Кіріспе
Авиациялық отын
АВГАС (авиациялық бензин, Ұлыбританияда авиациялық спирт деп те аталады) – ұшқыштардағы, жану камерасында тұтандырылатын қозғалтқыштармен жабдықталған ұшақтарда қолданылатын авиациялық отын. АВГАС автокөліктерде қолданылатын әдеттегі бензиннен (бензиннен) ерекшеленеді, ол авиациялық жағдайда могас (мотор бензині) деп аталады. 1970 жылдан бері ластануды азайту үшін каталитикалық түрлендіргіштерді пайдалануға мүмкіндік беру мақсатында қорғасынсыз өндірілген мотор бензинінен айырмашылығы, ең көп қолданылатын АВГАС түрлерінде әлі де тетраэтилқорғасын бар – октандық санын арттыру және қозғалтқыштың соғылуын (алдын ала жарылуын) болдырмау үшін қолданылатын улы, қорғасын қосылған зат. Авиациялық бензинде қорғасынды азайту немесе тоқтату жөніндегі жұмыстар жалғасуда. Керосин негізіндегі реактивтік отын турбиналық қозғалтқыштардың талаптарына сәйкес жасалады, олар октандық санды қажет етпейді және поршенді қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда кеңірек ұшу режимінде жұмыс істейді. Керосин сондай-ақ авиациялық қолдануға арналған көптеген дизельді поршенді қозғалтқыштарда қолданылады, мысалы SMA Engines, Austro Engine және Thielert компанияларында.
Қасиеттері
АВГ-ны араластыруда қолданылатын негізгі мұнай компоненті – алкилат, ол әртүрлі изооктандардың қоспасы. Кейбір өңдеу зауыттары реформатты да пайдаланады. CAN 2–3, 25 M82 талаптарына сай келетін барлық авогаздардың тығыздығы at (6 фунт/U.S. галлон Америкада салмақ және тепе-теңдік есептеу үшін жиі қолданылады). Тығыздық температураның өсуімен 0,1%-ға дейін артады және төмендейді. Авгаздың шығарынды коэффициенті (немесе көрсеткіші) CO2 құрайды, немесе қолданылған отынның салмақ бірлігіне шамамен 3,07 салмақ бірлігі CO2 шығарылады. Авгаз автомобиль бензинімен (8–14 psi) салыстырғанда аз ұшқыш, оның Рид бу қысымы 5,5–7 psi аралығында. Минималды шек қозғалтқышты іске қосу үшін жеткілікті ұшқыштықты қамтамасыз етеді. Жоғарғы шектер теңіз деңгейіндегі атмосфералық қысымға байланысты: автокөліктер үшін 14,7 psi, ал ұшақтар үшін 22 000 фут биіктікте 6,25 psi. Авгаздың төменгі ұшқыштығы 22 000 футқа дейінгі биіктікте отын құбырларында будың түйілу мүмкіндігін азайтады. Бүгінде қолданылатын қоспалар 1940 жылдары алғаш рет әзірленген кездегідей және жоғары суперзарядтау деңгейімен әуе компаниялары мен әскери авиациялық қозғалтқыштарда қолданылды; атап айтқанда, Spitfire және Hurricane истребительдерінде, Mosquito истребитель-бомбалаушысында және Lancaster ауыр бомбалаушысында (Merlin II және кейінгі нұсқаларына 100 октанды отын қажет болды), сондай-ақ сұйық суытылған Allison V 1710 қозғалтқышында және Pratt & Whitney, Wright және Атлантиканың екі жағындағы басқа өндірушілердің радиальді қозғалтқыштарында қолданылған Rolls Royce Merlin қозғалтқышында пайдаланылды. Жоғары октанды рейтингтер дәстүрлі түрде тетраэтилқорғасын қосылуымен қол жеткізілді, бұл өте улы зат 20-шы ғасырдың соңында көптеген елдерде автомобильдерде қолданудан шығарылды. Қазіргі уақытта әртүрлі максималды қорғасын концентрациясы бар қорғасынды авогаздың бірнеше түрлері қол жетімді. (Қорғасынсыз авогаз да бар.) Тетраэтилқорғасын улы қоспа болғандықтан, отынды қажетті октанды рейтингке жеткізу үшін қажетті ең аз мөлшері қолданылады; нақты концентрациялар көбінесе рұқсат етілген максималды мөлшерден төмен болады. Тарихи тұрғыдан алғанда, екінші дүниежүзілік соғыстан кейін жасалған, аз қуатты 4 және 6 цилиндрлі поршеньді ұшақ қозғалтқыштары қорғасынды отынды пайдалануға арналған; осы қозғалтқыштар үшін қорғасынсыз отын әзірленіп, сертификатталған. Кейбір поршеньді ұшақтарға әлі де қорғасынды отын қажет, бірақ кейбіреулеріне қажет емес, ал кейбіреулері арнайы май қоспасы қолданған жағдайда қорғасынсыз бензин жағуға болады.
Тұтыну
АҚШ-тың жылдық avgas пайдалануы 2008 жылы шамамен мотор бензині тұтынуының 0,14% құрады. 1983 жылдан 2008 жылға дейін АҚШ-та avgas пайдалануы жыл сайын шамамен бірдей мөлшерде төмендеді. Еуропада avgas поршенді қозғалтқыштар үшін ең көп қолданылатын отын түрі болып табылады. Дегенмен, бағалары өте жоғары болғандықтан, дизель отынына көшуге бағытталған әрекеттер жасалуда, себебі дизель отыны оңай қолжетімді, арзан және авиацияда қолдану үшін қосымша артықшылықтары бар.
91UL (немесе UL91)
Hjelmco Oil компаниясы 2003 жылы 80UL өнімінің табысынан кейін Еуропада алғаш рет қорғасынсыз Avgas түрлерін ұсынды. Бұл Avgas түрі ASTM D7547 стандартына сәйкес өндіріледі. Бұл отын қозғалтқышы оны пайдалануға сертификатталған Еуропа және Ұлыбританиядағы кез келген ұшақта қолданылуы мүмкін, тіпті ұшақ корпусы да осыған сертификатталмаған жағдайда да.
93UL (этанолсыз 93AKI автомобиль бензині)
2013 жылы Airworthy AutoGas компаниясы Lycoming O-360 A4M қозғалтқышында этанолсыз, 93 октандық саны (AKI) бар премиум автогазын сынақтан өткізді. Отын Lycoming қызметтік нұсқаулығы 1070 және ASTM D4814 стандарты бойынша сертификатталған.
UL94 (бұрынғы 94UL)
94 Октаны бар мотор отыны (UL94) негізінен қорғасынсыз 100LL отынымен бірдей. 2009 жылдың наурызында Teledyne Continental Motors (TCM) 100LL-ді алмастыруға болатын 94UL отынын сынақтан өткізгенін хабарлады. Бұл 94UL отыны бу қысымына қатысты avgas талаптарына сай келеді, бірақ барлық Continental қозғалтқыштарында және барлық жағдайларда детонациялық қасиеттері толық сынақтан өтпеді. Ұшу сынақтары IO 550 B қозғалтқышында Beechcraft Bonanza ұшағымен, ал жердегі сынақтар Continental O 200, 240, O 470 және O 520 қозғалтқыштарында жүргізілді. 2010 жылдың мамырында TCM өнеркәсіптегі күмәндануға қарамастан, 94UL отынымен жұмысты жалғастырып жатқанын және сертификаттаудың 2013 жылдың ортасында күтілетінін мәлімдеді. 2010 жылдың маусымында Lycoming Engines компаниясы 94UL отынына қарсылық білдірді. Компанияның бас директоры Майкл Крафт ұшақ иелерінің 94UL отынымен өнімділіктің қаншалықты төмендейтінін түсінбейтінін айтты және 94UL отынын пайдалану авиация индустриясына миллиардтаған долларлық шығын әкелуі мүмкін қателік деп сипаттады. Lycoming компаниясы индустрия 100UL отынын іздеуі керек деп санайды. Lycoming компаниясының бұл ұстанымын төмен октанды отынмен жұмыс істей алмайтын ұшақ иелерін білдіретін ұшақ түрлерінің клубтары қолдады. 2010 жылдың маусымында Америкалық Бонанза қоғамы, Malibu Mirage иелері мен ұшқыштар қауымдастығы және Cirrus иелері мен ұшқыштар қауымдастығы сияқты клубтар осы мәселеде өкілдік ету және қорғасынсыз 100 октандық avgas отынын қолдау үшін "Таза 100 октандық коалициясын" құрды. 2015 жылдың қарашасында UL94 отыны ASTM D7547 стандартына қорғасынсыз авиациялық бензиннің қосымша түрі ретінде енгізілді, бұл стандарт UL91 қорғасынсыз avgas отынын реттейді. UL91 отыны қазіргі уақытта Еуропада сатылуда. UL94 отыны 100LL отынының барлық сипаттамалық шектеріне сәйкес келеді, бірақ октан саны төмен (UL94 үшін кемінде 94,0, ал 100LL үшін кемінде 99,6) және қорғасынның максималды мөлшері азайтылған. UL94 отыны қорғасынсыз, бірақ барлық ASTM International қорғасынсыз бензин стандарттарында, қасақана қосылмаған қорғасынның минималды мөлшеріне рұқсат етіледі. 2016 жылдың мамырынан бастап UL94 отыны, қазір Swift Fuels өнімдері, АҚШ-тың ондаған әуежайларында сатылуда. Swift Fuels компаниясының Еуропада дистрибьюторлық келісімшарты бар. UL94 отыны 100LL отынының толықтай алмастырылысы емес, керісінше, 80-сыныпты (немесе одан төмен) avgas, UL91 немесе mogas отынында жұмыс істеуге рұқсат етілген қозғалтқыштармен жабдықталған ұшақтар үшін ауыстыру ретінде қарастырылады. Қазіргі авиапарктің шамамен 65% UL94 отынында қозғалтқыш немесе ұшақ конструкциясын өзгертпей жұмыс істей алады деп есептеледі. Алайда, кейбір ұшақтарға UL94 отынында жұмыс істеуге рұқсат беру үшін FAA-ның қосымша типтік сертификатын (STC) сатып алу қажет. UL94 отынының ең төменгі мотор октан саны (MON, авиациялық бензиннің сапасын бағалау үшін қолданылатын октан саны) 94,0-қа тең. 100LL отынының ең төменгі MON саны 99,6-ға тең. 2016 жылдың тамызында FAA SAIB HQ 16 05 құжатын қайта қарады, онда 80 октанды немесе одан төмен октанды avgas отынында жұмыс істеуге рұқсат етілген ұшақтар мен қозғалтқыштарда UL94 отынын пайдалануға қатысты ұқсас талаптар енгізілді, соның ішінде 80/87 сыныпты отын да. SAIB құжатының жариялануы, әсіресе 2016 жылғы тамыздағы қайта қарау, Swift Fuels компаниясы сататын UL94 STC-ның көптеген талаптарын жойды, өйткені STC-ның Бекітілген модельдер тізіміндегі ұшақтардың көпшілігі 80 октанды немесе одан төмен октанды avgas отынын пайдалануға типтік сертификатталған. 2017 жылдың 6 сәуірінде Lycoming Engines компаниясы 1070V қызмет көрсету нұсқаулығын жариялады, онда ондаған қозғалтқыш модельдеріне UL94 отыны мақұлданған отын түрі ретінде қосылды, олардың 60% карбюраторлы қозғалтқыштар. UL94 отынына сәйкес бекітілген модельдердің 90% құрамын 235, 320, 360 және 540 куб дюймдік қозғалтқыштар құрайды. және биомасса ферментациясынан алынатын спирт емес отынның бірнеше баламаларын патенттеді. Келесі бірнеше жылда компания ірі масштабтағы сынақтарға жеткілікті отын өндіру үшін пилоттық зауыт салуға тырысты және сынақ үшін FAA-ға отын тапсырды. 2008 жылы технология жазушысы және авиация әуесқойлығы Роберт Х. Кринглидің мақаласы отынға көпшіліктің назарын аударды, сондай-ақ AOPA-ның Дейв Хиршманның Swift Fueled ұшуы да назар аударды. Swift Enterprises компаниясының 100LL отынынан әлдеқайда арзан отын өндірілуі мүмкін деген мәлімдемесі авиациялық баспасөзде талқыланды. FAA Swift Fuel отынының мотор октан саны 104,4, масса бірлігіне энергияның 96,3% және 100LL отынының көлем бірлігіне энергияның 113% екенін анықтады, сондай-ақ қорғасынды авиациялық отынға арналған ASTM D910 стандартының көп бөлігіне сәйкес келеді. Екі Lycoming қозғалтқышында жүргізілген сынақтардан кейін FAA оның детонациялық сынақтарда 100LL отынынан жақсы жұмыс істейтінін және көлем бірлігіне 8% отын үнемдеуін қамтамасыз ететінін, бірақ 100LL отынынан ауыррақ екенін анықтады. GC–FID сынақтары отынның негізінен екі компоненттен тұратынын көрсетті — біреуі салмағы бойынша шамамен 85%, екіншісі шамамен 14%. Одан кейін AVweb Continental компаниясы жаңа отынды пайдалануға рұқсат беру үшін бірнеше қозғалтқыштарын сертификаттау процесін бастағанын хабарлады. 2009 жылдан 2011 жылға дейін 100SF отыны ASTM International ұйымымен сынақ отыны ретінде мақұлданды, бұл компанияға сертификаттау сынақтарын жүргізуге мүмкіндік берді. FAA тарапынан сәтті сынақтан өткізілген, Пурдю университетінде сынақтан өткізілген және ASTM D7719 стандартына сәйкес жоғары октанды UL102 отыны ретінде мақұлданды, бұл компанияға тәжірибелік емес ұшақтарда экономикалық тұрғыдан сынақ жүргізуге мүмкіндік берді. 2012 жылы Swift Fuels LLC компаниясы мұнай және газ индустриясының тәжірибесін пайдаланып, өндірісті ұлғайту және отынды нарыққа шығару үшін құрылды. 2013 жылдың қарашасына қарай компания пилоттық зауытын салған және оның ішінде отын өндіруге рұқсат алған. Оның соңғы патенты, 2013 жылы мақұлданған, отынды ферменттелетін биомассадан қалай өндіруге болатынын сипаттайды. FAA UL102 отынына 2016 жылдың жазында басталатын PAFI бағдарламасы аясында 2 жылдық 2-кезеңді сынақтарды жоспарлады.
G100UL
2010 жылдың ақпанында General Aviation Modifications Inc. (GAMI) 100LL отынының орнын алмастыратын, G100UL ("қорғасынсыз") деп аталатын отынды әзірлеу процесінде екенін хабарлады. Бұл отын қолданыстағы мұнай өңдеу өнімдерін араластыру арқылы жасалады және 100LL-ғаComparable детонациялық шегін қамтамасыз етеді. Жаңа отын 100LL-дан сәл тығыз, бірақ термодинамикалық тиімділігі 3,5% жоғары. G100UL 100LL отынымен үйлесімді және оны қолдану үшін ұшақтардың жанармай бактерілерінде араластыруға болады. Бұл жаңа отынның өндіріс экономикасы әлі расталмаған, бірақ оның құны 100LL-дан кем болмайды деп күтілуде. 2010 жылдың шілдесінде өткізілген демонстрацияларда G100UL, ең төменгі талаптарға ғана сәйкес келетін 100LL-дан жақсы нәтиже көрсетті және өндірістің орташа 100LL деңгейінде өнімділік танытты. GAMI-дің қорғасынсыз G100UL отыны 2021 жылдың шілдесінде AirVenture шарасында Федералдық авиациялық басқармасы (FAA) tarafından қосымша типтік сертификат беру арқылы мақұлданды. STC бастапқыда Cessna 172 ұшағының Lycoming қозғалтқыштарымен жабдықталған модельдеріне ғана қолданылады, бірақ ұшақ түрлерінің тізімі тез кеңейтіледі деп жоспарлануда. Компания бөлшек сауда бағасы 100LL-дан 0,60–0,85 АҚШ долларына дейін артады деп күтілуде. 2022 жылдың қыркүйегінде FAA күтпеген мәлімдеме жасап, барлық поршеньді қозғалтқыштар мен олардың комбинациялары үшін отынды пайдалануға STC сертификатын бекітті. 2023 жылдың ақпанында компания қосымша типтік сертификаттарды сатуды бастады, бұл ұшақ иелеріне отын қолжетімді болған кезде оны пайдалануға мүмкіндік береді. АҚШ-та отынның қолжетімділігі 2023 жылдың ортасына дейін Калифорния штатында, ал 2026 жылға дейін елдің қалған бөлігінде күтілуде.
Қорғасынсыз 100-октандағы отын
2013 жылдың желтоқсанында Shell Oil компаниясы қорғасынсыз 100 октанды отын әзірлегенін және оны FAA сынағына жіберетінін, ал сертификаттаудың екі-үш жыл ішінде күтілуде екенін хабарлады. Отын алкилат негізінде жасалған, құрамында ароматты қоспалар бар. Оның өнімділігі, өндірілу мүмкіндігі немесе бағасы туралы әлі ешқандай ақпарат жарияланбады. Сала сарапшылары оның құны қазіргі 100LL отынынан кем болмайды, тіпті одан да қымбат болуы мүмкін екенін айтады.
Қоршаған ортаны реттеу
Қорғасынды авиабензин мен оның жану өнімдерінде табылатын ТЭЛ – күшті нейротоксиндер, ғылыми зерттеулер көрсеткендей, балалардың ми дамуына кедергі келтіреді. Ұшақтардың қозғалысы орташа немесе жоғары болатын әуежайларға жақын тұратын немесе балалар бағдарламаларына қатысатын балалардың қанында қорғасын деңгейінің арту қаупі жоғары. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) тіпті өте төмен деңгейдегі қорғасынмен ластанудың балалардың ми функциясын тексеру кезінде IQ төмендеуімен байланысты екенін атап өтті, осылайша қорғасын мен оның қосылыстарын қоршаған ортадан жоюға үлкен ынталандыру жасады. Ауадағы қорғасын концентрациясы төмендегенімен, ғылыми зерттеулер балалардың неврологиялық дамуына бұрынғыдан да төмен қорғасын деңгейінің зиян келтіретінін көрсетті. Төмен деңгейдегі қорғасынмен байланыс IQ төмендеуімен анық байланысты. Балалардың орташа IQ-сы 1-2 баллға төмендесе, ұлттық деңгейде маңызды әсер етеді, себебі бұл ақыл-ой жетіспеушілігі бар балалардың санының артуына және "дарынды" балалардың санының пропорционалды түрде азаюына әкеледі. 2008 жылдың 15 қазанына дейін жаңа стандартты белгілеу жөніндегі федералды сот шешімі бойынша EPA атмосферадағы қорғасынның қабылданатын шектерін бұрынғы 1,5 мкг/м3 стандартынан 0,15 мкг/м3-қа дейін төмендетті. Бұл 1978 жылдан бергі стандартқа енгізілген алғашқы өзгеріс және бұрынғы деңгейлерге қарағанда он есеге төмендеуді білдіреді. Жаңа стандарт АҚШ-тағы 16 000 қорғасын көзіне – қорғасынды қайта өңдеу, авиабензин, әскери базалар, кен өндіру және металл балқыту, темір және болат өндірісі, өнеркәсіптік қазандықтар мен жылытқыштар, қауіпті қалдықтарды өртеу және аккумуляторлар өндірісі – 2011 жылдың қазанына дейін шығарындыларын азайтуды талап етеді. EPA-ның өз зерттеулері көрсеткендей, ең осал балалардың IQ-сының төмендеуін болдырмау үшін стандартты 0,02 мкг/м3 дейін төмендету қажет. EPA авиабензинды қорғасынның ең маңызды көзі деп анықтады. 2008 жылдың маусымында жаңа стандарттар бойынша EPA өткізген қоғамдық тыңдауда Ұшақ иелері мен ұшқыштар қауымдастығының үкіметтік істер жөніндегі атқарушы вице-президенті Энди Себула жалпы авиацияның АҚШ экономикасында маңызды рөл атқаратынын және авиабензиннің қазіргі құрамын өзгертетін стандарттардың өзгеруі ұшу қауіпсіздігіне және елдегі жеңіл ұшақтардың болашағына тікелей әсер ететінін мәлімдеді. 2008 жылдың желтоқсанында AOPA жаңа EPA ережелеріне ресми пікір білдірді. AOPA EPA-дан авиабензиннен қорғасынды жоюмен байланысты шығындар мен қауіпсіздік мәселелерін ескеруін сұрады. Олар авиация секторында АҚШ-та 1,3 миллионнан астам адам жұмыс істейтінін және оның тікелей және жанама экономикалық әсері жылына 150 миллиард доллардан асып түсетінін атап өтті. AOPA жаңа ережелердің қазіргі күйінде жалпы авиацияға әсер етпейтінін түсіндірді. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) ұсынылып отырған ережелерді әзірлеу туралы алдын ала хабарламасы 2010 жылдың сәуірінде АҚШ Федералдық тіркелімінде жарияланды. EPA былай деді: «Бұл шара авиабензиннің қолданылуымен байланысты қорғасын инвентаризациясын, ауа сапасы және оған әсер ету туралы ақпаратты, агенттік поршеньді қозғалтқышпен ұшатын ұшақтардан қорғасын шығарындыларының ауа сапасына тигізетін әсері туралы қосымша ақпаратты сипаттайды және осы ақпарат бойынша пікірлерді сұрайды». БАҚ-та авиабензин 2017 жылға дейін АҚШ-та тоқтатылатыны туралы хабарларға қарамастан, EPA 2010 жылдың шілдесінде кезең-кезеңмен тоқтату мерзімі жоқ екенін және оны белгілеу FAA-ның жауапкершілігінде екенін растады, себебі EPA-ның авиабензинге қатысты билігі жоқ. FAA әкімшісі авиабензиндегі қорғасынды реттеу EPA-ның жауапкершілігі екенін мәлімдеді, нәтижесінде екі ұйым да түсініспеушілік тудырды және шешімдерді кешіктірді деген сынға ұшырады. 2011 жылдың сәуірінде Sun 'n Fun іс-шарасында Жалпы авиация өндірушілері қауымдастығының (GAMA) басшысы Пит Банс және Ұшақ иелері мен ұшқыштар қауымдастығының президенті және бас директоры Крейг Фуллер екеуі де қорғасынды авиабензиннің жақын арада алмастырылғанша тоқтатылмайтынына сенімді екенін мәлімдеді. Фуллер: «100 төмен қорғасынды авиабензиннің жақын болашақта қол жетімді болмай қалуына сенуге негіз жоқ». Санта-Моника әуежайындағы EPA-ның қорғасынды модельдеу зерттеуінің соңғы нәтижелері әуежай аумағындағы деңгейлер қазіргі 150 нг/м3 және болашақтағы 20 нг/м3 деңгейінен төмен екенін көрсетті. АҚШ-тағы жыл бойы жүргізілген зерттеуде бақыланған 17 әуежайдың 15-інің қорғасын шығарындысы қазіргі қорғасынға қатысты ұлттық ауа сапасы стандартына (NAAQS) сәйкес келеді.
Басқа қолданыстар
Авгаз кейде әуесқой автожарыс машиналарын құрастыруда қолданылады, себебі оның октан саны автомобиль бензинінен артық, бұл қозғалтқыштарды жоғары сығылыммен жұмыс істеуге мүмкіндік береді.