W październiku 2024 r. Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) i producent samolotów Deutsche Aircraft przeprowadziły pierwsze na świecie loty pomiarowe przy tylnym wietrze samolotu turbośmigłowego zasilanego w 100% syntetycznym paliwem niezawierającym węglowodorów aromatycznych. Z odległości od 50 do 500 metrów samolot DLR Falcon mierzy emisje z D328® UpLift. Celem jest zmniejszenie nie tylko śladu węglowego lotnictwa, ale także emisji cząstek stałych i wpływających na klimat smug kondensacyjnych. Na lotnisku Oberpfaffenhofen przeprowadzono już wstępne pomiary, zarówno na ziemi, jak i podczas czterech lotów badawczych, w których wykorzystano w 100% syntetyczne paliwo.
– Zrównoważone paliwa będą w przyszłości odgrywać ważną rolę w lotnictwie przyjaznym dla klimatu, a w szczególności paliwa oparte na energii elektrycznej, nadające się do produkcji na dużą skalę. Dlatego też jestem niezmiernie zadowolony, że nasz nowy samolot badawczy D328 UpLift jest pierwszym na świecie, który podczas swojego debiutu w kampanii badawczej latał z takim syntetycznym, pozbawionym węglowodorów aromatycznych paliwem w silnikach turbośmigłowych. Dzięki naszemu „latającemu laboratorium” Falcon 20E zapewniamy wyjątkową wiedzę DLR w zakresie bezpośredniego pomiaru emisji i wynikających z nich smug kondensacyjnych bezpośrednio w locie – wyjaśniał Markus Fischer, członek zarządu DLR ds. aeronautyki.
Poprzednie testy lotnicze przeprowadzone przez DLR we współpracy z NASA i Airbus wykazały już, że stosowanie zrównoważonego biopaliwa prowadzi do zmniejszenia ilości cząstek sadzy, kryształków lodu i globalnego ocieplenia powodowanego przez smugi kondensacyjne. Projekt CLIM0ART (Climate Impact-driven Emission and Contrail Measurements of 0 Aromatic fuels in Regional Turboprop Aircraft) bada obecnie, czy podobne efekty można osiągnąć stosując paliwa syntetyczne niezawierające związków aromatycznych.
Kolejnym celem jest przeprowadzenie pierwszych pomiarów emisji z samolotów turbośmigłowych w locie. W przeciwieństwie do samolotów odrzutowych, nie ma publicznie dostępnych danych dotyczących emisji dla tego typu pojazdów. Takie informacje są potrzebne jako punkt odniesienia do modelowania wpływu obecnej i przyszłej regionalnej floty na klimat.
– Projekt CLIM0ART jest kolejnym elementem naszego holistycznego podejścia do optymalizacji wpływu naszych samolotów na środowisko, którego celem jest jak najszybsze wdrożenie najnowszych odkryć naukowych dotyczących klimatu w naszym samolocie D328eco, który jest obecnie w fazie rozwoju. To osiągnięcie nie tylko podkreśla potencjał paliw syntetycznych, ale także znaczenie współpracy między przemysłem a instytucjami badawczymi – dodał Nico Neumann, dyrektor operacyjny Deutsche Aircraft.
Po przekazaniu do DLR, samolot badawczy D328 UpLift® musiał najpierw zostać przygotowany do użytku z paliwem wolnym od związków aromatycznych. Wymieniono uszczelki, a układ paliwowy i silniki zostały zmodyfikowane i przetestowane pod kątem pracy z paliwami niezawierającymi węglowodorów aromatycznych. Loty są przeprowadzane jako loty testowe, ponieważ stosowanie w 100% syntetycznych paliw wolnych od aromatów nie jest jeszcze w pełni certyfikowane.
Lot w smudze spalin
Wspólny lot badawczy startuje z lotniska Oberpfaffenhofen. Samoloty badawcze DLR D328® UpLift i Falcon 20E wlatują następnie w przestrzeń powietrzną zarezerwowaną dla testów lotniczych.
– Tutaj oba samoloty wykonują pomiary przez około dwie godziny, podczas których Falcon wlatuje w strumień spalin z odległości 50 metrów i pobiera próbki emisji D328® lub, w przypadku pomiarów cząstek stałych z większej odległości, wielokrotnie nurkuje w smugi D328® poprzez umiejętne manewrowanie. Bliski pościg jest szczególnie trudny dla pilotów testowych i wymaga najwyższej koncentracji – wyjaśniał Ingmar Mayerbuch, szef DLR Flight Operations.
– Biopaliwa niezawierające aromatów zmniejszają emisję cząstek sadzy i tworzenie się kryształków lodu w smugach, co zmniejsza ich efekt ocieplenia. Obecnie badamy, czy podobne wyniki można osiągnąć w przypadku paliw syntetycznych. Jesteśmy również zainteresowani emisjami z samolotów turbośmigłowych we flocie regionalnej, które możemy wykorzystać jako punkt odniesienia dla przyszłych innowacyjnych technologii napędowych, na przykład wykorzystujących wodór – mówił Christiane Voigt, dyrektor projektu w Instytucie Fizyki Atmosfery DLR.
Paliwa syntetyczne, sadza, smugi kondensacyjne i wpływ na klimat
Silniki lotnicze emitują cząsteczki sadzy, które przyczyniają się do powstawania kryształków lodu w smugach kondensacyjnych w niskich temperaturach. W wilgotnych warunkach pogodowych smugi te mogą utrzymywać się i rozprzestrzeniać przez kilka godzin. W tym czasie kryształki lodu oddziałują z promieniowaniem cieplnym Ziemi, zatrzymując je w atmosferze, co prowadzi do ocieplenia. Międzynarodowe badania pokazują, że ocieplenie wywołane przez wpływ lotnictwa niezwiązany z emisją CO2 może być tak duże, jak wpływ na klimat wszystkich emisji CO2 od początku istnienia lotnictwa.
Aromaty w paliwie odgrywają kluczową rolę jako prekursory cząstek sadzy. Pierścienie aromatyczne są silniej związane niż długołańcuchowe związki węglowodorowe, a zatem związki aromatyczne są dobrymi prekursorami sadzy w procesach spalania. Pomiary przeprowadzone przez DLR wykazały, że stosowanie 50- i 100-procentowych biopaliw prowadzi do redukcji cząstek sadzy i lodu. W rezultacie efekt cieplarniany smug może zostać zredukowany o 15 do 40 procent.
Syntetyczne paliwa na bazie energii elektrycznej (Power-to-Liquid; PtL) są wariantem zrównoważonych paliw lotniczych (SAF). Paliwa PtL mogą potencjalnie zmniejszyć ślad CO2 w lotnictwie nawet o 95%, w przeciwieństwie do biopaliw opartych na roślinach uprawnych, bez ingerencji w łańcuch składników odżywczych. W przyszłości syntetyczne paliwa PtL będą produkowane z CO2 i wody przy użyciu odnawialnych źródeł energii. Paliwo stosowane w UpLift, w 100% wolna od aromatów syntetyczna nafta parafinowa Fischera-Tropscha (FT-SPK), jest chemicznie i procesowo równoważna PtL, która będzie dostępna w przyszłości (proxy PtL). Paliwo jest dostarczane przez firmę Sasol.
DLR pracuje już nad testowaniem przemysłowej produkcji paliw PtL w przyszłości. Ceremonia wmurowania kamienia węgielnego pod budowę platformy technologicznej dla paliw Power-to-Liquid (TPP) w Leunie odbyła się na początku października 2024 roku.
Źródło: DLR
