本文最初发布于 FlyingMag.com。
铅的致癌毒性，无论是通过吸入还是被吸收到血液中，其危险性几十年来一直广为人知。铅对儿童的生长发育尤其有害。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油中使用这种重金属，只有一个例外：航空汽油，即 avgas。
通用航空需要高辛烷值燃油来驱动高压缩比的活塞式发动机，这要求航空汽油制造商在交付前添加四乙基铅，以防止损坏发动机爆震或早燃，从而导致发动机损坏。辛烷值越高，燃油在不爆震的情况下被压缩的可能性就越大。美国联邦航空局最近估计，目前约有 17 万架飞机使用 100LL 低铅（LL）燃油，每年消耗 1.5 亿至 1.75 亿加仑。
总部位于俄克拉荷马州 Ada 的 GAMI 公司总裁 Tim Roehl 表示，这大约是“燃料公司为汽车销售的燃油的万分之一，占他们收入的一小部分”，这凸显了为什么大型燃料公司可能没有多少动力去改变他们的业务来解决这个问题。
美国联邦航空局（FAA）清楚地认识到，航空汽油（avgas）的排放已成为美国相对较低的铅排放量的最大贡献者。美国联邦航空局的一个无铅航空汽油过渡航空规定制定委员会（UAT ARC）在 2012 年发现，“来自环保组织的关于含铅航空汽油的请愿和潜在诉讼，已呼吁美国环保署考虑采取监管行动，以消除或减少飞机上的铅排放。” 2010 年，美国环保署发布了一项关于活塞式发动机使用含铅航空汽油的拟议规则制定的预先通知，尽管没有立即采取行动。100LL 似乎获得了暂时的宽限期，是在美国联邦航空局（FAA）同意开始寻找替代燃料之后，尽管该机构承认过程中存在一个障碍。“由于航空汽油市场的规模有限、需求下降、航空汽油的专业性质以及全面的审批和部署过程所涉及的安全、责任和投资费用，不存在市场驱动的更换燃料的理由。”
Swift Fuel 的首席执行官 Chris D’Acosta 表示，该公司推出了 UL94 航空汽油，“因为作为追求 100 辛烷值无铅解决方案的领导者，我们知道这会充满挑战，而且我们也知道许多飞行员认为环保署在迫使他们改变。这一切不必归结为政府的指令。我们希望教育飞行员了解无铅燃油的优点——不会导致火花塞积碳，不会在油路系统中造成铅腐蚀，维护频率更低，毒性更小。”
GAMI 的 Roehl 指出，“燃烧无铅燃油对发动机来说要容易得多。铅及其在燃料中的清除剂会引起气门问题。”他解释了 GAMI 多年来一直在寻找合适的无铅燃油配方的原因。“我们做了很多对通用航空（GA）有利的事情。这正是我们公司的性质。但我们也有能力在现场测试发动机的辛烷值性能。我们拥有独特的行业知识，了解如何采用无铅高辛烷值燃油，我们希望业界认识到问题的严重性。”他说，当汽车从含铅燃油过渡时，调优的间隔从每 15,000 英里延长到每 60,000 英里或更长，更不用说换油间隔的延长了。他预测，通用航空也将受益于同样的优势。
工作从何开始
100LL 的替代工作始于 UAT ARC 的成立，该委员会最终促成了 2014 年活塞式航空燃油合作倡议（PAFI）的成立。PAFI 的使命是“评估候选无铅替代燃油，并找出最能满足现有飞机机队技术需求、同时考虑燃油的生产、分销、成本、可用性以及环境和健康影响的燃油。”美国联邦航空局认为 PAFI 是最可行的途径，可以实现新型燃油配方在整个机队中的批准，这将对现有活塞式发动机机队造成的破坏最小，并且最重要的是，将成为含铅航空汽油的安全替代品。一旦选定燃油，各飞机将需要补充型号合格证（STC）来完成过渡。
PAFI 的成员包括美国联邦航空局以及 AOPA、EAA、美国国家商务航空协会、国家航空运输协会和通用航空制造商协会，而航空燃油和发动机制造商则处于边缘地位。美国联邦航空局关于过渡过程的消息很少，因为该机构受保密协议的约束，这使得各方都难以行动。例如，当被问及 Shell 在新燃油配方方面的进展时，该公司发言人将《Flying》杂志的读者引向了 美国联邦航空局关于航空汽油倡议的网站，该网站发布了所有最新动态。PAFI 以外的其他公司，包括 Phillips 66 和 GAMI，也在寻找替代燃油。到目前为止，还没有找到美国联邦航空局可以批准用于整个通用航空机队的替代燃油。
PAFI 最初寻找无铅替代燃油的搜索以 17 种可能性结束，该组织最终将其缩小到两种：一种来自 Shell，另一种来自 Swift Fuels。去年秋天，美国联邦航空局的替代燃料办公室发现了这两种燃料未指明的缺陷，并 计划进行研究休息，让两家公司有机会重新思考它们的配方。
此时，Swift 自愿退出了 PAFI 竞争，转而通过与美国联邦航空局和原始设备制造商（OEM）私下合作，致力于认证其自有的 UL102 无铅燃油。Swift 已经在全国部分地区销售 UL94，并且迄今为止，已与发动机制造商合作，在美国新泽西州大西洋城的技术中心的美国联邦航空局航空燃油和发动机测试设施进行了各种发动机性能测试。
Swift 的 D’Acosta 表示：“我们正在制造、销售和营销我们自己的 UL94 航空汽油，它可以为美国现有活塞式飞机队的三分之二提供动力，约 11 万架飞机。我们销售 UL94 是因为我们在追求高辛烷值解决方案，并且我们希望人们知道 Swift 正在寻找 100LL 的行业替代品，即‘整盘菜’。我们将 UL94 视为通往该解决方案的垫脚石。”
Tim Roehl 表示，GAMI 在 PAFI 之前就开始的努力“已经低调进行了多年”，但该公司现在“正悄悄地进行我们第一次无铅燃油认证”。GAMI 拥有与美国联邦航空局大西洋城设施相当的大量内部测试能力。Swift 和 GAMI 都表示，他们认为不受 PAFI 束缚的合作将使无铅燃油更快地进入市场。
Continental Aerospace Technologies（前身为 Continental Motors）的工程副总裁 Chris Pollitt 提到了创造新的无铅燃油配方的另一个障碍：“新燃油必须在零调整的情况下提供与 100LL 完全相同的性能。”大多数发动机都可以调整以适应燃料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地适应使用具有略微不同特性的燃油。“零调整的 100% 向后兼容性是一个重大的限制，也是 PAFI 僵局的核心，”Pollitt 说。
铅的替代品是什么？
没有了铅，航空汽油的辛烷值自然会降至 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。Phillips 66 表示，他们计划使用一种 20 世纪 50 年代末发明的锰基添加剂，该添加剂已知可以提供发动机优势，例如提高辛烷值、防止爆震、减少气门座磨损和改善燃烧。Phillips 66 表示，锰对人类没有威胁，因为它“是人体必需的元素，并通过正常过程进行调节。它也天然存在于环境中，并且在土壤、我们吃的食物和我们喝的水中含量丰富。”
Swift 公司已经花了六年时间开发无铅燃油。D’Acosta 表示：“在开发 UL94 时，我们使用了一种全碳氢化合物燃料，没有特殊的辛烷值助推器。它就是 100LL，但没有铅。在过去的 10 年里，我们在美国联邦航空局技术中心测试了大约十几种燃油配方，并与发动机制造商密切合作，根据 ASTM 国际规范测试我们的燃油。”当然，所有通用航空飞行员的担忧是，解决环境铅问题可能会导致每加仑 15 美元的燃油价格。“没有人会生产在一般意义上与 100LL 竞争成本上没有优势的解决方案，”D’ Acosta 说。“没有人会买它。”
很少有公司比制造商更了解发动机的额外磨损。Continental 的应用工程经理 Tim Kenny 对解决方案充满希望。“我们现在已经完成了我们所需要工作的 98%，”他说。
当然，还需要最大程度地减少对通用航空机队造成的干扰。Continental 表示，他们致力于尽最大努力保持所有发动机正常运行。但如果目前的 PAFI 测试最终发现，只能服务于当前机队的三分之二是最好的可能答案怎么办？
Lycoming 认为，让一些飞机所有者望而却步只是一个问题，根据公司网站上的一份报告。“如果我们工作马飞机（workhorse-aircraft）的需求消失，我们将都面临更高的成本和更低的 FBO 服务水平。但并非所有飞机和发动机都需要 100 辛烷值。超出了辛烷值之外的参数使我们今天能够实现特定飞机运行包线图的适航性。我们今天飞行的机队规模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。我们不能放弃现有飞机。”
新无铅燃油的生产和分销也可能构成挑战。
Roehl 表示，他相信 GAMI 已经找到了绕过这个问题的方法。“我们的燃油——称为 G100UL——可以由行业内现有的燃油生产商或专业化学品加工行业生产。为了确保其成本具有竞争力，我们希望利用现有的分销系统。如果我们创造任何新的东西，那将会很昂贵。”
Swift Fuels 的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往美国其他地区的方式。“如果我们需要的产量大大增加，我们可以聘请大型石油公司为我们生产，使用我们的专有配方，”D’Acosta 说，“但他们收取高额费用来小批量生产。当然，无论哪家公司生产无铅 100 辛烷值燃油，它仍然必须通过美国联邦航空局的批准。
“在这个领域，我们无法在没有美国联邦航空局的情况下做任何事情，”D’Acosta 补充道。“他们一直在努力制定 PAFI 2018 年后的计划，但他们已经有很多事情要做。这是一个拥有大量法规的大型组织，寻找 100LL 的替代品是一项艰巨而复杂的任务。我认为环保署正在等待美国联邦航空局建立一个可行的无铅航空汽油解决方案，因为除非有可行的全机队答案，否则没有人愿意停止生产 100LL。”
目前的未来
美国联邦航空局最近表示，Shell 正在对其最初的尝试进行改进，并提供了一种优化的燃油。初步启动测试已在 William J. Hughes 技术中心开始，PAFI 网站的更新即将推出。环保署目前正在评估使用含铅航空燃油的飞机产生的铅排放的影响，并正在完成两份技术报告，预计将于今年晚些时候发布。美国联邦航空局 PAFI 联合负责人 Peter White 解释说：“美国联邦航空局将制定一项全机队运营这些燃油的授权。然后，市场将负责过渡并投入使用这些燃油。”但 White 也认为，可能需要监管驱动因素，例如环保署的推动，才能迫使向无铅燃油过渡。请继续关注。
2020 年喷气燃料价格会上涨？
旨在减少全球航运业产生的氧化硫排放的新环保法规可能导致喷气燃料价格飙升，因为海运业正从“锅底”重质燃料油转向更类似于柴油、煤油和喷气 A 的低硫馏分燃料。
而且变革正在迅速到来：2020 年 1 月 1 日，国际海事组织将对全球船用燃料的硫排放量进行上限限制，导致许多船只运营商从目前使用的含硫量高的船用燃油转向更环保的燃料，例如船用柴油和超低硫燃料油。
船只运营商也可以选择在船上安装洗涤器以去除重质燃料中的硫，或者将船只改用液化天然气，但这两种选择都比简单地改用低硫燃料更昂贵、更困难。
潜在的担忧在于涡轮飞机运营商（以及柴油车车主），因为炼油厂正努力满足低硫船用燃料的大量生产需求。
随着 IMO 2020 法规导致船只运营商放弃重质燃料而转向馏分燃料（包括柴油和喷气 A），价格预计将急剧上涨。美国能源情报署预测，2020 年 1 月 1 日后，柴油价格将上涨 65 美分/加仑。
没有人确切知道喷气燃料的价格会发生什么，但最近的未来燃料生产衍生品合同似乎支持价格必然上涨的观点。市场分析师的估计则较为乐观，他们预测柴油价格将上涨 25 至 50 美分/加仑。我们很快就会知道对喷气燃料价格的真正影响。——Stephen Pope，主编
