Biopolttoaineiden vaikutus lentokoneen ominaisuuksiin ja järjestelmiin

Abstract

Lentoliikenteen määrä kasvaa jatkuvasti, eikä nykyisten öljypolttoaineiden käyttö energialähteenä ole kestävää. Lentoliikenteestä aiheutuvat päästöt ovat herättäneet tarpeen uusiutuvista luonnonvaroista tuotetuille polttoaineille. Yksi mahdollinen ratkaisu tähän on biopolttoaineet. Biopolttoaineiden avulla voidaan vähentää merkittävästi lentoliikenteen hiilidioksidipäästöjä. Niiden ominaisuuksia ja soveltuvuutta lentokoneisiin ja niiden järjestelmiin on kuitenkin tutkittava ennen käyttöönottoa. Tämä kandidaatintyö käsittelee Fischer Tropsch (FT)- ja HEFA-biopolttoaineiden ominaisuuksia ja niiden vaikutuksia lentokoneen järjestelmiin. Työssä selvitetään ja tunnistetaan biopolttoaineiden aiheuttamat haasteet moottoriin ja polttoainejärjestelmään. Työn tarkoitus on tutkia ratkaisuja haasteisiin ja määrittää järjestelmiltä ja polttoaineilta vaadittavaa kehitystä kohti täysin synteettistä biolentopolttoainetta. Tutkimuksessa käytetty menetelmä on kirjallisuusselvitys. Tutkimuksen mukaan FT- ja HEFA-biolentopolttoaineet sopivat 50 %:n sekoitussuhteella perinteisiin lentokoneiden moottoreihin ilman tarvittavia lisämuutoksia. Myös 50 %:n drop-in-polttoaineiden vaikutukset moottoriin ja polttoainejärjestelmään ovat hyvin samankaltaisia kuin tavanomaisten Jet A -ja Jet A-1 -polttoaineiden. Tekniset haasteet alkavat, kun seossuhde ylittää 50 tilavuusprosentin rajan. Teknisiä haasteita tutkimuksen mukaan ovat biopolttoaineen ja tiivisteiden yhteensopivuusongelma sekä voitelukyvyn puute. Yhteensopivuusongelma voidaan ratkaista bentsyylialkoholipitoisilla lisäaineilla tai vaihtamalla nitriilikumitiivisteet fluorihiilitiivisteisiin. Tiivisteiden vaihtaminen on käytännössä mahdoton toteuttaa, joten lisäaineratkaisu on kannattavin vaihtoehto. Lisäaineiden vaikutus moottoriin ja polttoainejärjestelmään on kuitenkin selvitettävä ennen niiden käyttöä. Lisäksi haasteiksi tunnistetaan polttoaineisiin yleisesti liittyvä mikrobikontaminaatio sekä polttoainejärjestelmän vaurioituminen peroksidien takia. Nämäkin haasteet voidaan ratkaista lisäaineiden avulla. Myös moottoreiden ja polttoaineen laadun testaus luokitellaan haasteeksi, sillä biopolttoaineiden tarkka ja pitkäaikainen vaikutus moottoriin ja polttoainejärjestelmään on vielä tuntematon. Vaikutuksia voidaan arvioida erilaisten mallien, mallinnusten ja tutkimuksista kertyvän kokemuksen avulla. Ilmailualalla pyritään siis kehittämään biopolttoainetta eikä järjestelmiä. Uusien järjestelmien kehittäminen ja muokkaaminen sopiviksi olemassa oleviin lentokoneisiin olisi liian kallista verrattuna polttoaineen tämänhetkisiin hyötyihin. Lisäksi ilmailualan vaatimukset ja standardit ovat haastavia, mikä osaltaan vaikeuttaa kehitystä kohti täysin synteettistä polttoainetta. Täysin synteettinen biopolttoaine on kuitenkin mahdollista kehittää, mutta se vaatii lisätutkimusta.