Future
Udržitelnější motor Catalyst
Testování udržitelného leteckého paliva (SAF) probíhající v Praze ve spolupráci ČVUT, GE a Avio Aero poskytlo první poznatky a partneři nyní usilují o provoz se 100% podílem paliva SAF.
Mar 2022
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.“
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.
„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.
„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.“