为什么飞机汽油中仍然含有铅？

本故事最初发表于 FlyingMag.com。

几十年来，人们已经知道铅具有致癌毒性，无论是吸入体内还是吸收进血液，都会造成危害。铅对儿童在发育期尤其有害。美国环境保护署早在 20 世纪 80 年代中期就开始讨论全面禁止汽车汽油中的铅，并在近 25 年前禁止在美国销售的所有燃料中使用这种重金属，只有一种燃料例外：航空汽油。

通用航空需要高辛烷值燃料来驱动高压缩活塞发动机，这要求航空汽油制造商在交付前添加四乙基铅，以防止损坏发动机的爆震或爆炸，这可能会导致发动机损坏。辛烷值越高，燃料压缩而不爆炸的可能性就越大。美国联邦航空管理局最近估计，目前有近 170,000 架飞机使用 100 低铅 (LL) 燃料，每年燃烧 1.5 亿至 1.75 亿加仑。

总部位于俄克拉荷马州艾达的 GAMI 公司正在生产一种无铅航空燃料，该公司总裁蒂姆·罗尔 (Tim Roehl) 表示，这大约占“燃料公司汽车销售额的百分之一，只是他们收入的很小一部分”，这突出表明为什么大型燃料公司可能没有什么动力改变他们的业务来解决这个问题。

美国联邦航空管理局清楚地认识到，航空汽油排放已成为美国铅排放量相对较低的最大因素。美国联邦航空管理局无铅航空汽油过渡航空规则制定委员会 (UAT ARC) 在 2012 年发现，“环保组织就含铅航空汽油提出的请愿和潜在诉讼已要求美国环境保护署考虑采取监管行动，以消除或减少飞机的铅排放。” 2010 年，美国环境保护署发布了一份预先通知，提议制定针对使用含铅航空汽油的活塞发动机动力装置的规则，但并未立即采取行动。 100LL 的暂时缓解显然发生在美国联邦航空管理局同意开始寻找替代燃料之后，尽管该机构承认这一过程存在障碍。 “由于航空汽油市场规模有限、需求减少、航空汽油的特殊性质，[以及]全面审批和部署过程中涉及的安全、责任和投资费用，不存在转向替代燃料的市场驱动原因。”

Swift Fuel 首席执行官 Chris D'Acosta 表示，公司之所以推出 UL94 航空汽油，“是因为作为追求 100 辛烷值无铅解决方案的领导者，我们知道这将是一项挑战，我们也知道许多飞行员认为 EPA 正在强迫他们进行改变。这并不需要归结为政府强制要求。我们希望让飞行员了解无铅燃料的优点——不会在火花塞上产生污垢，油系统中不会发生铅腐蚀，维护频率更低，毒性更低。”

GAMI 的 Roehl 指出：“燃烧无铅燃料对发动机的影响要小得多。燃料中的铅及其清除剂也会导致阀门出现问题。”他解释了为什么 GAMI 多年来一直致力于寻找合适的无铅燃料配方。“我们为 GA 做了很多事情。这就是我们公司的性质。但我们也有能力在现场测试发动机的辛烷值性能。我们对如何采用无铅高辛烷值燃料有一些独特的行业知识，我们希望让行业认识到这个问题的影响。”他说，当汽车不再使用含铅燃料时，保养间隔从每 15,000 英里增加到每 60,000 英里或更长时间，更不用说换油间隔也更长了。他预测，GA 将从这些相同的优势中受益。

所选的最佳无铅燃料将很容易与 100LL 混合。Jon Whittle

工作开始的地方

100LL 替代工作始于 UAT ARC 的成立，最终促成了 2014 年活塞航空燃料合作计划 (PAFI) 的成立。PAFI 的使命是“评估候选无铅替代燃料，并确定最能在技术上满足现有飞机机队需求的燃料，同时考虑这些燃料的生产、分销、成本、可用性 [和] 环境和健康影响。” FAA 认为 PAFI 是获得全机队批准新燃料配方的最可行途径，它将对现有活塞发动机机队造成最小的破坏，最重要的是，它将是含铅航空汽油的安全替代品。一旦选择了燃料，每架飞机都需要补充型号合格证 (STC) 才能完成过渡。

PAFI 成员包括 FAA、AOPA、EAA、美国商务航空协会、美国国家航空运输协会和通用航空制造商协会，而航空燃料和发动机制造商则只是边缘参与者。FAA 很少透露有关过渡过程的消息，因为该机构受到专有协议的约束，每个人都受其约束。例如，当壳牌被问及新燃料配方的进展情况时，该公司发言人建议Flying访问 FAA 网站上的航空汽油计划，该机构会在该网站上发布所有更新。PAFI 以外的其他公司也在寻找替代燃料，包括 Phillips 66 和 GAMI。到目前为止，FAA 尚未确定可以批准用于整个通用航空机队的替代燃料。

PAFI 最初寻找无铅替代燃料时，一共考虑了 17 种方案，但最终只剩下两种，一种来自壳牌，另一种来自 Swift Fuels。去年秋天，FAA 替代燃料办公室发现这两种燃料都存在一些未指明的问题，并计划暂停研究，让两家公司有机会重新考虑各自的配方。

当时，Swift 自愿退出 PAFI 竞争，选择继续努力通过与 FAA 和 OEM 私下合作来认证自己的 UL102 无铅燃料。Swift 已在美国部分地区销售 UL94，迄今为止已与发动机制造商合作，并在新泽西州大西洋城技术中心的 FAA 航空燃料和发动机测试设施中完成了对其 UL102 汽油配方的各种发动机性能测试。

Swift 的 D'Acosta 表示：“我们正在制造、销售和推广我们自己的 UL94 航空汽油，这种汽油可以为目前美国三分之二的活塞机队（约 110,000 架飞机）提供动力。我们销售 UL94 是因为我们追求高辛烷值解决方案，我们希望人们知道 Swift 正在寻找 100LL 的全行业替代品。我们将 UL94 视为实现该解决方案的垫脚石。”

Tim Roehl 表示，GAMI 在 PAFI 之前就开始努力，多年来一直“低调行事”，但现在该公司正在“悄悄获得我们的首个无铅燃油认证”。GAMI 拥有可与 FAA 大西洋城设施相媲美的强大内部测试能力。Swift 和 GAMI 都表示，他们相信不受 PAFI 束缚的合作将更快地将无铅燃油推向市场。

大陆航空技术公司（前身为大陆汽车公司）工程副总裁 Chris Pollitt 提到了开发新型无铅燃油配方的另一个障碍：“新型燃油必须提供与 100LL 完全相同的性能，且无需任何调整。”大多数发动机都可以通过调整来适应燃油特性或性能限制的变化，这意味着绝大多数发动机可以轻松适应使用特性略有不同的燃油。“100% 向后兼容且无需任何调整的要求是一个重大限制，也是 PAFI 僵局的核心，”Pollitt 说。

行业正在等待合适的无铅燃料进入市场。istock

除了铅，还有什么？

如果没有铅，航空汽油的辛烷值自然会达到 94，这意味着必须混合某种无毒添加剂才能将辛烷值提高到至少 100。菲利普斯 66 公司表示，它计划使用一种 20 世纪 50 年代末发明的锰基添加剂，这种添加剂已知可以为发动机带来诸多好处，例如提高辛烷值、防止爆震、气门座凹陷和改善燃烧。菲利普斯 66 公司表示，锰对人类没有威胁，因为“它是人体必不可少的元素，可通过正常过程进行调节。锰也自然存在于环境中，在土壤、我们吃的食物和我们喝的水中含量丰富。”

Swift 花了六年时间开发无铅燃料。D'Acosta 说：“在开发 UL94 时，我们使用了全碳氢燃料，没有特殊的辛烷值助推器。它是不含铅的 100LL。过去 10 年，我们在 FAA 技术中心测试了大约十几种燃料配方，并与发动机制造商密切合作，按照 ASTM 国际规范测试我们的燃料。”当然，所有 GA 飞行员的担忧是，解决环境铅问题可能会导致每加仑燃料价格上涨 15 美元。“没有人会生产出在商业上不具有竞争力的 100LL 解决方案，”D' Acosta 说。“没有人会买它。”

很少有公司比制造商更关注动力装置产生的额外磨损。大陆航空的应用工程经理 Tim Kenny 希望能找到解决方案。“目前我们已经完成了 98% 的目标，”他说。

当然，还需要尽量减少通用航空机队的混乱。大陆航空表示，它致力于尽最大努力保持所有发动机正常运转。但如果目前的 PAFI 测试最终发现，只为现有机队的四分之三提供服务才是最佳解决方案，那该怎么办？

根据该公司网站上的一份报告，莱康明认为让一些飞机所有者陷入困境只是其中一个问题。“如果我们对主力飞机的需求消失，我们所有人都将面临更高的成本和 FBO 服务水平的下降。但并非所有飞机和发动机都需要 100 辛烷值。辛烷值以外的参数使我们能够在当今指定的飞机运行范围内实现适航性。我们目前运营的机队大约是每年新飞机产量的 50 倍，并且基于围绕航空汽油设计的技术。我们不能放弃现有机队。”

新型无铅燃料的生产和分销也可能带来挑战。

Roehl 表示，他相信 GAMI 已经找到了解决这个问题的方法。“我们的燃料（称为 G100UL）既可以由业内现有的燃料生产商生产，也可以由特种化学加工行业生产。为了确保成本竞争力，我们希望利用现有的分销系统。如果我们创造任何新东西，成本都会很高。”

Swift Fuels 航空汽油仅在印第安纳州生产，这意味着卡车运输是目前将产品运送到美国其他地区的唯一方式。“如果我们需要生产大量产品，我们可以聘请大型石油公司使用我们的专有配方为我们完成这项工作，”D'Acosta 说，“但他们收取高额费用来生产少量产品。当然，无论哪家公司生产无铅 100 辛烷值燃料，它都必须通过 FAA 的审核。

“如果没有联邦航空管理局，我们在这个领域什么也做不了，”D'Acosta 补充道。“他们一直在努力制定 2018 年后的 PAFI 计划，但他们已经忙得不可开交。这是一个拥有大量法规的大型组织，寻找 100LL 替代品是一项艰巨而复杂的任务。我认为 EPA 正在等待联邦航空管理局制定可行的无铅航空汽油解决方案，因为除非有可行的全船解决方案，否则没有人愿意停止 100LL 的生产。”

现在的未来

美国联邦航空管理局最近表示，壳牌一直在努力缓解其首次尝试的影响，并提供了一种优化的燃料。威廉·休斯技术中心已经开始了初步启动测试，PAFI 网站的更新也即将发布。美国环保署目前正在评估使用含铅航空燃料的飞机的铅排放影响，并正在完成两份技术报告，预计将于今年晚些时候发布。美国联邦航空管理局 PAFI 联合负责人彼得·怀特解释说：“美国联邦航空管理局将授权全机队使用这些燃料。然后由市场来过渡并使用这些燃料。”但怀特也认为，可能需要监管推动力，例如来自美国环保署的推动，来强制过渡到无铅燃料。敬请期待。