簡評直升機成功試飛永續燃料之案例
2023.04.17
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壹、新聞重點
2023年2月3日「法國國防採購局」（DGA）偕同「賽峰直升機引擎」（Safran Helicopter Engines）、「道達爾能源」（TotalEnergies）及「空中巴士直升機公司」 （Airbus Helicopters）等企業在法國南部「伊斯特瑞」（Istres）基地，使「NH 90」直升機在不更換「RTM322」雙引擎的情況下，其中一個引擎使用85%「永續航空燃料」（Sustainable aviation fuels, SAF）試飛成功，為軍用直升機試行高摻混比例永續燃料之全球首例。[1] 隨後於2月21日，美國德州「沃斯堡」（Fort Worth）基地一架「Bell 505」則成為全球首架使用100%永續航空燃料飛行之單引擎直升機，參與企業除了「賽峰直升機引擎」外，尚有「貝爾德事隆」（Bell Textron）、「吉凱恩航太」（GKN Aerospace）、「納斯特石油」（Neste）及植物塑料新創公司「Virent」等。[2] 以下分析近期直升機試行永續航空燃料趨勢。
貳、安全意涵
一、自戰機拓展至軍用直升機展現永續航空燃料應用潛力
隨著2000年代後期歐美國家軍事單位開始重視永續航空燃料，試行的項目也從戰機擴展到軍用直升機。2007年美國國防部「國防先進研究計畫局」（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）即著手研擬永續航空燃料的可行性，而2010年4月由美國海軍與Honeywell UOP公司合作成功以50%生質燃料試飛F/A-18「超级大黄蜂」（Super Hornet）戰鬥機，其後2010年6月Honeywell UOP公司再與荷蘭空軍及波音公司合作，於荷蘭南部的Gilze-Rijen空軍基地成功使用50%自廢棄食用油及藻類提煉之生質燃料，首次以AH-64D「阿帕契」（Apache）直升機進行20分鐘試飛；而同年11月，美國海軍在馬里蘭州的巴杜森河海軍航空站（Patuxent River Naval Air Station）亦以50%自亞麻薺種子提煉之生質燃料成功試飛MH-60S「海鷹」（Seahawk）直升機，包含兩小時的地面測試及六小時的空中飛行。[3]
二、永續燃料之生產規模及碳排放皆可較傳統燃油大幅降低
歷經十多年的演進，自近兩、三年內軍用或民用直升機試行永續航空燃料的案例中，可看到油量使用占比已從50%與傳統燃油摻混升高至100%完全採永續燃料，所消耗碳排放量亦可大幅減至同航程完全使用傳統燃料的四分之一。2013至2014年間，美國陸軍即以非食用性玉米所提煉的「異丁醇」轉化成「ATJ」（Alcohol-to-Jet）生質燃油試行於軍用直升機，該煉製廠房規模可縮減至傳統石化煉油廠的百分之一，必要時亦可快速擴增量產，雖然成品仍需再與「JP-8」軍用煤油燃料以50:50比例相混，但試飛結果良好：以超過1萬2,130加侖「ATJ」與「JP-8」混合燃油完成93架次、180小時之UH-60「黑鷹」直升機飛行，另外並以超過7,370加侖混合燃油完成12架次、27.1小時之CH-47「契努克」運輸直升機飛行。[4]
參、趨勢研判
一、軍用直升機試行永續航空燃料成為多國趨勢
繼美國、荷蘭之後，近年其他歐洲及亞太地區的國家也開始以永續航空燃料試飛軍用、救援及民用直升機，包含英國、挪威、德國、芬蘭、日本、新加坡、瑞典、澳洲等。例如2021年11月英國國防部於英國西南布里斯托（Bristol）至約維爾（Yeovil），以碳排放量低於傳統燃料80%的永續混合航空燃料來測試新購之AW149軍用中型直升機；2021年6月「賽峰直升機引擎」偕同「空中巴士」與「道達爾能源」在慕尼黑進行德國境內首架救援直升機試行廢棄食用油提煉之永續燃料；2023年1月澳洲「Microflite」直升機公司偕同「空中巴士」、「納斯特石油」及「賽峰引擎」等企業，以永續燃料與傳統燃料40:60混合比例來測試H-130救援載客直升機為期一小時的飛行。 [5]
二、訴求優先發展不需引擎改造之「即用」（Drop-in）永續燃料
預估近期之內將優先發展不需改造直升機引擎之「即用」（Drop-in）永續燃料，如此可加速其應用之普及化，並節省換裝引擎的時間。而在近年多數試行案例中的永續燃料，因缺乏常規航空燃料所需之「芳香烴」（Aromatics）成分，仍必須與傳統石油燃料混合才能使用，然而2023年2月在美國德州「沃斯堡」基地之「Bell 505」試行中，「Virent」公司已可自「植物糖」（plant sugar）製成「芳香烴」並加入至「納斯特石油」所生產之永續燃料中，完全不需要混合傳統石油燃料，亦無需改造引擎。[6] 此外在價格方面，2020年全球永續航空燃料均價約為每公升1.1美元，為傳統航空燃料均價（每公升0.5美元）二倍以上，然受俄烏戰爭等近期地緣政治因素影響，再加上航空業碳排放法規所衍生之管制費用，傳統航空燃料成本亦將上升，預估到2037年將會接近永續航空燃料的價格，[7] 由此可預見未來直升機採「即用」永續航空燃料之願景。
[1]“NH90 Helicopter Flies on Sustainable Fuel,” Safran Group, February 10, 2023, https://reurl.cc/MRW0bk.
[2]“Bell 505 Becomes World’S First Single Engine Helicopter to Fly Using 100% Sustainable Aviation Fuel,” Textron, February 21, 2023, https://reurl.cc/NqORMQ.
[3]“Honeywell Green Jet Fuel Powers Royal Netherlands Air Force Helicopter,” AVIATIONPROS, June 16, 2010, https://reurl.cc/KMvO5R; Jan Tegler, “Seahawk Flies on Camelina-based Alternative Fuel,” DefenseMediaNetwork, January 7, 2011, https://reurl.cc/Q4ODRZ.
[4]Dale Cox & Tracy Davis, “Certification Report: Army Aviation Alternative Fuels Certification Program,” Defense Technical Information Center, August 2016, https://reurl.cc/o0qb2j; Ryan Keith, “Engineers test bio-fuel in helicopters,” U.S. Army, October 21, 2014, https://reurl.cc/Y8n5xO.
[5]“Fuelling A Green Approach to Aviation,” Leonardo UK, November 15, 2021, https://reurl.cc/xl4xj1; “Media Release: Australia’s First Helicopter Flight Using Sustainable Aviation Fuel,” Bioenergy Australia, February 28, 2023, https://reurl.cc/V8QpKR; Helena Tavares Kennedy, “SAF Flying High on Helicopters! Japan’s First SAF Helicopter Flight,” The Digest, June 5, 2022, https://reurl.cc/lv4LRl.
[6]同註2。
[7] Sumit Singh & Gaurav Joshi, “How SAF Can Become Cost Competitive Against Conventional Fuel,” Simple Flying, October 21, 2022, https://reurl.cc/rL4j9Z.