Взлетный режим

Взлетный режим

«Газпром нефть» разрабатывает экологичные виды авиационного бензина

Текст: Игорь Свириз
Фото: LEGION-MEDIA, Николай Кривич, Александр Таран
Инфографика: Дарья Гашек

Малая авиация в России медленно, но возрождается. Эксперты прогнозируют, что прирост авиапарка поршневых самолетов и вертолетов в среднесрочной перспективе составит 2–4 % в год. Однако авиабензин в стране не производится — все официальные поставки идут из-за границы. В «Газпром нефти» решили исправить ситуацию, и совместно с учеными Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти (ВНИИ НП) специалисты компании занялись разработкой экологичного и недорогого авиабензина

В крутом пике

Авиабензин в России не производят уже пять лет — с 2011 года. Что, в общем-то, соответствует ситуации на отечественном рынке малой авиации. Его основу по-прежнему составляет легендарный кукурузник Ан-2, совершивший свой первый полет 31 августа 1947 года. Впрочем, двигатель АШ-62ИР, которым оборудован самолет, еще заслуженнее. Это близкий родственник американского Wright R-1820 Cyclone разработки 1929 года, лицензию на производство которого Страна Советов приобрела в 1933-м. Были у отечественного поршневого авиамоторостроения и золотые времена — моторы, которые ставились на боевые машины времен Второй мировой, по своим характеристикам не имели аналогов в мире (хотя прообразами многих из них также выступали иностранные силовые агрегаты). Однако с 1951 года новые относительно мощные авиационные поршневые двигатели в стране не создавались. Приоритетной стала газотурбинная программа. Так что первые ГОСТированные марки авиабензинов разрабатывались во второй половине 1940‑х именно под АШ-62ИР.

Расширение рынка малой авиации в России способствует возрождению производства авиационного бензина

Ситуация в отечественной малой авиации не менялась на протяжении практически полувека. Ан-2 оставался ее стабильной основой, и заменить его более современной техникой так и не удалось. Разработанный в свое время в ОКБ Антонова Ан-14 ограничился серией всего в 350 машин. Поршневой вертолет в стране выпускался тоже всего один — Ка-26 (выпущено около 800 машин). А экономический провал 1990‑х серьезно ударил по всем сферам деятельности, где была задействована малая авиация, что, естественно, моментально отразилось на рынке авиационного бензина. Согласно исследованиям, проведенным научно-методическим центром «Аэропрогресс», если в 1978 году в СССР в год потреблялось порядка 1,2 млн тонн топлива этого типа (практически столько же, сколько и в США), то в 1990 году объем потребления сократился вдвое — до 600 тыс. тонн, а к окончанию первого десятилетия XXI века упал до «смешных» 10–12 тыс. тонн в год. Эту динамику легко сопоставить с изменениями, произошедшими в российском парке самолетов с поршневыми двигателями, опираясь на все те же базовые для малой авиации Ан-2: в советские времена их эксплуатировалось более 10 тыс., а сейчас около 500. Всего же в России сегодня зарегистрировано менее 2 тыс. действующих воздушных судов, потребляющих авиационный бензин, из которых почти 40% приходится как раз на Ан-2, чуть более 25% — на американские вертолеты Robinson R-44, около 20% — на американские же самолеты Cessna 172 / 182.

Понятно, что производство авиационных бензинов с сокращением авиапарка становилось все менее выгодным. Свою лепту в развал отрасли внес и Федеральный закон № 34-ФЗ «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации». После этого запрета резко сократилось и производство этиловой жидкости — важного компонента не только этилированного, но и авиационного бензина. В результате производство авиационного бензина на территории РФ умерло само собой, чем немедленно воспользовались импортные производители, занимающие сегодня 100% рынка.

Полезный яд

Тетраэтилсвинец, входящий в состав этиловой жидкости, — сильнодействующий яд. Однако это и эффективная антидетонационная присадка, повышающая и октановое число, и сортность*. Достаточно добавить в бензин менее 0,1 процента этого вещества, как качество топлива намного улучшается. 2,5–3,5 г тетраэтилсвинца на 1 кг бензина повышают октановое число на 10–16 пунктов. Это важно, учитывая, что двигатель самолета работает в гораздо более напряженном режиме, чем автомобильный, ему необходим больший запас динамических характеристик, надежности. Поэтому автопром достаточно спокойно отказался от этилированного бензина, а в авиации этого не произошло до сих пор, причем этилированный авиабензин используется и в странах, для которых вопросы охраны окружающей среды стали настоящей жизненной философией.

Объемы потребления авиационного бензина в России в 2008-2014 гг.

Единицы измерения, тысячи тонн Источник: ФТС РФ, ФСГС РФ, данные Академии конъюнктуры промышленных рынков

Прогноз емкости рынка авиационного бензина (включая используемый на цели авиации автомобильный бензин) до 2030 года

В принципе, самолеты способны летать на автомобильном бензине, однако для их относительно надежной эксплуатации в этом случае требуется серьезная доработка мотора и более частое обслуживание, причем при значительном сокращении ресурса двигателя. К тому же где гарантия, что бензин, приобретенный на АЗС или нефтебазе, действительно качественный и соответствует всем заявленным характеристикам? Использование некондиционного топлива в автомобиле грозит максимум дорогостоящим ремонтом, в авиации же это становится вопросом жизни и смерти. Не случайно производители авиационной техники в требованиях по эксплуатации и сертификационных документах на самолеты и вертолеты жестко прописывают применение исключительно специального топлива.

Российские стандарты на авиабензин, как и зарубежные спецификации также прописаны именно для этилированного бензина. Конечно, неэтилированный авиационный бензин существует. Однако пока это лишь смеси для не самых требовательных двигателей — с октановым числом 92–95. Аналог же 100-го этилированного авиабензина 100LL (одна из самых востребованных марок в мире), полностью укладывающийся во все требования стандартов и спецификаций, создать до сих пор не удалось никому. Сейчас к решению этой задачи вместе со специалистами ВНИИ НП подключилась и «Газпром нефть». Предпосылки же для того, чтобы заняться возрождением производства авиационного бензина в России, по мнению отраслевых экспертов, вполне очевидны.

На взлете

Одним из импульсов для возрождения малой авиации в России должна стать реализация госпрограммы «Развитие авиационной промышленности на 2013–2025 годы», заявленная цель которой — «создание высококонкурентной авиационной промышленности и закрепление ее позиции на мировом рынке в качестве третьего производителя по объемам выпуска авиационной техники». В том числе и авиатехники с поршневыми двигателями. Бюджет программы более чем солиден — 991,6 млрд рублей, из которых большая часть — 714,2 млрд рублей (72%) — приходится на госфинансирование. 10,4 млрд рублей из этой суммы, заложенные на развитие малой авиации, планируется использовать для модернизации, разработки и производства самолетов и стимулирования спроса на воздушные суда.

Впрочем, по оценке экспертов «Аэропрогресса», спрос растет уже сегодня. Природоохранные и противопожарные мероприятия, нужды вооруженных сил, медицинское обслуживание, сельское хозяйство, профессиональная подготовка летчиков, спорт, хобби... Диверсифицированность малой авиации — один из основных факторов роста. При этом относительно низкие барьеры выхода на рынок позволяют развиваться этой сфере не только в государственном, но и в частном секторе. Конечно, не все так радужно. Экономические кризисы, несформированность нормативной базы, рост цен на новую авиатехнику и ГСМ тормозят процесс, однако, даже несмотря на столь мощные негативные факторы, по экспертной оценке, динамика должна остаться положительной — примерно 2–4% в год. При этом все потребности российских авиаторов в бензине сегодня удовлетворяют зарубежные компании, в первую очередь Shell, ConocoPhillips и производителя OBR. S. A. из Польши. Итогом анализа потребностей рынка для «Газпром нефти» стал запуск НИОКР по созданию неэтилированного авиационного бензина.

Экология для кукурузника

Вместе с учеными из Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти специалисты компании в 2014 году занялись разработкой рецептуры неэтилированного топлива с октановым числом 91, и к настоящему моменту эта работа уже завершена. Ее итогом стало появление даже не одного, а двух составов. Первый получил обозначение Б-92 / 115 — для российского рынка. По своим характеристикам он полностью соответствует ГОСТовскому этилированному топливу Б-91 / 115. Второй — аналог неэтилированного авиабензина 91UL (ASTM D 7547), под который сейчас разрабатывают дви- гатели многие ведущие производители, — такие, например, как один из мировых лидеров в этом сегменте, австрийский Rotax.

Петр Дегтярев
Петр Дегтярев,
директор дирекции нефтепереработки «Газпром нефти»:

Сегодня существует сразу несколько важных предпосылок для разработки отечественных марок неэтилированного авиабензина. Мы наблюдаем перманентный рост рынка малой авиации и в то же время вынуждены закупать топливо за рубежом. Причем речь идет в том числе об этилированном бензине, неэкологичность которого признается во всем мире. Проект «Газпром нефти» по созданию неэтилированного авиабензина позволяет развивать инновационную отечественную науку, решает проблемы импортозамещения и выводит компанию на уровень лидеров мировой нефтепереработки, заботящихся об экологичности своей продукции и защите окружающей среды.

«По 91-му бензину работы выполнены, поданы заявки на три патента, по одной уже пришло подтверждение, две других еще на стадии экспертизы, — рассказал главный специалист управления технической политики и инновационной деятельности департамента развития нефтепереработки и нефтехимии „Газпром нефти“ Валерий Головачев. — Российская и европейская нормали не сильно отличаются по составу, поэтому производство всего объема планируется разместить на одной площадке Омского НПЗ».

Однако разработать топливо — полдела. Даже самый лучший бензин, соответствующий всем стандартам, невозможно продать, если его не сертифицировали для использования в своей продукции производители авиадвигателей. Этим сейчас и занимаются в дирекции переработки «Газпром нефти» и ВНИИ НП, начав, разумеется, с предприятий, выпускающих моторы для Ан-2 в России и Польше. Ведутся переговоры в этом направлении и с Rotax. Однако на 91-м авиабензине способна работать лишь половина поршневой авиатехники, зарегистрированной в стране. Это отражают и статистические данные: 54% продаж специализированного топлива для поршневых авиадвигателей приходится на бензин 100LL. Поэтому в компании уже началась подготовка к новому проекту, в рамках которого планируется разработать неэтилированный аналог 100-го авиабензина, а ОНПЗ в качестве индустриального партнера подал заявку на участие в тендере Министерства образования и науки РФ на разработку такого топлива.

Стандарты на авиационный бензин

Согласно ГОСТ 1012–2013 авиационные бензины выпускаются в следующих марках:

— авиационный бензин Б-91 / 115. Предназначен для эксплуатации двигателей АШ-62ИР, АИ-26В, М-14Б, М-14П и М-14В-26.

— авиационный бензин Б-92. Поставляется по государственному оборонному заказу. Разработан в результате большого комплекса испытаний как единый бензин без нормирования показателя «сортность на богатой смеси», в определенных условиях может применяться взамен бензина Б-91 / 115.

В настоящее время в России наиболее широко применяется импортный бензин с пониженным содержанием свинца марки Avgas 100LL. Это основное топливо для зарубежной авиатехники, в том числе для таких распространенных вертолетов, как R-22, R-44, самолетов Cessna-172 и других типов.

Высокооктановые проблемы

Как и в случае с 91-м бензином, неэтилированный аналог 100LL планируется разрабатывать в сотрудничестве с учеными ВНИИ НП. «Это амбициозная задача, потому что неэтилированных бензинов, которые бы вписывались в стандарт на 100LL, в мире сегодня нет, — отметил начальник управления ник управления технической политики и инновационной деятельности департамента развития нефтепереработки и нефтехимии „Газпром нефти“ Андрей Клейменов. — Есть ряд близких к тому спецификаций на бензины, но они очень разнятся по физико-химическим параметрам, прописанным и в российском ГОСТе, и в зарубежных стандартах на этилированный бензин с октановым числом 100».

По оценке разработчиков проекта, препятствий при создании неэтилированного аналога 100LL возникает сразу несколько. «Есть проблемы с подбором фракционного состава, — уточнил Валерий Головачев. — В авиационном бензине очень жестко зафиксирована величина таких параметров, как теплотворная способность и октановое число. Основной способ повысить октановое число — добавить ароматические компоненты, однако при увеличении их доли до 25% топливо автоматически не проходит по параметру „теплотворная способность“. Второй момент, который очень ярко проявился в ходе нашего НИОКР, — это проблемы с таким параметром, как сортность, который характеризует детонационные свойства топлива на богатой смеси. Его упрощенный физический смысл — запас по октановому числу, причем измеренный по исследовательскому** методу. Для того чтобы получить бензин с октановым числом 100 по моторному методу***, достаточно взять чистый изооктан, возможно, добавить немного толуола. Но по ГОСТу сортность 100-го авиабензина должна быть в районе 130, а наш состав с изооктаном и толуолом по исследовательскому методу покажет не более 110–115».

И это действительно серьезная проблема, так как показатель критический, определяющий работу мотора при высокой нагрузке. То есть речь идет о режимах запуска, скорости набора высоты, маневренности и дальности полета.

В 91‑м неэтилированном бензине, разработанном в «Газпром нефти», проблема сортности решена с помощью добавления монометиланилина — компонента, который уже не используется в автобензинах пятого экологического класса, но при производстве авиатоплива достаточно распространен. «В сортах 91-го бензина, который мы сейчас разработали, содержание метиланилина небольшое — 0,5–1%, — сообщил Валерий Головачев. — Такие количества не сказываются на физико-химической стабильности, при этом запас октанового числа, который они формируют, позволил получить бензины с показателем сортности примерно 118–120 при норме 115». Для 100-го бензина найти подобное решение пока не удается.

Свойства авиабензина

Вопрос цены

По мнению специалистов «Газпром нефти», существует два варианта решения проблемы: идти до конца и совершать технологический прорыв или корректировать ГОСТы, которые разрабатывались десятилетия назад. С тех пор двигателестроение сделало много шагов в своем развитии, начиная хотя бы с того, что вместо карбюраторов в системе питания самолетных моторов уже давно используется непосредственный впрыск. Второй вариант активно используют и западные производители авиабензина, однако переписывание стандартов неизбежно поднимет еще один гигантский пласт проблем, связанный с пересертификацией двигателей, проведением дорогостоящих испытаний.

Какой из путей выберет «Газпром нефть, попробует ли компания выработать какое-либо компромиссное комбинированное решение, покажет время — проект создания 100-го неэтилированного авиабензина еще находится на старте. Однако в том, что этот продукт будет востребован, сомневаться не приходится.

Сегодня литр авиабензина 100LL, который ввозится в Россию из Нидерландов, США, Польши, стоит порядка 115–130 рублей. Цена отечественного авиабензина будет, несомненно, ниже. Например, если говорить о производстве на Омском НПЗ, то здесь не потребуются практически никакие технологические корректировки — вся компонентная база для выпуска Б-92 / 115 на ОНПЗ уже существует. Рецептура 100-го бензина по основным компонентам также будет привязываться к существующей технологической базе. При этом за счет отсутствия свинцовых присадок новый бензин будет гораздо экологичнее импортируемого.

Сортностью бензина называется число, показывающее в процентном отношении, какую мощность может развивать двигатель на испытуемом бензине по сравнению с изооктаном, сортность которого, как и октановое число, принята за 100. Например, бензин Б 91 / 115 соответствует топливу с октановым числом 91 и сортностью 115, то есть на бензине с такой сортностью двигатель развивает мощность на 15 % больше, чем на изооктане

** Исследовательский метод определяет детонационную стойкость бензина при неустановившихся режимах

*** Моторный метод определяет детонационную стойкость бензина при длительной работе на номинальных нагрузках

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ