Flugmotorentreibstoff
Flugmotorentreibstoff ist Kraftstoff, der zum Betreiben von Luftfahrtantrieben genutzt wird und indirekt auch der Beheizung und Klimatisierung von Flugzeugen dient. Er wird (wie auch Flugmotorenschmierstoff (siehe unten) oder Flugzeugenteisungsmittel, siehe dazu Flugzeugenteisung) zu den Betriebsstoffen gezählt. Der veraltete Begriff Luftfahrtbetriebsstoff ausschließlich für Flugmotorentreibstoffe resultiert aus dem nicht mehr gültigen Mineralölsteuergesetz 1992 (BGBl. 1992 I S. 2150), das vom Energiesteuergesetz abgelöst wurde.
Je nach Motorentyp (siehe dazu ausführlich Flugmotor) kommen bei Flugzeugen und Drehflüglern unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz:
- Varianten von Aviation Gasoline für Flugzeuge mit Ottomotor oder Rotationskolbenmotor,
- Varianten von Diesel oder Kerosin (auch avtur oder aviation turbine fuel (ATF) genannt) für turbinengetriebene Luftfahrzeuge, siehe dazu auch Kerosinsorten.
- Varianten von MoGas (Abkürzung für Motor Gasoline), also Kraftfahrzeugbenzin, im Regelfall Super plus (ROZ98)
- Alternative Treibstoffe für Flugmotoren wie Erdgas oder Wasserstoff sind im Artikel Wasserstoffflugzeug spezifiziert, zum Stromantrieb siehe Elektroflugzeug und Solarflugzeug, bezüglich Raketenmotore von Raketenflugzeugen siehe Raketentreibstoffe.
- Für Flugzeuge sind auch schon Biokraftstoffe in Erprobung.[1] (siehe dazu auch Biokerosin).
Geschichte[Bearbeiten]
Treibstoffzusammensetzung[Bearbeiten]
Die üblichen Flugzeugtreibstoffe sind wie Automotorbenzin ein Gemisch aus verschiedenen flüssigen Kohlenwasserstoffen und Zusätzen („Additive“). Die Kohlenwasserstoffe entstammen meist dem Mitteldestillat einer Erdölraffinerie mit einem Siedebereich zwischen 190 und 390 °C. Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzungen der Erdölsorten enthalten diese Destillate unterschiedliche Anteile an[2]
- gesättigten und ungesättigten Paraffinen,
- Aromaten, Kohlenwasserstoffen mit ringförmiger Molekülstruktur mit bis zu 6 Ringen und Spuren von Pyrrol-, Indol-, Pyridin- und Chinolin-Derivaten.
Flugmotorenschmierstoffe weisen oft eine ähnliche Zusammensetzung und sehr ähnliche Additive wie Flugmotorentreibstoffe auf, nur sind bei ihnen Erweichungspunkte niedriger und die Viskosität größer[3].
Additive[Bearbeiten]
Additive werden den Treibstoffen zugesetzt, um bestimmte chemische oder physikalische Eigenschaften oder Wirkungen zu erreichen oder zu verbessern. Als chemische Eigenschaften wie beispielsweise Oxidationsstabilität und Alterungsverhalten, physikalische Eigenschaften wie beispielsweise Viskositätsverhalten, Temperaturverhalten, Stockpunkt, Fliessfähigkeit, chemische und physikalische Eigenschaften bei Schaumverhinderung.
Übliche Additive in Flugzeugtreibstoffen und Flugzeug-Schmierölen sind[4][5] (in alphabetischer Reihenfolge der Substanzklassen):
- Antiabsetzmittel (auch Antisedimentationsmittel, Sedimentationsverhinderer, Phasenstabilisatoren oder „wax anti-settling additives“ genannt) verhindern wie auch Ölschlammdispergiermittel das Absetzen von festen Bestandteilen (wie beispielsweise Ruß oder Öl-Asche) oder von durch Kälte ausgeflockten Paraffinen oder Eispartikeln in Treibstoffen oder Schmierölen[4]
- Antioxidantien verbessern die Lagerfähigkeit in Tanks und verhindern Polymerisierungsreaktionen und damit zusammenhängend Verklumpungen[4], beispielsweise aromatische Diamine[4]
- Antischaummittel; sie verhindern die Schaumbildung bei der Betankung (bei Diesel[4]) und erlauben ein schnelleres Betanken, beispielsweise Polysilikone[4]
- Antistatikmittel (beispielsweise schwefelhaltige Dinonylnaphthylsulfonsäure) oder Leitfähigkeitsverbesserer sollen elektrostatische Aufladungen bei der Betankung und damit Zündgefahren bei einer elektrostatischen Entladung vermeiden.
- Biozide: Feuchte Luft, die anstelle des verbrauchten Kraftstoffs den Tank füllt, kann Mikroorganismen (Hefen, Sporen von Schleim- und Schimmel- und sonstiger Pilze und Bakterien[6], die organische Verbindungen als Nährstoffe akzeptieren) beherbergen, die Feuchte kann gefrieren. Beides kann dann zu Verstopfung von Filtern oder zu anaerober Biokorrosion führen)[4]; deshalb werden den Treibstoffen Biozide (beispielsweise Bororganische Verbindungen[4], Isothiazolinone[4] und Ethylenglycol[4] oder Quaternäre Amine[4]) und Vereisungsschutzmittel (beispielsweise (Glykolmonomethylether[7]) zugesetzt.
- „combustion chamber deposit modifiers'“ (deutsch: Brennkammer-Rückstandsverhinderer), dafür Trialkylphosphorsäureester[8]
- combustion improvers verhindern die Bildung von Schmieröl-Asche und -Ruß und von „cold-end corrosion“ (deutsch: kondensatbedingte Korrosion, Säuretaupunktkorrosion oder Säurekondensatkorrosion, siehe Schwefelsäuretaupunkt) in Erhitzern.
- Demulgatoren verhindern die Emulgation (Emulsionsbildung) von Wasser (aus der Luftfeuchte) in Öl, dehazer wirken gegenteilig, indem sie Wasser-in-Öl-Mikroemulsionen ermöglichen, wodurch sich Wasser nicht in Pipelines (Treibstoffleitungen am Flughafen) ablagert[9];
- Detergentien als Dispergiermittel (Dispersionsmittel); zahlreiche Verbindungen mit durchschnittlichen Molekulargewichten zwischen 750 und 2500 der unpolaren Gruppe, um die Öllöslichkeit zu verbessern[10]
- „deposit control additives“, deutsch: Ablagerungskontrollsubstanzen
- Desodorantien, auch Reodorantien genannt, zur Geruchsverbesserung
- Diesel-Stabilisatoren („diesel fuel stabilizers“),
- Farbstoffe und Marker (siehe Sudanfarbstoffe),
- Vereisungsschutzmittel; sie verhindern bei den Tieftemperaturen in der Stratosphäre die Bildung von Eiskristallen und Paraffineindickungen, die Leitungen verstopfen könnten (siehe dazu auch Flughöhe),
- Korrosionsschutzmittel,
- Lecksucher(leak detector additives),
- Metalldeaktivatoren; Spuren von Metallen (fester Abrieb oder Lösungen) können Metallkorrosion und die Oxidation der Treibstoffe begünstigen, was zu Polymerisationsreaktionen und Bildung von Ablagerungen führen kann[11] kann. Deshalb werden den Treibstoffen Antioxidantien (beispielsweise Dilinolsäure) und Metalldeaktivatoren (beispielsweise haut- und augenreizende[12][13] schwefelhaltige 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole[14]) zugesetzt.
- Schmierleistungsverbesserer (lubricity improvers),
- Strömungsverbesserer („drag reducing agents“), erleichtern die schnellere Betankung bei tieferen Temperaturen. Kältefließverbesserer für Diesel, cold flow improvers oder Pour Point Depressants, vermindern die Viskosität (Zähflüssigkeit) bei tieferen Temperaturen (verbessern dadurch das Fließverhalten durch Ölfilter), verhindern (wie Antiabsetzmittel) das Auskristallisieren von Paraffinen und verbessern die Kaltstarteigenschaften. Im englischen wird noch zwischen CFFP-(cold filter plug point)-additives, LTFT-(low temperature flow test)-additives und extreme pressure-(EP)-Pour Point Depressants (PPD) unterschieden.
- Zündverbesserer oder Verbrennungsverbesserer, zur Erhöhung der Cetan-Zahl und Verbesserung der Kaltstarteigenschaften von Diesel[4], organische Nitrate wie beispielsweise Isopropylnitrat[4], Amylnitrat[4] oder Ethylhexylnitrat[4] oder Di-tert-butylperoxid[4].
AvGas enthält zusätzlich zu den sonstigen Additiven noch Ventilsitzverschleißschutzmittel[15], Antiklopfmittel wie beispielsweise Tetraethylblei („TEL“)[16][17] zusammen mit 1,2-Dibrom-Ethan oder 1,2-Dichlorethan als Scavenger(Chemie) oder Radikalfänger (um als Endreaktionsprodukt flüchtiges Bleibromid oder Bleichlorid zu bilden und Bleioxidablagerungen zu verhindern). Es sind Treibstoffe mit unterschiedlichen Bleigehalten am Markt (low lead (LL); very low lead (VLL); oder unleaded (UL) „almost all avgas on the U.S. market today [2013] is low lead“[18]. Bis zu 560 mg Blei/Liter in Avgas 100LL (Oktanzahl 100, „wenig Blei“)[19] Bis 2018 wird von der Piston Aviation Fuel Initiative getestet, ob Bleizusätze endgültig weggelassen werden können, weltweit sind [2015] geschätzt 230.000 Kolben-Flugzeugmotoren in Verwendung.[20] Andere verwendete Antiklopfmittel sind (Methylcyclopentadienyl)mangantricarbonyl[21] und Ferrocen[22]
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Der weltweite Verbrauch von Additiven für Flugtreibstoffe lag 1990 bei 30.000 Tonnen, bei allen Treibstoffen (inklusiveKraftfahrzeugtreibstoffe) gesamt hatten Detergentien den größten Anteil (50 %), gefolgt von Fließverbesserern (13 %), Cetanzahlverbesserern (8 %), Antioxidantien (7 %), Schmierleistungsverbesserer (etwa 5 %), Vereisungsschutzmittel und Korrosionsschutzmittel (3 %)[23]
Emissionen in die Umwelt[Bearbeiten]
Emissionen des Luftverkehrs beeinflussen die globale Atmosphäre und beeinträchtigen die lokale Luftqualität am Boden[24]
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Unverbrannte Flugmotorentreibstoffe samt additiver Zusatzstoffe können
- beim Ablassen von Treibstoffen vor einer Not- oder Sicherheitslandung (siehe dazu die Artikel Treibstoffschnellablass und Kondensstreifen),
- bei unvollständigen Verbrennungsprozessen,
- bei der Flugzeugbetankung,
- bei Leckagen des Flugzeug-Kraftstoffsystems oder bei der Produktion, Lagerung und Zuleitung[25]
- und durch Verdunstung leichtflüchtiger Verbindungen
…in die Umwelt, in die Atmosphäre und in der Folge als Niederschlag auf die Erdoberfläche gelangen. Durch Verdampfung verschwinden Stoffe nur für das menschliche Auge, sie bleiben aber in der Umwelt als Dämpfe gasförmig erhalten.
Dass Flugzeugabgase und daraus entstandene Kondensstreifen lediglich aus Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Rußpartikeln bestünden[26] ist eine zu grobe Simplifizierung. Es liegen Analysen der Emissionsfaktoren CO2[27], Wasserdampf[28], CH4[27], N2O[27], NOx[27], CO[27], SO2[27] vor; sowie NMVOC[27] (oder HC = hydrocarbons[28]) und flüssige oder feste Partikel[28] die beide als gefährliche Luftschadstoffe (HAP = hazardous air pollutants)[28] eingestuft werden. Ozon tritt als Reaktionsprodukt von VOC und NOx bei Anwesenheit von Wärme und Sonnenlicht auf[28].
Die zyklischen Kohlenwasserstoffe („Aromaten“) sind bei der Verbrennung in einem Triebwerk maßgeblich für die Rußbildung verantwortlich. Dieser Ruß in den Abgasen liefert Kondensationskeime für die Bildung von Kondensstreifen bei geeigneten meteorologischen Bedingungen.[29]
| Flugzeugtype | Emissionen in kg/LTO |
|---|---|
| Airbus A300 | 9,3 |
| Airbus A310 | 3,4 |
| Airbus A320 | 0,4 |
| British Aircraft BAC 1-11 | 61,6 |
| Boeing 707 | 87,8 |
| Boeing B747-200 | 32,0 |
| Boeing B747 | 43,6 |
| Douglas DC-8 | 52,2 |
| Lockheed L-1011 TriStar | 65,4 |
| Tupolew Tu-154 | 75,9 |
Chemische Elemente, die in den Additiven für Schmiermittel und Treibstoffe in organischen Verbindungen vorliegen wie beispielsweise Antimon[30], Barium[30], Blei[30], Bor[30], Cadmium[30], Chrom[30], Molybdän[30], Quecksilber[30], Selen[30], Silizium[30] sind dann auch in den Abgasen vorhanden.
Derartige reale Emissionen (und Immissionen), häufiges Ausklammern bei den ökologischen Auswirkungen des Luftverkehrs, fehlende Warendeklarationen der Inhaltsstoffe und ihrer biologischen Wirkung und unbekannte Bestandteile (weil Kleinmengen in Sicherheitsdatenblätter nicht aufgenommen werden müssen[31]) bilden den Nährboden für Chemtrail-Verschwörungstheorien.
Abbau in der Atmosphäre[Bearbeiten]
Viele Luftschadstoffe werden mithilfe von Hydroxyl-Radikalen mineralisiert. Diese Radikale werden durch Photolyse aus troposphärischem Ozon durch UV-Licht mit Wellenlängen < 320 nm (UV-B Bereich) oder < 411 nm gebildet[32]. Auf diese Weise werden auch biogene „Luftschadstoffe“ wie etwa Terpene abgebaut, eine Anreicherung in der Atmosphäre findet nicht statt.[33]
Die Verweilzeit langkettiger Luftschadstoffe in der Atmosphäre nimmt im Allgemeinen mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette in einer organischen Verbindung ab, das erste Glied so einer Kette reagiert am langsamsten. Das ist der Grund für die lange Verweilzeit von Methan in der Atmosphäre und für die Herausnahme von Methan bei der Angabe der flüchtigen organischen Stoffe (nmvoc – nonmethane volatile organic compounds statt voc – volatile organic compounds)[34]
Der chemische Abbau solcher Luftschadstoffe kann sich von etwa einer Sekunde bis zu einem Jahrhundert erstrecken. Dabei entstehen oft relativ langlebige Substanzen. Ist ihre mittlere Verweilzeit in der Atmosphäre mehrere Monate, so können sich diese Verbindungen homogen über eine gesamte Hemisphäre oder global ausbreiten[35].
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Christopher Chuck: Biofuels for Aviation. Academic Press, 2016, ISBN 978-0-12-803215-2, S. 135 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Nour Shafik El-Gendy, James G. Speight: Handbook of Refinery Desulfurization. CRC Press, Boca Raton 2015, ISBN 978-1-4665-9672-6, S. 45 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Ringbuch der Luftfahrtechnik. Band 5, Reichsluftfahrtministerium, Berlin, 1943, OCLC 637707517.
- ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 A Groysman: Corrosion in Systems for Storage and Transportation of Petroleum Products and Biofuels – Identification, Monitoring and Solutions. Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-94-007-7883-2, S. 23–32, online einsehbar bei www.springer.com; zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ Chemistry of Gasoline Fuel Additives, in Fuel Additives Use and Benefits, Technical Committee of Petroleum Additive Manufacturers in Europe, pdf-Datei online einsehbar; zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ The trouble with water…; bei www.shell.com
- ↑ Fuel System Icing Inhibitor – Dicing
- ↑ Yanis C. Athanassiadis: Air Pollution Aspects of Phosphorus and its Compounds, United States Environmental Protection Agency online einsehbar; zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ Kim B. Peyton: Ondeo/Nalco Fuel Field Manual, McGraw Hill Professional, 2002
- ↑ S. P. Srivastava, Jenö Hancsók: Fuels and Fuel-Additives. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-1-118-79639-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Metalldeaktivatoren für Mitteldestillate, bei www.basf.de
- ↑ Eintrag 2723630 in der PubChem-Datenbank des National Center for Biotechnology Information (NCBI), abgerufen am 6. April 2017.
- ↑ 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole [CAS No. 1072-71-5] (and Its Salts and Esters): Review of Toxicological Literature. (PDF; 474 kB) Ministerium für Gesundheitspflege und Soziale Dienste der Vereinigten Staaten, Januar 2005, abgerufen im Februar 2017 (english).
- ↑ Metall-Chemie Fine chemicals Produktdatenblatt
- ↑ A Groysman: Corrosion in Systems for Storage ansd Transportation of Petroleum Products and Biofuels – Identification, Monitoring and Solutions. Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-94-007-7883-2, S. 23–32, online einsehbar bei www.springer.com; zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ Lawrence K. Wang: Heavy Metals in the Environment. CRC Press, 2009, ISBN 978-1-4200-7319-5, S. 478 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Steve Esomba: Global Tourism & the Environment: the Necessities for Clean Energy and Clean Transportation Usages. Lulu.com, 2012, ISBN 978-1-4717-4968-1, S. 75 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Federal Aviation Administration: Fact Sheet – Leaded Aviation Fuel and the Environment, Juni 2013, zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ Avgas bei www.shell.com; zuletzt abgerufen Februar 2017
- ↑ David Esler: Getting the Lead Out: The Future of Avgas. In: aviationweek.com. 25. Februar 2015, abgerufen am 8. April 2017 (english).
- ↑ S. P. Srivastava: Fuels and Fuel-Additives. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-1-118-79639-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Peter Eastwood: Particulate Emissions from Vehicles. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0-470-98650-9, S. 98 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ S.P.Srivastava, Jenö Hanczok: Fuels and Fuel-Additives, Wiley, Hoboken (New Jersey), 2014, ISBN 978-0-470-90186-1
- ↑ Emissionen. DLR, abgerufen am 6. April 2017.
- ↑ David Purser: Toxicology, Survival and Health Hazards of Combustion Products. Royal Society of Chemistry, 2015, ISBN 978-1-84973-569-8, S. 555 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Kondensstreifen schaden Klima mehr als CO2 aus Triebwerken, bei weltderphysik.de
- ↑ 27,0 27,1 27,2 27,3 27,4 27,5 27,6 27,7 Kristin Rypdal (Statistics Norway); reviewed by Niels Kilde, Steve Seide, Karen Treanton: Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories. Task Force On National Greenhouse Gas Inventories, (online).
- ↑ 28,0 28,1 28,2 28,3 28,4 Aviation Emissions, Impact & Mitigation: A Primer. (PDF; 1 MB) FAA, Januar 2015, abgerufen am 8. April 2017 (english).
- ↑ Ritt durch den Abgasstrahl: DLR-Flugversuche zu alternativen Treibstoffen. DLR, 9. Oktober 2015, abgerufen am 8. April 2017.
- ↑ 30,0 30,1 30,2 30,3 30,4 30,5 30,6 30,7 30,8 30,9 George E.Totten (Herausgeber): Fuels and Lubricants Handbook; Technology, Properties, Performance and Testing. ASTM International, West Conshohocken, ISBN 0-8031-2096-6, (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ AUVA: Das Sicherheitsdatenblatt; Broschüre online einsehbar
- ↑ W.S. Tuckermann: Atmosphärenchemie, Vorlesungsskript, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Technische Universität Braunschweig, pdf-Datei
- ↑ Wolfgang Legrum: Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft. Springer-Verlag, 2015, ISBN 978-3-658-07310-7, S. 197 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Claus Bliefert: Umweltchemie. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 978-3-527-66299-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche), Kapitel 12.1.
- ↑ H.Berresheim: Methoden und Prozesse der atmosphärischen Chemie, pdf-Datei bei www.met.fu-berlin.de
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