LETECKÁ TECHNIKA

Alternativní letecká paliva

19. září 2006 vyzkoušelo americké letectvo letoun B 52H, jehož motory spalovaly syntetické palivo. USA tak demonstrovaly svou snahu najít alternativní zdroje leteckého paliva a odpoutat se od nepříjemné závislosti na ropě.

Drtivá většina leteckých motorů spaluje jeden ze dvou hlavních druhů paliv: letecký benzín (Avgas) nebo letecký petrolej (JP, Jet Propellant). Obě paliva se samozřejmě vyrábějí z ropy, což je ale i jejich hlavní nevýhoda. Zásoby ropy nejsou neomezené, její cena dlouhodobě roste a sama závislost na jedné surovině je ze strategického hlediska chybou.

Syntetická paliva

Závislost USA na zahraniční ropě, zejména „arabské“, se často přeceňuje. USA dovážejí ze Středního východu jen asi 11 % své spotřeby ropy. 35 % své spotřeby pokrývají z domácích ložisek a téměř 19 % z Kanady a Mexika. Významnými dodavateli jsou též Venezuela a Nigérie. USA navíc disponují i rozsáhlými zásobami ropy, které mohou být otevřeny jen v případě krize. To vše ale nic nemění na faktu, že zásoby ropy jsou omezené. Odhaduje se, že nejpozději v polovině tohoto století bude naprostá většina dostupných ložisek ropy vyčerpána.

Tento problém samozřejmě pociťují i ozbrojené síly, protože ty patří k hlavním spotřebitelům ropných produktů, zejména všech druhů pohonných látek pro spalovací motory. Americké letectvo proto vyvíjí snahu o získání paliv z jiných zdrojů než z ropy. Tato paliva se označují jako syntetická, protože jsou vyráběna syntézou z jednodušších uhlovodíků, zatímco běžná paliva jsou výsledkem procesu rafinace (rozkladu) ropy.

Příroda naštěstí nabízí množství různých surovin, z nichž lze získávat uhlovodíky pro syntézu alternativních paliv. Jedná se zejména o různé druhy uhlí a zemního plynu, dále např. živičné břidlice, přírodní asfalt nebo zemní vosk. Stále více se mluví rovněž o tzv. metanhydrátu, což jsou molekuly metanu uzavřené v ledových krystalech v mořském dně. Všechny tyto suroviny lze těžit, rozkládat na nejjednodušší uhlovodíky a z nich posléze syntetizovat prakticky všechny potřebné látky.

Ambice amerického letectva

Různé technologie výroby syntetických paliv jsou známy velice dlouho. Ve srovnání s klasickou rafinací ropy jsou však daleko složitější a dražší. Přesto se ale vyskytly situace, kdy bylo nutné k nim sáhnout, neboť příslušná země prostě neměla jinou možnost. Notoricky známé je nacistické Německo, které vyrábělo synteticky nejen významnou část paliv, ale dokonce též některé druhy potravin! Podobně také rasistická Jihoafrická republika, na níž se vztahovalo embargo, mohla vyrábět „ropná“ paliva ze svých rozsáhlých zdrojů uhlí. Současné vysoké ceny ropy a její tenčící se zásoby by mohly způsobit, že během několika let se syntetická paliva stanou výhodnějšími.

Americké ministerstvo obrany nedávno zahájilo projekt Assured Fuel Initiative, jehož cílem je pokrýt potřeby ozbrojených sil USA ohledně paliv pouze ze zdrojů uhlovodíků na území USA. Jde především o zemní plyn a uhlí, protože USA mají pravděpodobně největší zásoby uhlí na světě. Pentagon se rozhodl, že využije tzv. Fischer Tropschův proces, jež byl vynalezen v Německu ve dvacátých letech a umožňuje výrobu syntetických látek ze všech uvedených přírodních zdrojů.

Prvním praktickým výsledkem je zkouška bombardéru B 52H, která se odehrála 19. září. Šest z jeho osmi motorů spalovalo běžný letecký petrolej JP 8 a zbývající dva byly poháněny směsí JP 8 a syntetického paliva získaného Fischer Tropschovou metodou ze zemního plynu. Během několika měsíců má následovat let B 52 se všemi osmi motory spalujícími syntetické pohonné látky. V roce 2008 chce USAF odebrat cca 100 milionů galonů (asi 378 milionů litrů) syntetických paliv a roku 2016 mají alternativní zdroje pokrývat polovinu jeho spotřeby pohonných hmot.

Problémový vodík

Kromě alternativních metod výroby klasických paliv se pracuje také na palivech zcela nových, mezi nimiž hrají významnou roli zkapalněné plyny. Velké naděje se vkládaly do vodíku, jež byl jako budoucí letecké palivo zkoumán už v 50. letech. Americká firma Lockheed vyvíjela průzkumný letoun CL 400 Sun Tan, který měl nahradit U 2. Letoun připomínající obří F 104 Starfighter se dvěma vodíkovými proudovými motory na koncích křídla se měl pohybovat rychlostí až M = 2,5.

Známá je také iniciativa ruské kanceláře Tupolev, jež se v 80. letech zabývala motory na zkapalněné plyny. 15. srpna 1988 byl zalétán dopravní letoun Tu 155 se třemi motory, z nichž jeden spaloval vodík. Měl následovat Tu 156 se všemi třemi motory na vodík a v rámci spolupráce s evropskou společností Airbus byla plánována obdobná modifikace letounů A300. Tupolev rozpracoval návrhy přestavby mnoha svých typů na vodíkové palivo; nechyběl mezi nimi ani strategický bombardér Tu 160. Podobně také v USA vznikla studie „vodíkové“ verze B 52.

Postupně se ovšem ukázalo, že vodík není nejvhodnějším palivem pro letecké motory. Problémem není samotné spalování, ale spíš skladování v kapalné formě. Pro udržení vodíku v takové podobě je totiž potřeba teplota nižší než -250 °C nebo obrovský tlak, což vyžaduje speciální nádrže a mimořádně komplikovaný systém přívodu paliva do motorů. Dalším problémem je, že spalování za pomoci kyslíku z atmosféry snižuje účinnost vodíkového paliva. Vodík je podstatně efektivnější v raketových motorech, kde jej doplňuje čistý kyslík. V současné době už se spalování vodíku s atmosférickým kyslíkem omezuje jen na experimentální stroje, např. hypersonický letoun X 43 Hyper X.

Metan pro motory budoucnosti

Idea spalování zkapalněných plynů se ale ukazuje jako správná. Po zjištění problémů s využitím vodíku dala společnost Tupolev přednost uhlovodíkovým plynům, které se stále více uplatňují i pro pohon automobilů. Jedná se především o zemní plyn, metan a propan butan. Jejich skladování v kapalné podobě opět vyžaduje nízké teploty (a)nebo vysoké tlaky, ale přece jen jsou jejich požadavky podstatně únosnější než u vodíku. Společnost Tupolev proto uzpůsobila svůj Tu 155 ke spalování zemního plynu, avšak dalšímu pokračování vývoje zabránily ekonomické problémy Ruska v 90. letech. Na počátku roku 2006 se však objevily zprávy, že Tupolev má v úmyslu „plynový“ projekt vzkřísit.

Za „palivo budoucnosti“ se nezřídka považuje zkapalněný metan, který lze celkem snadno získávat ze zemního plynu. Metan bude nejspíše pohonnou látkou pro perspektivní druhy motorů, které budou určeny pro vysoké rychlosti a velké výšky. Jde především o scramjety (náporové motory s nadzvukovým spalováním), různé hybridní motory a pulzně detonační motory. Pro takové jednotky jsou dnes obvyklá paliva kategorie kerosinu nevhodná, zatímco zkapalněné uhlovodíkové plyny se zdají být účinnějším řešením. Se spalováním metanu či podobného paliva se počítalo například pro další varianty zmíněného pokusného letounu X 43. Motory na metan se objevují rovněž ve studiích globálního hypersonického bombardéru FALCON, který hodlají na konci příštího desetiletí zavést do služby USA.

Dá se předpokládat, že dnes existující druhy leteckých motorů postupně přejdou na spalování syntetických látek, jež se budou získávat z přírodních zdrojů uhlovodíků. Použití zkapalněných plynů v proudových motorech se zřejmě masově nerozšíří, ale o to větší význam získá v nových druzích motorů pro hypersonické rychlosti. Jisté je, že éra ropy jako nejdůležitější suroviny pro produkci leteckých paliv se chýlí ke konci.

Lukáš Visingr

Prameny:
Curtis Peebles: Temní orli, US Air Force, NASA, JSC Tupolev, Hitechweb, Vectorsite.net, Wikipedia.org, ATM

Nafta

Dieselové palivo se stále více uplatňuje i v letectví. Zejména v Evropě narůstá počet civilních letadel se vznětovými motory. Nafta ovšem není nezajímavá ani pro letadla s turbovrtulovými nebo proudovými pohonnými jednotkami. Některé tyto motory jsou totiž uzpůsobeny pro spalování nafty; snad nejznámějším z nich je ruský Tumanskij R 95Š, jež ve dvojici pohání bitevní Su 25. Existuje ale také opačný přístup. Je známo, že vznětové motory některých vojenských vozidel jsou schopné pracovat na letecký petrolej standardu JP 8.

Publikace: Armádní technický magazín 11/2006