Demonstratietests die aan de gang zijn in Praag met behulp van duurzame brandstoffen hebben de eerste inzichten opgeleverd aan de gezamenlijke teams van CVUT, GE en Avio Aero, die nu streven naar 100% SAF.
Iets meer dan twee maanden zijn verstreken sinds november vorig jaar, toen GE Aviation Turboprop en de Tsjechische Technische Universiteit in Praag CVUT de demonstratietestcampagne startten voor het gebruik van SAF (duurzame vliegtuigbrandstoffen) op de Catalyst-motor, als onderdeel van een breder technologisch samenwerkingsprogramma tussen het bedrijf en Tsjechische universiteiten.
Testen met de SAF-aangedreven Catalyst vonden plaats in een van de kamers van het VZLU-testcentrum, op een steenworp afstand van het hoofdkantoor van GE Aviation Turboprop; In dezelfde ruimte werden in 2018 de krachtige tests van de motor gehouden. Tot op heden hebben meer dan 3,000 uur aan testoperaties op 17 geassembleerde motoren betrekking op de nieuwe, in Europa geboren geavanceerde turbopropmotor.
"Deze campagne verschilt van klassieke duurtests", legt Massimo Giambra, Senior Engineer in Engine System voor Avio Aero, uit. “In feite hebben we tests met traditionele Jet-A vliegtuigbrandstof afgewisseld met tests met een 40% SAF-blend. We hebben tot nu toe 30 uur motoractiviteit verzameld, waarvan 10 exclusief SAF: wat betreft prestaties, verbruik, vermogen en algemeen gedrag van de motor kunnen we zeggen dat we tevreden zijn. Volgens de eerste resultaten reageert Catalyst op beide brandstoffen op dezelfde manier, al zijn we onze analyses nog aan het verdiepen.”
Een volledig nieuwe motor, ontwikkeld na meer dan 50 jaar zonder dat er geheel nieuwe turboprops op de markt kwamen, plaatst ontwerpers, technische specialisten en ingenieurs duidelijk voor ongekende gevallen. Daarom ondergaat de Catalyst certificerings- en ontwikkelingstests die andere turbopropmotoren nog nooit hebben ondergaan.
De demonstratie met SAF's heeft in dit geval als hoofddoel het vergelijken van motoremissies en uitlaatrook tussen de twee brandstoffen. “Het doel was niet de certificering voor rook en emissies, maar we hebben de activiteit uitgevoerd en gemeten volgens de eco-duurzaamheidsparameters van de ICAO (de International Civil Aviation Organization, onderdeel van de VN, red.). Een van de vereisten van het programma is de vermindering van emissies en rook. We kunnen nu al zeggen dat de resultaten tot nu toe wijzen op een afname van de rook bij volledige belasting van 25% met dit type SAF”, voegt Fabio Turrini, Combustion Systems Design Consulting Engineer bij Avio Aero, toe.
Het type SAF dat door de katalysator in deze eerste fase wordt gebruikt, wordt ATJ (Alcohol To Jet) genoemd en wordt geproduceerd door een proces van reconversie van ethylalcohol in brandstof, alcohol die op de planeet kan worden gewonnen uit verschillende hernieuwbare bronnen zoals suikerriet , biomassa of afval. "Aanvankelijk waren we van plan om de blend met 50% SAF te bereiken, maar om te voldoen aan de internationale certificeringsnormen voor vliegtuigbrandstoffen, hebben we uiteindelijk besloten om te gaan voor een ATJ 40% 'drop-in' SAF met een 60% Jet-A blend”, zegt Martin Svoboda, Senior Project Manager van GE Aviation Turboprop, die de motortests nauw volgde met collega's van CVUT University en teams van specialisten.
"We waren ons al in 2020 aan het voorbereiden op deze campagne, toen de gezondheidscrisis ons schema beïnvloedde", vervolgt Svoboda. “De complexiteit van deze tests begint al bij de aanschaf hier in Europa, omdat het ons veel tijd kostte om de alternatieve brandstof te vinden: veel van de grote fabrikanten zijn niet geïnteresseerd in het maken van de blend voor experimentele doeleinden, dus vonden we een kleine maar geavanceerde producent in North Carolina (VS) die in staat was een oplossing op maat te bieden.”
Het is ook gemakkelijk voor te stellen hoe delicaat het is om met dergelijke stoffen om te gaan en daarom werden, samen met de Engineering, Program Management, Combustion and Fuel-experts, Testing en Sourcing-teams, ook de Environment Health & Safety-afdelingen van het kantoor in Praag geactiveerd als gespecialiseerde externe leverancier. De activiteiten omvatten het transport, het gebruik, de opslag en de circulatie van de twee soorten brandstof in de pijpleidingen van de geavanceerde testcel die "DYNO-testcel" wordt genoemd.
“De beoordeling van de prestaties met SAF, evenals hun effect op emissies, luchtvervuiling en menselijke gezondheid, vereist een grondige voorbereiding, ontwerp en uitvoering van de tests, zodat je de effecten van de brandstof kunt scheiden van talloze andere effecten”, zegt Michal Vojtisek, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de universiteit van Praag en resident Alchemist. Prof. Vojtisek, een expert op het gebied van brandstoffen, verbranding en emissies, was in de jaren 90 een van de pioniers op het gebied van emissiemetingen van grondvoertuigen en deed ook in de Verenigde Staten ervaring op.
“Bij het selecteren van instrumentatie en testvolgorde voor deze campagne bouwden we voort op onze ervaring in voertuigtests en op de recente ontwikkeling in emissietests van vliegtuigmotoren. We hebben de uitlaat digitaal geanalyseerd op een verscheidenheid aan verontreinigende stoffen, waaronder broeikasgassen zoals CO2, methaan en N2O, bij reactieve stikstofsoorten, de concentratie van niet-vluchtig roet, grootteverdelingen en totale tellingen van deeltjes, samen met de totale telling van niet- vluchtige deeltjes”, legt prof. Vojtisek uit. Samen met hem is er een team van tien CVUT-technici en onderzoekers die een toegewijde opleiding hebben gevolgd, gespecialiseerd in een discipline die essentieel is voor de studie van klimaat- en gezondheidseffecten.
Het lijkt misschien voor de hand liggend, maar het nauwkeurig kunnen filteren, analyseren en meten van een gasstroom is een vrij geavanceerde operatie. Het leidingsysteem in de testruimte is uitgerust met sensoren, evenals de uitlaatpijpen: “het systeem dat we in de ruimte hebben is flexibel genoeg om in relatief korte tijd aan een bepaald type testen aan te passen. Aangezien het vrij moeilijk is om SAF aan te schaffen, moet alles vanaf de eerste run correct werken, er zijn niet veel kansen. Deze tests waren gericht op een realistische beoordeling van de uitstoot van gassen en deeltjes met de SAF door deze te vergelijken met conventionele JET A-1-brandstof.”
De volgende stap ligt nu binnen het bereik van de gezamenlijke bedrijfs- en universiteitsteams die duurzame oplossingen bestuderen en implementeren, terwijl de hoge operationele normen van de gloednieuwe motor worden gehandhaafd. "We streven ernaar om zo snel mogelijk 100% met SAF te werken", zegt Svoboda. “Dit keer zijn we ook op zoek naar een SAF-leverancier om de testcampagne te ondersteunen. Het zou mooi zijn als het Europees zou zijn zoals onze Catalyst.”
Tekst door: Yari Bovalino
Foto: Jiří Ryszawy, CTU in Praag
De post Een duurzamere katalysator verscheen eerst op LUCHT- EN RUIMTEVAART.
