แหล่งถ่านหินของเชื้อเพลิงอากาศยานสำหรับเครื่องบินรุ่นต่อไป

ดร. Harold H. Schobert ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์เชื้อเพลิงและผู้อำนวยการสถาบันพลังงานของ Penn State กล่าวว่า "ในระดับนำร่อง เราได้ผลิตเชื้อเพลิงเครื่องบินที่ใช้ถ่านหินซึ่งมีความเสถียรทางความร้อน "เชื้อเพลิงจากถ่านหินนี้สามารถดูดซับความร้อนจำนวนมากและคงที่ได้ถึง 900 องศาฟาเรนไฮต์" เชื้อเพลิงชนิดใหม่นี้จะไม่สลายตัวที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างคราบคาร์บอน ซึ่งทำให้วาล์ว หัวฉีด และชิ้นส่วนเครื่องยนต์อื่นๆ เหม็น เชื้อเพลิงจะถูกกำหนดให้ใช้เครื่องยนต์ไอพ่น 900 หรือ JP900 ชั่วคราวเนื่องจากความเสถียรที่อุณหภูมิสูงนี้ นักวิจัยกำลังออกแบบเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สมรรถนะสูงรุ่นใหม่ในเครื่องบิน เช่น เครื่องบินขับไล่โจมตีร่วม F35 และโครงการ VAATE ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ซึ่งเป็นเครื่องยนต์เทอร์ไบน์ขั้นสูงที่มีราคาย่อมเยา อย่างไรก็ตาม จากข้อมูลของนักวิจัย อาจเป็นไปได้ที่จะใช้เชื้อเพลิงนี้ในเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปในเครื่องบินปัจจุบัน ส่วนหน้าของเครื่องยนต์ไอพ่นคือเครื่องอัดอากาศ และเครื่องยนต์รุ่นใหม่จะอัดอากาศที่ความดันสูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากขึ้น อากาศภายนอกไม่เพียงพอในการเป็นตัวกลางในการทำความเย็น ดังนั้นผู้ออกแบบจึงใช้เชื้อเพลิงเป็นตัวระบายความร้อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความเสถียรต่ออุณหภูมิสูง "ในขณะที่การผลิตกระแสไฟฟ้าจะยังคงเป็นแกนนำของการใช้ถ่านหินเป็นเวลาหลายสิบปี ถ่านหินให้โครงสร้างโมเลกุลที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงที่มีความเสถียรในอุณหภูมิสูง" Schobert กล่าว โชเบิร์ต ; สุชาดา บุตรนาค อดีตนักศึกษาปริญญาโทสาขาวิทยาการเชื้อเพลิง; และ Leslie R. Rudnick นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Energy Institute ได้ทำงานในสองกระบวนการเพื่อสร้าง JP900 จากวัสดุที่ใช้ถ่านหิน วิธีหนึ่งอาศัยถ่านหินบิทูมินัสที่กลายเป็นของเหลวเมื่อถูกความร้อน นักวิจัยได้ผสมถ่านหินบิทูมินัสกับน้ำมันค่อยๆ ลดลง ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการกลั่นปิโตรเลียมที่ความดันปกติ เมื่อถูกความร้อน ส่วนผสมจะกลายเป็นของเหลวและส่วนที่เป็นของเหลวจะกลั่นตัวออกและรวบรวมเป็น JP900 ของแข็งที่เหลือคือโค้ก ซึ่งเป็นผลพลอยได้ที่มีค่าสำหรับทำแอโนดสำหรับการถลุงอะลูมิเนียมหรือในการผลิตกราไฟต์ "กระบวนการนี้แตกต่างจากกระบวนการมาตรฐานที่ใช้ในการกลั่นปิโตรเลียม" Schobert กล่าว "เราต้องการเครื่องผสมสำหรับส่วนประกอบทั้งสองอย่างจริงๆ แล้วกระบวนการนี้สามารถทำได้ในโรงกลั่นตามปกติ" กระบวนการที่สองใช้น้ำมันวัฏจักรเบา ผลพลอยได้จากปิโตรเลียมอีกชนิดหนึ่ง และน้ำมันเคมีบริสุทธิ์ที่ได้จากถ่านหิน ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมถ่านโค้ก นักวิจัยผสมส่วนประกอบทั้งสองและเพิ่มไฮโดรเจน เมื่อทำการกลั่น น้ำมัน เครื่องบิน จะออกมาเป็นของเหลวกลั่น นักวิจัยของ Penn State เชื่อว่าพวกเขาสามารถดำเนินการทั้งสองกระบวนการในโรงกลั่นที่มีอยู่ พวกเขาวางแผนในปีหน้าเพื่อทดสอบเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ไอพ่นที่ฐานทัพอากาศไรท์ แพตเตอร์สัน ปัจจุบัน นักวิจัยกำลังผลิต JP900 ในล็อต 55 แกลลอนบาร์เรล แต่พวกเขาหวังว่าในอนาคตจะทดสอบการผลิตด้วยการดำเนินการที่ United Refining ใน Warren, Pa นักวิจัยกำลังทำงานร่วมกับกองทัพอากาศเพื่อพัฒนาข้อกำหนดอย่างเป็นทางการสำหรับ JP900 "หากไม่มีข้อมูลจำเพาะ จะไม่มีใครใส่เชื้อเพลิงนี้ในเครื่องยนต์" Schobert กล่าว ประโยชน์อย่างหนึ่งที่อาจเกิดขึ้นจากการผลิตเชื้อเพลิงเหล่านี้ในโรงกลั่นที่มีอยู่ก็คือ ส่วนประกอบที่เหลือจำนวนเล็กน้อยจะป้อนเข้าสู่ส่วนต่างๆ ของธารปิโตรเลียม ส่วนที่เบากว่าจะไปที่กลุ่มสารเคมีที่ทำน้ำมันเบนซิน และส่วนที่หนักกว่าจะไปที่กระแสน้ำมันดีเซลหรือน้ำมันเตา "การรวมสารประกอบที่มีถ่านหินเป็นส่วนประกอบหลักในไอน้ำมันปิโตรเลียมอาจจะเป็นประโยชน์ในการผลิตน้ำมันเบนซิน และอาจจะไม่สร้างความแตกต่างใดๆ เลยในกระแสน้ำมันเตา" Schobert กล่าว "สิ่งที่เราไม่รู้ก็คือมันจะส่งผลกระทบต่อกระแสน้ำมันดีเซลอย่างไร" นอกจากคุณสมบัติด้านอุณหภูมิสูงแล้ว JP900 ยังมีจุดเมฆที่ต่ำกว่า 10 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เมฆก่อตัวเหนือของเหลว นี่เป็นเชื้อเพลิงสำหรับสภาพอากาศหนาวเย็นที่ดีกว่า Jet A หรือ JP8 ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน เชื้อเพลิงที่ได้จากถ่านหินเหล่านี้ไม่มีขี้เถ้าและกำมะถันต่ำมาก น้ำมันเคมีที่ผ่านการกลั่นซึ่งได้มาจากถ่านหินได้ขจัดขี้เถ้าออกไปแล้ว ในกระบวนการกลั่นน้ำมัน ถ่านหินจะต้องได้รับการทำความสะอาดล่วงหน้า แต่จะผลิตผลพลอยได้จากถ่านโค้กที่มีเถ้าต่ำด้วย เมื่อพูดถึงถ่านหิน กำมะถันมักเป็นสารมลพิษที่สร้างปัญหามากที่สุด แต่กระบวนการเหล่านี้อาจมีกำมะถันต่ำถึงสามส่วนในล้านส่วน ขึ้นอยู่กับปริมาณกำมะถันดั้งเดิมของถ่านหินและปริมาณไฮโดรเจนที่ใช้ สำหรับถ่านหินที่มีกำมะถันสูง ไฮโดรเจนที่มากขึ้นจะช่วยให้เชื้อเพลิงที่ยังมีกำมะถันต่ำ "ตอนนี้เราไม่สงสัยแล้วว่าเราสามารถทำได้" Schobert กล่าว “เรายังมีอีกมากที่ต้องทำและมันจะแพง แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันจะได้ผล” สำนักงานวิจัยวิทยาศาสตร์กองทัพอากาศสหรัฐให้ทุนสนับสนุนงานนี้ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกายังให้ทุนสนับสนุนการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่