THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

Uplynulo něco málo přes dva měsíce od loňského listopadu, kdy společnost GE Aviation Turboprop a České vysoké učení technické (ČVUT) v Praze zahájily testovací kampaň pro použití udržitelného leteckého paliva (SAF) na motoru Catalyst, která je součástí širšího technologického programu spolupráce mezi společností a českými univerzitami.

SAF jsou paliva pro tryskové motory s nižším obsahem uhlíku vyráběná z rostlinných olejů, řas, tuků, odpadních látek, alkoholů, cukrů, zachyceného CO₂ a dalších alternativních surovin. Pokud se místo fosilních paliv začnou používat alternativní suroviny, lze snížit emise CO₂ v průběhu celého životního cyklu paliva, a to i během jeho výroby.

Testy s motorem Catalyst poháněným SAF probíhaly na dynamometrické zkušebně ČVUT umístěné v prostorách VZLU, jen kousek od centrály společnosti GE Aviation Turboprop; na stejné zkušebně probíhaly v roce 2018 testy motoru s vysokým výkonem. K dnešnímu dni bylo s novým turbovrtulovým motorem evropské výroby uskutečněno více než 3 000 hodin zkušebního provozu na 17 motorech.

„Tato kampaň se liší od klasických zátěžových testů,“ vysvětluje Massimo Giambra, vedoucí inženýr v oddělení motorových systémů společnosti Avio Aero. „Střídali jsme testy s tradičním leteckým palivem Jet-A s testy se 40% směsí paliva SAF. Dosud jsme provedli zkoušky činnosti motoru v době trvání 30 hodin, z toho 10 hodin výhradně za použití paliva SAF. Z hlediska výkonu, spotřeby, energie a celkového chování motoru můžeme říci, že jsme spokojeni. Podle prvních výsledků reaguje Catalyst na obě paliva stejně, i když naše analýzy stále pokračují.“

A view of CVUT’s DYNO/CORE test cell at the Czech Aerospace Research Centre VZLU.

Zcela nový motor, vyvinutý po více než 50 letech, kdy nebyly na trh uvedeny žádné nové turbovrtulové letouny, samozřejmě staví konstruktéry, techniky a inženýry před nevídané výzvy. Proto motor Catalyst prochází certifikačními a vývojovými zkouškami, kterým jiné turbovrtulové motory nikdy nečelily.  

Testování s palivem SAF má v tomto případě za primární cíl porovnat emise a kouřivost výfukových plynů motoru mezi oběma palivy. „Cílem nebyla certifikace kouře a emisí, nicméně jsme prováděli a měřili činnost v souladu s parametry ekologické udržitelnosti ICAO (tzv. Mezinárodní organizace pro civilní letectví, součást OSN, pozn. red.). Mezi požadavky programu totiž patří snížení emisí a kouře. Již nyní můžeme říci, že dosavadní výsledky naznačují snížení emisí kouře při plném zatížení o 25 % u tohoto typu paliva SAF,“ dodává Fabio Turrini, vedoucí oddělení konstrukce spalovacích systémů společnosti Avio Aero.

Typ paliva SAF používaný motorem Catalyst v této první fázi se nazývá ATJ (Alcohol To Jet) a vyrábí se procesem přeměny etylalkoholu na palivo, tedy alkoholu, který lze na planetě získat z různých obnovitelných zdrojů, jako je cukrová třtina. „Původně jsme zamýšleli používat toto palivo SAF při 50 %, ale abychom vyhověli mezinárodním certifikačním normám, rozhodli jsme se pro variantu pouze při 40 %, takže jsme jej smíchali s palivem Jet-A pro zbývajících 60 %," říká Martin Svoboda, projektový manažer společnosti GE Aviation Turboprop, který s kolegy z ČVUT a týmy specialistů pečlivě sledoval testy motoru.

A graph showing the comparison of non-volatile particulate matter (nvPM) between SAF and traditional fuels.

„Na kampaň jsme se připravovali už v roce 2020, pak do našeho harmonogramu zasáhla zdravotní krize,“ pokračuje Svoboda. „Složitost těchto testů začíná už při nákupu zde v Evropě, protože nám trvalo dlouho, než jsme našli alternativní palivo: řada velkých výrobců nemá zájem o přímé zásobování pro experimentální účely, takže jsme našli malého, ale moderního výrobce v Severní Karolíně (USA) a objednali jsme celkem přes 2 300 litrů paliva ATJ.“

Je také snadné si představit, jak choulostivé je nakládání s takovými látkami, a proto bylo společně s týmy inženýringu, řízení programu, testování a zásobování vyrozuměno také oddělení životního prostředí, pražská pobočka Státního zdravotního ústavu a specializovaný externí dodavatel. Operace zahrnovaly přepravu, použití, skladování a cirkulaci obou typů paliva v potrubí zkušebny DYNO.

„Posouzení výkonu s palivem SAF, stejně jako jeho vlivu na emise, znečištění ovzduší a lidské zdraví, vyžaduje důkladnou přípravu, návrh a provedení testů, aby bylo možné oddělit vliv paliva od nesčetných dalších vlivů,“ říká Michal Vojtíšek, profesor strojního inženýrství na ČVUT v Praze a rezidentní alchymista. Prof. Vojtíšek je odborníkem na paliva, spalování a emise a v 90. letech 20. století byl jedním z průkopníků měření emisí pozemních vozidel, přičemž zkušenosti nasbíral mimo jiné také ve Spojených státech.

The testing specialists teams inside the control room during an engine run.

„Při výběru přístrojového vybavení a testovací sekvence pro tuto kampaň jsme vycházeli z našich zkušeností s testováním vozidel a z nedávného vývoje v oblasti testování emisí leteckých motorů. Digitálně jsme analyzovali výfukové plyny na různé znečišťující látky, včetně skleníkových plynů, jako je CO₂, metan a N₂O, na reaktivní formy dusíku, koncentraci netěkavých sazí, distribuci velikosti a celkový počet částic spolu s celkovým počtem netěkavých částic,“ vysvětluje profesor Vojtíšek. Spolu s ním zde pracuje tým 10 techniků a výzkumných pracovníků ČVUT, kteří prošli specializovaným školením a jsou specialisty na obor, který je klíčový pro studium dopadů na klima a zdraví.

Může se to zdát samozřejmé, ale schopnost přesně filtrovat, analyzovat a měřit proud plynu je poměrně složitá operace. Potrubní systém ve zkušebně je vybaven senzory, stejně jako výfukové potrubí: „Systém, který máme v místnosti, je dostatečně flexibilní, aby se v relativně krátké době přizpůsobil určitému typu zkoušek. Vzhledem k tomu, že získat palivo SAF je poměrně obtížné, vše musí fungovat správně hned od prvního spuštění, jelikož nemáme mnoho jiných příležitostí. Cílem těchto testů bylo realistické posouzení plynných emisí a emisí pevných částic u paliva SAF v porovnáním s běžným palivem JET A-1.“

Partnerský tým, který společně studuje a zavádí udržitelnější řešení při zachování vysokých provozních standardů zcela nového motoru, má nyní další krok na dosah. „Naším cílem je dosáhnout provozu s palivem SAF při 100 % tak, aby nevyžadovalo míchání s konvenčním leteckým palivem, a to co nejdříve,“ říká Svoboda. „Tentokrát hledáme také dodavatele paliva SAF, který by podpořil testovací kampaň. Bylo by hezké, kdyby se jednalo o dodavatele s evropským původem, jako má náš motor Catalyst.“