航空燃料

航空燃料は、航空機の動力源として使用される石油ベースの燃料、または石油と合成燃料の混合物である。暖房や道路輸送などの地上で使用される燃料よりも厳しい要件があり、燃料の性能や取り扱いに重要な特性を強化または維持するための添加剤が含まれている。ガスタービン駆動の航空機では、航空燃料は灯油ベース（JP-8およびJet A-1 ）である。ピストンエンジンの航空機は有鉛ガソリンを使用し、ディーゼルエンジンの航空機はジェット燃料（灯油）を使用する可能性がある。^{[1] 2012年までに、}米国空軍が運用するすべての航空機は、燃料費を安定させる方法として、石炭または天然ガスから得られる合成燃料と灯油の50-50ブレンドを使用することが認定されていた。^[2]

ジェット燃料は、無鉛 灯油（ジェットA-1）またはナフサと灯油の混合物（ジェットB）をベースにした透明から淡黄色の燃料です。ディーゼル燃料と同様に、圧縮着火エンジンまたはタービンエンジンのどちらでも使用できます。^[1]

ジェットAは現代の民間航空機の燃料で、高度に精製された灯油の混合物で、49℃（120℉）以上の温度で燃焼します。灯油ベースの燃料はガソリンベースの燃料よりも引火点がはるかに高く、発火するにはかなり高い温度が必要です。これは高品質の燃料であり、ジェット機で使用するための純度やその他の品質テストに合格しない場合は、鉄道など、それほど要求が厳しくない地上ユーザーに販売されます。^[3]

Avgas（航空ガソリン）は、小型飛行機、軽量ヘリコプター、およびピストンエンジン搭載の旧式の飛行機で使用されています。その配合は、自動車で使用される従来のガソリン（英国ではpetrol、またはこの文脈では「aviation spirit」）とは異なります。これは航空の文脈では一般にモガスまたはオートガスと呼ばれています。^[4] Avgasにはさまざまなグレードがありますが、オクタン価は「レギュラー」モーターガソリンよりも高くなっています。

従来の化石燃料ベースの航空燃料の代替として、バイオマスから液体への方法で作られた新しい燃料（持続可能な航空燃料など）や特定の純粋な植物油も使用できます。^[5]

持続可能な航空燃料などの燃料は、燃料特性が潤滑性と密度の仕様を満たし、現在の航空機燃料システムのエラストマーシールが適切に膨張する限り、航空機自体の改造がほとんどまたはまったく必要ないという利点があります。^[6]持続可能な航空燃料と化石燃料と持続可能な代替燃料の混合物は、粒子^[7]と温室効果ガスの排出量が低くなります。しかし、これらは、従来の方法で生産された航空燃料よりも大幅に高価であるなど、依然として政治的、技術的、経済的障壁に直面しているため、あまり使用されていません。^{[8] [9] [10]}

圧縮天然ガス（CNG）と液化天然ガス（LNG）は、航空機が将来使用する可能性のある燃料原料です。天然ガスの使用可能性に関する研究が行われており^[11]、NASAのN+4先進コンセプト開発プログラム（ボーイングの亜音速超グリーン航空機研究（SUGAR）チームによる）の「シュガーフリーズ」航空機もその1つです。ツポレフTu-155は、 LNGを燃料とする代替燃料のテストベッドでした^{[12] 。天然ガスは液体の状態でも従来の燃料に比べて}比エネルギーが低いため、飛行用途には明らかに不利です。^[要出典]

水素は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの電力で生産すれば、ほぼ炭素排出なしで使用することができます。

水素燃料航空機の技術開発は2000年以降に一部始まり、2020年頃から軌道に乗り始めましたが、2022年時点では航空機の完全な製品開発には程遠い状況です。

_{水素燃料電池は、 CO2}やその他の排出物（水以外）を生成しません。ただし、水素の燃焼ではNOx排出物が発生します。極低温水素は、20 K以下の温度で液体として使用できます。気体水素には、250～350 barの加圧タンクが必要です。^[13] 2020年代に利用可能になる材料では、このような高圧に耐えられるほど頑丈なタンクの質量が水素燃料自体を大幅に上回り、炭化水素燃料に対する水素燃料の重量対エネルギー比の利点を大幅に打ち消します。水素は炭化水素燃料に比べて容積的に大きな欠点がありますが、将来のブレンデッドウィングボディ航空機の設計では、濡れ面積を大幅に拡大することなく、この余分な容積に対応できる可能性があります。

最終的に実用化されたとしても、水素を採用するまでの業界のタイムラインはかなり長い。近い将来に利用可能な従来の航空燃料の代替品には、航空バイオ燃料と合成燃料（別名「e-jet」）がある。^[14]これらの燃料は総称して「持続可能な航空燃料」（SAF）と呼ばれている。

航空燃料の生産は、タービンエンジンに適した燃料と火花点火ピストンエンジンに適した燃料の 2 つのカテゴリに分類され、それぞれに国際規格があります。

ジェット燃料はプロペラ機やジェット機、ヘリコプターで使用されるガスタービン燃料です。低温では粘度が低く、密度と発熱量の範囲が限られており、きれいに燃え、高温に加熱されても化学的に安定しています。^[15]

航空ガソリンは、しばしば「アビガス」または 100-LL (低鉛) とも呼ばれ、純度、ノック防止特性、スパークプラグの汚れの最小化を重視した、航空機用の高度に精製されたガソリンです。アビガスは、離陸時のパワー設定に必要な濃い混合状態と、燃料消費量を減らすために巡航中に使用される薄い混合状態の両方の性能ガイドラインを満たす必要があります。航空燃料は CNG 燃料として使用できます。

航空ガソリンはジェット燃料よりもはるかに少ない量で、より多くの個別の航空機運航者に販売されています。一方、ジェット燃料は航空会社や軍隊などの大規模な航空機運航者に大量に販売されています。^[16]

航空燃料の正味エネルギー含有量は、その組成によって異なります。いくつかの典型的な値は次の通りです: ^[17]

• BP Avgas 80、44.65 [ ^{broken anchar ]}  MJ /kg、15 °C での密度は 690 kg/ m ³ (30.81 MJ/リットル) です。
• 灯油タイプ BP Jet A-1、43.15 MJ/kg、15 °C での密度は 804 kg/m ³ (34.69 MJ/リットル)。
• 灯油タイプ BP Jet TS-1 (低温用)、43.2 MJ/kg、15 °C での密度は 787 kg/m ³ (34.00 MJ/リットル)。

性能計算では、航空機メーカーはジェット燃料の密度を約 6.7 ポンド/米ガロン、8.02 ポンド/英ガロン、または 0.8 kg/L としています。

具体的なケースは以下のとおりです。

• ボンバルディア・エアロスペース：チャレンジャー多目的航空機は、ボンバルディア・チャレンジャー650ビジネスジェットプラットフォームの特殊任務型です。ボンバルディアは、平均低位発熱量18,550 BTU/lb（43.147 MJ/kg）、密度0.809 kg/L（6.75 lb/US gal）の燃料の使用を性能の基準としています。^[18]
• エンブラエル：E195の空港計画マニュアルでは、採用燃料密度は0.811kg/L（6.77ポンド/米ガロン）とされている。^[19]

航空燃料は、主に炭化水素（パラフィン、オレフィン、ナフテン、芳香族）、酸化防止剤や金属不活性化剤などの添加剤、殺生物剤、静電気防止剤、氷結防止剤、腐食防止剤、不純物など、2,000 種類以上の化学物質の混合物で構成されています。主成分にはn-ヘプタンとイソオクタンが含まれます。他の燃料と同様に、火花点火ピストン エンジン用の航空燃料はオクタン価で表されます。

アルコール、アルコール混合物、その他の代替燃料は実験的に使用されることがあるが、アルコールはいかなる認定航空燃料仕様にも許可されていない。^[20]ブラジルでは、エンブラエル・イパネマEMB-202Aは、エタノールで稼働できるように改造されたライカミングIO-540-K1J5エンジンを搭載したイパネマ農業用航空機のバージョンである。100％エタノールで稼働するように改造された他の航空機エンジンには、他のいくつかのタイプのライカミングエンジン（ライカミング235N2C、ライカミングIO-320 ^[21]を含む）^[22]と特定のロータックスエンジンがあった。^[23]

国際民間航空条約（ICAO）（シカゴ1944年、第24条）は、着陸時に航空機にすでに積み込まれ（航空機に残っている）航空燃料に対する輸入税を免除している。^[24]二国間航空サービス協定は航空燃料の免税を規定している。^{[25] [要出典]} EUの取り組みの過程で、これらの協定の多くは課税を認めるように修正された。^[要出典]低排出モビリティのための欧州戦略に関する欧州議会の決議動議では、「航空用灯油課税に関する国際的措置の調和の可能性」を調査する必要があると述べられている。^[26]

懸念されるのは、地方の航空燃料税によりタンカー輸送が増加するのではないかということだ。タンカー輸送とは、航空会社が低税率の管轄区域から余分な燃料を運ぶことである。この余分な重量は燃料の燃焼を増加させるため、地方の燃料税は全体の燃料消費量を増加させる可能性がある。^[24]タンカー輸送の増加を避けるために、世界的な航空燃料税が提案されている。^{[誰が提案したのか? ]}オーストラリアと米国は世界的な航空燃料税に反対しているが、他の多くの国が関心を示している。^[要出典]

英国議会での議論では、航空燃料税の免除により失われた税収は年間100億ポンドと推定された。^[27]

2014年に国際航空を欧州連合排出量取引制度に組み込む計画は、シカゴ条約を引用する米国や中国などの国々から「違法な税金」と呼ばれている。 ^[28]

燃料は、型式認定を受けた航空機での使用が承認されるためには、仕様に準拠している必要があります。米国材料試験協会(ASTM) は、自動車用ガソリンと航空用ガソリンの仕様を開発しました。これらの仕様は、航空用ガソリンの場合は ASTM D910 と ASTM D6227、自動車用ガソリンの場合は ASTM D439 または ASTM D4814 (最新版) です。

航空燃料は、通常、 CEPSなどのパイプライン システムを経由して空港に到着します。その後、燃料はタンカーまたは給油機からポンプで送られ、分配されます。その後、燃料は駐機中の航空機やヘリコプターまで運ばれます。空港によっては、航空機がタキシングしなければならない給油所に似たポンプが設置されているところもあります。大型航空機の駐機エリアへの配管が常設されている空港もあります。

航空燃料は、翼上または翼下の 2 つの方法のいずれかで航空機に輸送されます。

翼上給油は、小型飛行機、ヘリコプター、およびすべてのピストンエンジン航空機で使用されます。翼上給油は自動車の給油と似ており、1 つまたは複数の燃料ポートが開かれ、従来のポンプで燃料が送り込まれます。

翼下給油は、重力に依存しないシングルポイント給油または圧力給油とも呼ばれ、大型航空機でジェット燃料専用に使用されます。

圧力給油では、高圧ホースが接続され、燃料が275  kPa（40  psi）で送り込まれ、ほとんどの民間航空機では最大310 kPa（45 psi）です。軍用機、特に戦闘機の圧力は最大415 kPa（60 psi）です。タンク内の空気は通常、航空機の1つの通気口から機外に排出されます。接続ポイントが1つしかないため、タンク間の燃料分配は自動化されているか、給油ポイントまたはコックピットの制御パネルから制御されます。圧力給油が最初に採用されたのは、デ・ハビランド コメットとシュッド・アビエーション カラベルでした。^[29]大型の航空機では2つ以上の接続ポイントを使用できますが、どちらの接続ポイントでもすべてのタンクに給油できるため、これは依然としてシングルポイント給油と呼ばれています。複数の接続ポイントを使用すると、より速い流量が可能になります。

燃料の種類を混同する危険があるため、すべての容器、車両、配管に明確に表示することに加えて、航空ガソリンとジェット燃料を区別するための予防措置が講じられている。航空ガソリンを必要とする航空機の燃料タンクの開口部は、直径60ミリメートルを超えることはできない 。航空ガソリンは着色されていることが多く、直径40ミリメートル（米国では49ミリメートル）のノズルから供給される。[ 30 ^{] [31]}

ジェット燃料は透明から麦わら色で、J 注ぎ口またはダックビルと呼ばれる特殊なノズルから噴射されます。このノズルは対角線で 60 mm を超える長方形の開口部があり、航空燃料ポートには入りません。ただし、一部のジェット機やタービン航空機 (Astar ヘリコプターの一部モデルなど) の給油ポートは J 注ぎ口には小さすぎるため、より小さなノズルが必要になります。^[要出典]

近年、燃料市場はますます不安定になっています。これに加えて、航空会社のスケジュールが急速に変化し、機内に余分な燃料を搭載したくないという要望もあり、需要予測の重要性が高まっています。2022年3月、オースティンのオースティン・バーグストロム国際空港では燃料が不足し、航空機が立ち往生する可能性が出てきました。^[32]一般的な予測手法には、航空会社のスケジュールとルート、予想飛行距離、地上手順、各航空機の燃料効率、天候や気温などの環境要因の影響を追跡することが含まれます。^[33]

給油作業はどれも非常に危険であり、航空業務には対応しなければならない特性があります。航空機が空中を飛行すると、静電気が蓄積することがあります。給油前に静電気が放電されないと、電気アークが発生して燃料蒸気に引火する可能性があります。これを防ぐために、給油が始まる前に航空機は給油装置に電気的に接続され、給油が完了するまで切断されません。地域によっては、航空機や給油トラックの接地も義務付けられています。^[34]圧力給油システムには、監視されていない操作を防ぐ デッドマンスイッチが組み込まれています。

航空燃料は深刻な環境被害を引き起こす可能性があります。すべての給油車両は、燃料流出を制御するための装置を搭載する必要があります。給油作業には消火器が必要です。空港の消防隊は、航空燃料の火災や流出に対処するための特別な訓練を受け、装備されています。航空燃料は毎日、また飛行前に水や汚れなどの汚染物質がないか確認する必要があります。

航空ガソリンは、唯一残っている鉛を含む輸送燃料です。航空ガソリンに含まれる鉛は、突然のエンジン故障につながる可能性のある、エンジンにダメージを与えるノックや爆発を防ぎます。

西オーストラリア州サザンリバーでの消火活動中に燃料補給を受けるカーソンヘリコプターの S-61Nファイアキング

• 航空の環境への影響
• ロケット燃料
• スイフト燃料

• ジェット燃料の歴史 ( AirBPによる)
• 航空燃料技術レビュー（シェブロン・グローバル・アビエーション）