Benzyna E10: czy warto oszczędzać na bezpieczeństwie?

W całej Europie systematycznie zaczyna pojawiać się benzyna E10, ekologiczne paliwo zaprojektowane do silników samochodowych. Próba szukania oszczędności i zastępowanie paliw przeznaczonych do wykorzystywania w lotnictwie paliwem do samochodów wyposażonych w nowoczesne silniki benzynowe nie tylko grozi uszkodzeniem silnika, ale także – przede wszystkim – jest przepisem na wypadek lotniczy o niedających się przewidzieć następstwach.

W niektórych krajach europejskich paliwo z 10-procentową domieszką bioetanolu jest w sprzedaży od wielu lat. Zgodnie z dostępnymi informacjami można je zatankować choćby w Niemczech i we Francji. Według renomowanego niemieckiego instytutu ADAC jeżdżenie na tym paliwie wiąże się z jego zwiększonym zużyciem (1,5–3%) oraz niewielkim, bo ok. 5-procentowym, spadkiem mocy silnika. ADAC, jak podkreśla na swoich stronach, że na paliwie E10 mogą jeździć wszystkie samochody produkowane od listopada 2010 r.

– W Warter Fuels znamy się zarówno na benzynach samochodowych jak i lotniczych i niepokoją nas pojawiające się w przestrzeni publicznej pytania o możliwość stosowania wspomnianego paliwa E-10 w samolotach. I naprawdę nie ma znaczenia, czy mówimy o samolotach trochę większych, czy trochę mniejszych, a nawet motolotniach. Pomysł na zatankowanie samolotu benzyną E10 jest, mówiąc krótko, bardzo nieodpowiedzialny i niebezpieczny – podkreśla zdecydowanie Janusz Pilarczyk, członek zarządu spółki Warter Fuels.

Nie bez powodu brytyjskie Light Aircraft Association już jesienią 2021 r. przestrzegało przed używaniem zmodyfikowanego paliwa w samolotach i wiatrakowcach.

Wiedza to podstawa

Paliwo, które zostało certyfikowane pod kątem używania w silnikach lotniczych, musi mieć właściwości pozwalające na prawidłową i bezawaryjną eksploatację silnika.

– Nie możemy zapominać, że zdecydowana większość nadal używanych silników tłokowych była konstruowana z założeniem, że będą one zasilane paliwami ołowiowymi. A ołów zawarty w paliwie oprócz głównej funkcji podnoszenia liczby oktanowej benzyny, pełni funkcję smarującą, ułatwiając współpracę między różnymi elementami silnika. Również, dlatego do dziś nie ma uniwersalnej bezołowiowej benzyny lotniczej – twierdzi J. Pilarczyk.

Jakość i cechy benzyny lotniczej określamy za pomocą jej wartości opałowej (energetycznej), właściwości palnych, odporności na spalanie stukowe, lotności, płynności, stabilności, właściwości przeciwkorozyjnych i czystości.

– Każdy z tych parametrów jest precyzyjnie opisany w wymaganiach technicznych. Podobnie zresztą jak użyte podczas produkcji tych paliw dodatki przeciwstukowe, przeciwutleniające i antyelektrostatyczne. Tam, gdzie w grę wchodzi życie i bezpieczeństwo, nie ma drogi na skróty – wyjaśnia inżynier pilot a zarazem ekspert rynku lotniczego Michał Stodolak i kontynuuje: – Łatwo sobie wyobrazić, jakie będą następstwa awarii silnika samochodu, a jakie samolotu.

Wybieraj mądrze, lataj bezpiecznie

Wykorzystywanie różnych domieszek etanolu w paliwach silnikowych nie jest nowym zjawiskiem. Producenci silników samochodowych przygotowują się do tego od lat. A na udostępnionej przez Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (ACEA) liście pojazdów, których silniki są przystosowane do pracy z benzyną E10, oraz tych, które nie powinny na niej jeździć, nadal brakuje wielu modeli i roczników.

Bez koncentrowania się na technicznych szczegółach i rozwiązaniach zastosowanych przez producentów silników samochodowych w celu umożliwienia tankowania najpierw paliwa E5, a teraz paliwa E10 skupimy się na tym, co najważniejsze w czasie eksploatacji silników lotniczych. Prawda jest taka, że żadne badania ani certyfikaty nie umożliwiają tankowania benzyn samochodowych do zbiorników maszyn latających.

Ryzyko stosowania paliwa E10 w lotnictwie

Zacznijmy od początku. Stosowanie alkoholu (zwłaszcza etanolu) jako komponentu paliwowego wiąże się ze sporymi trudnościami technologicznymi. Pierwsza to fakt, że benzyna ze zwiększoną zawartością etanolu ma skłonność do rozwarstwiania się w niskiej temperaturze na fazy węglowodorową i wodno-alkoholową.

– Mało kto wie, że benzyna z domieszką etanolu praktycznie nie może mieć styczności z wodą, również w trakcie transportu i magazynowania. A bywa, że jest to wyzwanie – wyjaśniają eksperci z Warter Fuels.
Kiedy już poradzimy sobie z wodą, a raczej koniecznością jej absolutnego unikania, pozostanie do rozwiązania problem zagrożenia nieszczelnością układu paliwowego. Alkohol etylowy z zasady wpływa na elementy gumowe oraz aluminiowe układu paliwowego, powodując jego nieszczelność.

Mówiąc inaczej, nawet jeżeli nasz silnik przełknie i spali paliwo z podwyższoną zawartością etanolu, musimy pamiętać, że w układzie paliwowym, na który składają się gumowane uszczelki i przewody paliwowe, ba, nawet niektóre pływaki gaźnika oraz rozmaite elementy wykonane z kompozytu lub plastiku, mogą wystąpić poważne problemy, właśnie dlatego, że elementów tych nie zaprojektowano z myślą o kontakcie z paliwem o podwyższonej zawartości bioetanolu.

Oblodzenie gaźnika i korek parowy

Inne istotne zagrożenia to zjawisko niekompatybilności materiału kompozytowego, ryzyko kruszenia/pękania/rozwarstwiania zbiorników wykonanych z dmuchanego PE-HD lub PE-LD oraz ryzyko niewystarczającego wstępnego podgrzania powietrza dolotowego. W tym trzecim przypadku następstwem może się stać oblodzenie gaźnika a w konsekwencji – wyłączenie silnika.

– Warto się na chwilę zatrzymać przy tym zjawisku. Oblodzenie gaźnika w przypadku benzyn samochodowych, czyli paliwa MOGAS, następuje zdecydowanie szybciej niż w przypadku  specjalnych bezołowiowych benzyn lotniczych – zauważają Michał Stodolak i Christophe Lenglain, dyrektor sprzedaży na rynki francuski, belgijski i holenderski w Warter Aviation.

Ponieważ paliwa z domieszką etanolu charakteryzują się większą entalpią parowania, spadek temperatury zasysanego powietrza wraz z parującą benzyną, prowadzi do oblodzenia gaźnika.
Może to doprowadzić do spadku mocy silnika lub jego całkowitego wyłączenia, co jest bardzo niebezpieczne. Warto pamiętać, że oblodzenie gaźnika występuje nawet w warunkach względnie wysokiej temperatury zewnętrznej (ok. 20°C) oraz wysokiej wilgotności powietrza (rzędu ok. 60–80%).
Innym niebezpieczeństwem jest tzw. korek parowy, zjawisko, które może wystąpić w silnikach z wtryskiwaczami. Przewody paliwowe biegnące do wtryskiwaczy umieszczone są pod maską silnika, w jej górnej części, nad cylindrami i skrzynią korbową. Takie usytuowanie wiąże się z wysoką temperaturą (rzędu 80–100°C) w bezpośrednim otoczeniu przewodów.

– To stwarza warunki do parowania znajdującego się w nich paliwa. Powstałe pary paliwa poprzez rozprężanie się i zwiększanie swojej objętości mogą zmniejszyć lub całkowicie zablokować dopływ paliwa do wtryskiwaczy. Na ziemi zjawisko to zachodzi przy próbie uruchomienia silnika po długim czasie postoju, szczególnie w gorący dzień – przypomina Michał Stodolak.

Większość istniejących silników gaźnikowych narażona jest na różne niebezpieczeństwa wynikające z obecności etanolu w paliwie, co może prowadzić do przerw w pracy silnika. Niektóre z zagrożeń są łatwo wykrywalne w trakcie jego pracy i na etapie konserwacji, inne ujawniają się niespodziewanie podczas lotu. Może to doprowadzić nawet do tego, że silnik przestanie pracować i trzeba będzie wykonać lądowanie awaryjne.

Mądry przed szkodą

Chociaż podstawową wadą zarówno etanolu, jak i bioetanolu w benzynie są problemy z zimnym rozruchem i korozyjnością (oczywiście istnieją różne niwelujące to dodatki), to jednak kluczowym wyzwaniem pozostaje wartość energetyczna i efektywność spalania. Wartość energetyczna bioetanolu wynosi 27 MJ/kg, podczas gdy benzyna ma już 44 MJ/kg.

– Tak mocno reklamowane ograniczenie emisji CO2 podczas stosowania benzyny E10 uzyskano poprzez zwiększenie zawartości bioetanolu i co za tym idzie, ograniczenie kaloryczności paliwa. Następstwem tego jest zwiększenie zużycia benzyny i mniejsza dynamika pracy silnika. W samochodzie możemy eksperymentować, w samolocie warto zostać przy sprawdzonych rozwiązaniach – twierdzi zdecydowanie Maciej Gieroń, główny specjalista w Zakładzie Analitycznym spółki Warter Fuels.

Zamiast podsumowania

Skoro już przedstawiliśmy największe zagrożenia i niebezpieczeństwa, jakie mogą być następstwem stosowania niewłaściwej benzyny, w tym przypadku wzbogaconej o 10-procentową zawartość bioetanolu, zatrzymajmy się jeszcze przy pozornie tylko mniej istotnych aspektach eksploatacji silnika.

Specjaliści z zakresu utrzymania ruchu zwykli mawiać, że kiedy nie wiadomo o co chodzi, zawsze chodzi o smarowanie silnika. Nie inaczej jest w silnikach lotniczych. W paliwie E10 biokomponenty to alkohole lub ich pochodne, których niespalone części mogą szybciej degradować olej. Na ogół zauważymy to, obserwując, czy zmienia się ilość oleju. W tym przypadku najgorszą opcją jest jego utrzymywanie się na stałym poziomie. Może to oznaczać, że olej jest systematycznie zanieczyszczany niespalonymi częściami paliwa.

Kolejna ważna zależność, która związana jest z benzynami samochodowymi, a której nie znamy w lotnictwie, to sezonowość paliw. Owszem, benzyna jest tylko w niewielkim stopniu wrażliwa na spadek temperatury. Jednak zimno powoduje zmianę prężności par, zgodnie z obowiązującymi standardami jakościowymi. W konsekwencji, chcąc uniknąć kłopotów z uruchomieniem samochodu zimą, w paliwie stosuje się składniki lekkie, podnoszące prężność par. Najczęściej jest to n-butan, który znakomicie ułatwia parowanie benzyny i uruchamianie silnika benzynowego nawet w czasie największych mrozów.

Butan jest węglowodorowym gazem palnym występującym powszechnie w gazie płynnym stosowanym do kuchni gazowych i jako paliwo LPG. W benzynach lotniczych butan występuje w niewielkich ilościach, gdyż benzyny lotnicze mają ściśle określoną normatywnie prężność par mieszczącą się w zakresie 38-49 kPa. Nieco większe ilości butanu występują w benzynach samochodowych, szczególnie zimą, gdyż według wymagań dla okresu zimowego, benzyny te muszą osiągać prężność par w zakresie 60-90 kPa.

Szukając ekologicznych rozwiązań, zamiast próbować stosować benzynę przeznaczoną dla aut, być może warto zwrócić uwagę na ekologiczne paliwo silnikowe opracowane i certyfikowane z myślą o lotnictwie. Także dlatego, że właściwości benzyn samochodowych różnią się od cech paliwa lotniczego.

– Lotnicze benzyny bezołowiowe nie zawierają etanolu i innych alkoholi. Nie trzeba szukać daleko. Bezpieczne, sprawdzone i certyfikowane rozwiązanie jest na wyciągnięcie dłoni – zapewnia Wojtek Okine członek zarządu Spółki Warter Fuels, do której należy marka paliw lotniczych Warter Aviation i podsumowuje. – Nie ma najmniejszej potrzeby wyważania raz już otwartych drzwi.

Bezołowiowa benzyna lotnicza to mieszanina węglowodorów, o wysokich liczbach oktanowych, którą uzyskuje się w zachowawczych i wtórnych procesach przeróbki ropy naftowej, bez dodatków związków tlenowych. Benzyna wzbogacona jest o dodatki przeciwutleniające oraz antyelektrostatyczne i to jest bezpieczne i sprawdzone paliwo do silników lotniczych.

Warto zaufać ekspertom: jakość, technologia i certyfikaty

Istnieje stosunkowo niewiele opracowań dotyczących następstw stosowania paliw samochodowych w silnikach lotniczych. Ponieważ jednak według informacji, które podaje prasa branżowa, problem może dotyczyć ok. 20 tys. latających nad Europą samolotów, warto sięgnąć do jednego z najlepszych raportów, który powstał, czyli Safety Implication of Biofuels in Aviation wykonanego na zlecenie European Aviation Safety Agency.

Opracowanie SIoBiA przedstawia dogłębną analizę różnych potencjalnych zagrożeń wynikających ze stosowania benzyny z zawartością do 15% etanolu w zasilaniu silników lotniczych. Przeprowadzono analizę skutków z wykorzystaniem trybu awaryjnego lądowania. Dla istniejącej floty samolotów lotnictwa ogólnego zidentyfikowano i potwierdzono następujące główne zagrożenia: rozdział faz, korki parowe, oblodzenie gaźnika, niekompatybilność materiałów. Rozpiętość ryzyka obejmowała zakres od „tylko uciążliwe” do „śmiertelnie niebezpieczne”¹ .

Z naszych badań

W lutym 2023 roku w laboratorium spółki Warter Fuels przeprowadzono badania próbki paliwa E10 – Oczywiście sama tabela wyników jest zbyt długa by ją całą omawiać, ale zachęcamy – żeby do niej sięgnąć.  To, na co warto zwrócić uwagę to fakt, że czyste paliwa wytwarzają i gromadzą ładunki elektryczności statycznej. - Im więcej takich dodatków jak woda, pęcherzyki powietrza czy zanieczyszczenia oraz im więcej operacji jak przemieszczanie paliwa długimi wężami paliwowymi, filtracja, rozbryzg paliwa podczas wlewania do zbiornika tym łatwiej paliwo elektryzuje się. Żeby zobojętnić ładunki elektryczne zwiększa się przewodność paliwa dodając odpowiedni dodatek antyelektrostatyczny.

Przewodność paliwa w zakresie 50-600 pS/m uważana jest za zdolną do neutralizacji nagromadzonych ładunków elektryczności statycznej. Badania benzyny E10 potwierdzają przewodność powyżej 2000 pS/m.  - Powszechnie uważa się, że paliwo o przewodności powyżej 600 pS/m może wpływać na wskazania przyrządów pokładowych – zwraca uwagę Jacek Wensławowski, dyrektor ds. operacyjnych w Warter Fuels SA.

Każdy powinien sobie sam odpowiedzieć na pytanie, jakie mogą być konsekwencje podjęcie decyzji o sięgnięciu do benzyn, które nie zostały przygotowanego do używania w silnikach lotniczych. Wybór ma bezpośrednie przełożenie na bezpieczeństwo.

Przypisy:
1) LINK