulfur Diesel (ULSD) немесе өте төмен күкіртті дизельдік отынның енгізілуі майлау қабілетін жақсартатын модификаторларға қажеттілікті тудырды. ULSD-ге дейінгі құбырлық дизельдік отындар 500 ppm-ге дейін күкірт құрауы мүмкін еді және олар Low Sulfur Diesel (LSD) немесе төмен күкіртті дизельдік отын деп аталды. АҚШ-та LSD қазір тек құрылыс, локомотив және теңіз нарықтары үшін ғана қол жетімді. EPA ережелері енгізілген сайын, көптеген мұнай өңдеу зауыттары реактивті отын өндірісін гидроөңдеу арқылы жүргізеді, осылайша ASTM D445 стандарты бойынша анықталған реактивті отынның майлау қабілетін шектейді. JP 8, Jet A 1-ге ұқсас, НАТО-ның дизельдік көліктерінде бірыңғай отын саясатының бөлігі ретінде қолданылады.
Синтетикалық реактивті отын
Fischer–Tropsch (FT) синтезделген парафиндік керосин (SPK) синтетикалық отыны АҚШ және халықаралық авиация парктерінде дәстүрлі реактивті отынмен 50% дейін араластырылып қолдануға сертификатталған. 2017 жылдың соңына қарай SPK-ға тағы төрт балама жол сертификатталды, олардың атаулары және максималды араласу пайызы жақшада көрсетілген: Гидроөңделген эфирлер мен май қышқылы (HEFA SPK, 50%); гидроөңделген ферменттелген қанттардан синтезделген изопарафиндер (SIP, 10%); синтезделген парафиндік керосин плюс ароматикалық заттар (SPK/A, 50%); спирттен реактивті отын (ATJ SPK, 30%). JP 8 отынымен араластырылған FT және HEFA негізіндегі SPK отындары MIL DTL 83133H стандартында көрсетілген. Кейбір синтетикалық реактивті отындар SOx, NOx, майда бөлшектер және кейде көміртегі шығарылымдары сияқты зиянды заттардың азаюын көрсетеді. Синтетикалық реактивті отынды пайдалану әуежайлар маңындағы ауа сапасын жақсартуға мүмкіндік береді, бұл әсіресе қалалық әуежайларда маңызды. Qatar Airways синтетикалық газ-сұйық (GTL) реактивті отынының 50:50 қоспасымен коммерциялық рейсті орындаған әлемдегі алғашқы әуе компаниясы атанды. Лондоннан Дохаға жасалған алты сағаттық рейске қажетті табиғи газдан алынған синтетикалық керосин Shell компаниясының Малайзиядағы Бинтулу қаласындағы GTL зауытынан жеткізілді. Әлемдегі алғашқы жолаушылар рейсі, тек синтетикалық реактивті отынды пайдаланған, 2010 жылдың 22 қыркүйегінде Лансерия халықаралық әуежайынан Кейптаун халықаралық әуежайына орындалды. Отынды Sasol компаниясы әзірледі. Химик Хизер Виллауэр АҚШ Әскери-теңіз зерттеу зертханасындағы зерттеушілер тобын басқарады, олар теңіз суынан реактивті отын жасау процесін әзірлеп жатыр. Технологияда темір негізіндегі катализаторды қолдана отырып, теңіз суынан оттегі (O2) және сутегі (H2) газдарын бөлу үшін электр энергиясын пайдалану қажет, содан кейін олигомеризация процесі жүзеге асырылады, онда көміртек монооксиді (CO) және сутегі цеолит катализаторын қолдана отырып, ұзын тізбекті көмірсутектерге қайта біріктіріледі. Технология 2020 жылдары АҚШ Әскери-теңіз күштерінің кемелерінде, әсіресе ядролық қуатпен жұмыс істейтін әуе тасымалдағыштарда қолданылуы күтілуде. 2021 жылдың 8 ақпанында әлемдегі алғашқы жолаушылар рейсі қозғалмайтын отыннан алынған синтетикалық керосинмен ұшты. 500 литр синтетикалық керосин әдеттегі реактивті отынмен араластырылды. Синтетикалық керосинді Shell өндірді, ал рейсті KLM әуе компаниясы орындады.
АҚШ Әскери-әуе күштері синтетикалық отын сынақтары
2007 жылдың 8 тамызында Әскери-әуе күштерінің хатшысы Майкл Уинн B-52H ұшағын FT қоспасын пайдалануға толық мақұлдағандығын растады, бұл сынақ бағдарламасының ресми аяқталуын білдірді. Бұл бағдарлама Қорғаныс министрлігінің "Қамтамасыз етілген отын" бастамасының бөлігі болып табылады, ол әскери энергетикалық қажеттіліктер үшін сенімді отандық көздерді дамытуға бағытталған. Пентагон 2016 жылға қарай шетелдік өндірушілерден алынатын шикі мұнайға тәуелділікті азайтуды және авиациялық отынның шамамен жартысын балама көздерден алуды жоспарлап отыр. B-52 енді FT қоспасын пайдалануға рұқсат алғандықтан, USAF бағдарлама аясында әзірленген сынақ протоколдарын пайдаланып, Boeing C-17 Globemaster III және одан кейін Rockwell B-1B Lancer ұшақтарын да отынды пайдалануға сертификаттауды жоспарлап отыр. Осы екі ұшақты сынау үшін Әскери-әуе күштері FT отынына тапсырыс берді. USAF 2011 жылға дейін өзінің барлық ұшақтарын отынды пайдалануға сынап, сертификаттауға ниеттеніп отыр. Олар сондай-ақ НАСА-ға түрлі ұшақтар мен қозғалтқыштарда сынақ жүргізу үшін белгілі бір көлемде отын жеткізеді. USAF синтетикалық отын қоспасын пайдалануға B-1B, B-52H, C-17, Lockheed Martin C-130J Super Hercules, McDonnell Douglas F-4 Phantom (QF-4 нысана ұшақтары ретінде), McDonnell Douglas F-15 Eagle, Lockheed Martin F-22 Raptor және Northrop T-38 Talon ұшақтарын сертификаттады. АҚШ Әуе күштерінің C-17 Globemaster III, F-16 және F-15 ұшақтары гидроөңделген жаңартылатын реактивтік отынды пайдалануға сертификатталған. USAF 2013 жылға дейін қалдық майлар мен өсімдіктерден алынған отынның 40-тан астам түрін сертификаттауды жоспарлап отыр. 2011 жылдың сәуірінде төрт USAF F-15E Strike Eagles Филадельфия Филлис клубының ашылу салтанатында дәстүрлі реактивтік отын мен синтетикалық биоотын қоспасымен ұшты. Бұл демонстрация тарихқа енді, өйткені Қорғаныс министрлігінде биоотын қолданған алғашқы демонстрация болды.
Ұшақ биоотындары
Әуе көлігі саласы адамның шығарған көмірқышқыл газының 2–3 пайызына жауапты. Boeing биоотын ұшумен байланысты парниктік газдар шығарындыларын 60-80 пайызға дейін азайтуға болатынын бағалайды. Басқаларына қарағанда көбірек жарияланған бір мүмкін шешім – балдырлардан алынған синтетикалық отынды қолданыстағы реактивті отынмен араластыру болып табылады: Green Flight International 100% биоотын қолданып реактивті ұшақтарды ұшырған алғашқы әуе компаниясы атанды. Ұшу Невада штатының Стид қаласындағы Рено Стид әуежайынан Aero L 29 Delfín ұшағымен жүзеге асырылды, пилоттары – Кэрол Сугарс және Дуглас Роданте. Boeing және Air New Zealand Tecbio Aquaflow Bionomic және әлемдегі басқа да реактивті биоотын өндірушілермен ынтымақтастық жасайды. Virgin Atlantic 20 пайыз бабассу жаңғағы мен кокос және 80 пайыз дәстүрлі реактивті отыннан тұратын биоотын қоспасын сәтті сынап көрді, ол Лондон Хитроудан Амстердам Схипхолға бағытталған 747 рейсіндегі бір қозғалтқышқа берілді. Boeing, NASA-ның Гленн зерттеу орталығы, MTU Aero Engines (Германия) және АҚШ Әуе күштері ғылыми-зерттеу зертханасы биоотынның айтарлық үлесін қамтитын реактивті отын қоспаларын әзірлеуде жұмыс істеп жатыр. British Airways және Velocys Ұлыбританияда тұрмыстық қалдықтарды реактивті отынға айналдыратын бірнеше зауыттарды жобалау үшін серіктестікке келді. Honeywell “Green Jet Fuel” технологиясын қолдана отырып, 24 коммерциялық және әскери биоотын рейсі жасалды, соның ішінде Әскери-теңіз күштерінің F/A 18 Hornet ұшағы да болды. 2011 жылы United Continental Holdings тұрақты, жаңартылған биоотын және дәстүрлі мұнайдан алынған реактивті отын қоспасын пайдаланып жолаушыларды коммерциялық рейске алып ұшқан алғашқы АҚШ әуе компаниясы болды. Solazyme Honeywell компаниясының UOP технологиясын пайдалана отырып тазартылған балдыр майын коммерциялық рейсті қамтамасыз ету үшін реактивті отынға айналдырды. Solazyme коммерциялық және әскери қолдану үшін әлемдегі алғашқы 100 пайыз балдырдан алынған реактивті отын – Solajet-ті өндірді. Мұнай бағасы 2003 жылдан 2008 жылға дейін бес есеге өсті, бұл әлемдік мұнай өндірісі сұранысқа жете алмайды деген қауіпті күшейтті. Әуе кемесінің жанармай өндірісінде мұнайға баламаның аздығы балама іздеуді жеделдетуде. 2008 жылдың алғашқы жартыжылдығында 25 әуе компаниясы банкротқа ұшырады немесе қызметін тоқтатты, бұл негізінен отын құнына байланысты болды. 2015 жылы ASTM авиациялық турбина отындарына арналған D1655 стандартты спецификациясына түзету енгізілді, бұл биоотын өндірісінен болатын өзара ластану деңгейін арттыру үшін реактивті отында 50 ppm (50 мг/кг) FAME (май қышқылдарының метил эфирі) болуына рұқсат берді.
Green Flight International became the first airline to fly jet aircraft on 100% biofuel. The flight from Reno Stead Airport in Stead, Nevada was in an Aero L 29 Delfín piloted by Carol Sugars and Douglas Rodante. Boeing and Air New Zealand are collaborating with Tecbio Aquaflow Bionomic and other jet biofuel developers around the world. Virgin Atlantic successfully tested a biofuel blend consisting of 20 percent babassu nuts and coconut and 80 percent conventional jet fuel, which was fed to a single engine on a 747 flight from London Heathrow to Amsterdam Schiphol. A consortium consisting of Boeing, NASA's Glenn Research Center, MTU Aero Engines (Germany), and the U. S. Air Force Research Laboratory is working on development of jet fuel blends containing a substantial percentage of biofuel. British Airways and Velocys have entered into a partnership in the UK to design a series of plants that convert household waste into jet fuel. 24 commercial and military biofuel flights have taken place using Honeywell “Green Jet Fuel,” including a Navy F/A 18 Hornet. In 2011, United Continental Holdings was the first United States airline to fly passengers on a commercial flight using a blend of sustainable, advanced biofuels and traditional petroleum derived jet fuel. Solazyme developed the algae oil, which was refined utilizing Honeywell's UOP process technology, into jet fuel to power the commercial flight. Solazyme produced the world's first 100 percent algae derived jet fuel, Solajet, for both commercial and military applications. Oil prices increased about fivefold from 2003 to 2008, raising fears that world petroleum production is becoming unable to keep up with demand. The fact that there are few alternatives to petroleum for aviation fuel adds urgency to the search for alternatives. Twenty five airlines were bankrupted or stopped operations in the first six months of 2008, largely due to fuel costs. In 2015 ASTM approved a modification to Specification D1655 Standard Specification for Aviation Turbine Fuels to permit up to 50 ppm (50 mg/kg) of FAME (fatty acid methyl ester) in jet fuel to allow higher cross contamination from biofuel production.
Әлемдегі реактивті отынның тұтынуы
Әлемдегі авиациялық отынға деген сұраныс 1980 жылдан бері үздіксіз өсіп келеді. 30 жыл ішінде тұтыну 1980 жылы күніне 1 837 000 баррельден 2010 жылы 5 220 000 баррельге дейін үш еседен астам артты. Әлемдегі авиациялық отын тұтынымының шамамен 30%-ы АҚШ-қа тиесілі (2012 жылы күніне 1 398 130 баррель).
Салық салу
1944 жылғы 7 желтоқсандағы Халықаралық азаматтық авиация жөніндегі Чикаго конвенциясының 24-бабында бір шарты жасасқан мемлекеттен екіншісіне ұшып бара жатқан кезде, ұшақта бар керосинге ұшақтың қонған мемлекеті, сондай-ақ ұшақтың әуе кеңістігі арқылы өткен мемлекет салық салмайды деп белгіленген. Бұл қос салық салуды болдырмау мақсатында жасалған. Кейде Чикаго конвенциясы авиациялық отынға салық салуға тыйым салады делінеді. Бірақ бұл дұрыс емес. Чикаго конвенциясы ішкі рейстерде немесе халықаралық рейстерге дейін отын құю кезінде керосинге салық салуға кедергі келтірмейді. Чикаго конвенциясының 15-бабы отынға салынатын салықтарды тыйымдайды деп айтылатын жағдайлар да бар. 15-бапта: "Ешбір шарты жасасқан мемлекет, екінші шарты жасасқан мемлекетке тиесілі ұшақтың өзінің аумағы арқылы транзиттен өтуіне, оған кіруіне немесе одан шығуына байланысты тек осы құқық үшін ешқандай алым, төлем немесе басқа да төлемдерді талап ете алмайды, сондай-ақ оның үстіндегі адамдар мен мүлікке де қатысты". Дегенмен, ICAO алымдар мен салықтарды ажыратады және 15-бап қызмет көрсетілмеген жағдайда салық салуға тыйым салмайды. Еуроодақтың мүше мемлекеттері екіжақты келісімдер арқылы авиациялық отынға салық сала алады, бірақ мұндай келісімдер әзірге жоқ. Керосин негізіндегі көмірсутекті отындар – бұл 260-тан астам алифалық және ароматты көмірсутекті қосылыстардан тұратын күрделі қоспалар, олардың құрамында бензол, н-гексан, толуол, ксилен, триметилпентан, метоксиэтанол, нафталин сияқты улы заттар болуы мүмкін. Бұл заттар иммундық және гематологиялық бұзылыстарға, неврологиялық әсерлерге, көру және есту қабілетінің нашарлауына, бүйрек және бауыр ауруларына, жүрек-қан тамырлары ауруларына, асқазан-ішек трактының бұзылуына, генотоксикалық және метаболизмік әсерлерге әкелуі мүмкін.
provided. EU member states may tax jet fuel via bilateral agreements, however no such agreements exist. Kerosene based hydrocarbon fuels are complex mixtures which may contain up to 260+ aliphatic and aromatic hydrocarbon compounds including toxicants such as benzene, n hexane, toluene, xylenes, trimethylpentane, methoxyethanol, naphthalenes. immune and hematological disorders, neurological effects, visual and hearing disorders, renal and hepatic diseases, cardiovascular conditions, gastrointestinal disorders, genotoxic and metabolic effects.