.jpg/1280px-Airbus_A310-304_'CS-TKI'_(13611108175).jpg)
Утилизация самолетов — это процесс утилизации и разборки списанных самолетов и повторного использования их частей в качестве запасных частей или лома . Самолеты состоят примерно из 800–1000 деталей, которые можно переработать, причем большинство из них изготовлено из металлических сплавов и композитных материалов. [1] [2] Двумя наиболее распространенными металлическими сплавами являются алюминий и титан, а основным композитным материалом является углеродное волокно. [2]
Самолеты разбираются в центрах по переработке самолетов, где выбрасываются неметаллические компоненты, не имеющие ценности для вторичной переработки, основные компоненты разбираются, а компоненты из металлических сплавов сортируются в зависимости от их состава. [3] [4] Затем металлические сплавы переплавляются вместе, чтобы сформировать единый однородный сплав из отходов. По оценкам, примерно 400-450 самолетов ежегодно разбираются и перерабатываются, что обеспечивает рынок запасных частей для самолетов стоимостью 2 миллиарда долларов. [1]
Основная проблема в переработке самолетов заключается в том, чтобы количество металлических примесей в переработанных авиационных материалах было низким, чтобы их можно было повторно использовать в других самолетах. Некоторые основные ограничения при переработке самолетов включают стоимость, примеси в сплавах, опасные материалы и качество переработанных компонентов. [5] [6] [7] [8] Детали, которые не подлежат прямой переработке, можно повторно использовать или переработать в произведения искусства, одежду и мебель. [1]
В двадцатом веке большая часть самолетов не подвергалась вторичной переработке; старые самолеты были брошены на свалки. [1] В начале 2000-х годов Airbus и Boeing , две крупнейшие компании-производители самолетов, разработали систематические процессы переработки старых самолетов и запчастей в качестве альтернативы их вывозу на свалку. [9]
В 2005 году Airbus запустил проект «Процесс расширенного управления выбытием самолетов», известный как PAMELA, который продемонстрировал, что 85% веса самолета можно переработать или использовать повторно. [9] Airbus заключил партнерское соглашение с компанией по переработке отходов Suez-Sita и открыл завод по переработке отходов в аэропорту Тарб. [1] Проект был протестирован на Airbus A300 и был успешно завершен, когда 32 месяца спустя в 2007 году 61 тонна самолета первоначального веса была переработана. [9] Проект также создал стандарт того, как безопасно и ответственно обращаться с конечными самолетов, которые включали трехэтапный подход: вывод из эксплуатации, разборку и демонтаж. [9]
В 2006 году компания Boeing основала Ассоциацию по переработке авиационного парка , известную как AFRA, для разработки общеотраслевых руководящих принципов по демонтажу и переработке самолетов. [1] [10] Компания объединила усилия с 10 другими компаниями, включая Rolls-Royce , Europe Aviation и Air Salvage International, чтобы создать отраслевой кодекс поведения и собрать передовой опыт. [11] [12] Вместе они сформировали сеть авторизованных AFRA центров переработки по всему миру, чтобы обращаться с самолетами с истекшим сроком эксплуатации экологически безопасным способом. [10] С тех пор AFRA выросла и по состоянию на 2022 год насчитывает 80 членов, в число которых входят заинтересованные стороны во всех аспектах процесса переработки самолетов, от производителей до переработчиков материалов. [13] [14]
В 2013 году Southwest Airlines создала общественную инициативу по переработке отходов «Перепрофилирование с целью», направленную на переработку кожаных чехлов сидений своих самолетов и предоставление экономических возможностей различным уязвимым группам. [1] Авиакомпания установила партнерские отношения с некоммерческими организациями, которые работают с ветеранами, инвалидами и жертвами торговли людьми, чтобы превратить использованную кожу в такие изделия, как футбольные мячи, обувь и украшения. [1] С момента запуска программы было переработано более 900 000 фунтов кожи. [1]
По оценкам, к 2040 году около 44% самолетов, находящихся в настоящее время в мировом парке, выйдут из эксплуатации; это будет включать более 13 000 коммерческих, военных и частных самолетов. [9] В дополнение к увеличению количества переработанных деталей, доступных в результате недавних усилий по переработке, технология блокчейна привела к появлению новых способов покупки и продажи переработанных деталей. [15] В 2019 году Honeywell Aerospace представила онлайн-рынок запчастей для аэрокосмической отрасли под названием GoDirect Trade, который использует блокчейн для аутентификации и отслеживания истории запчастей. [15] В 2018 году рынок авиационных запчастей оценивался в 5,4 миллиарда долларов, и ожидается, что к 2026 году он вырастет до 7,7 миллиарда долларов. [15]
Однако во время пандемии COVID-19 количество самолетов, сдаваемых на слом и отправляемых на свалку, сократилось. [16] В 2020 году было списано 440 коммерческих лайнеров, что на 15% меньше, чем в 2019 году. [16] В 2021 году это число продолжило снижаться еще на 30% по сравнению с 2020 годом. [16] Кроме того, снизились цены на бывшие в употреблении самолеты; до пандемии подержанный самолет можно было продать за 7–8 миллионов долларов, с тех пор цена упала примерно до 2 миллионов долларов. [16] Снижение спроса на подержанные самолеты привело к снижению цен. [16]
Списанные самолеты имеют в среднем от 800 до 1000 компонентов, которые можно перепрофилировать путем переработки. [1] Основными авиационными материалами, подлежащими переработке, являются металлические сплавы и композиционные материалы. [2]
В конструкциях самолетов используются алюминиевые сплавы , на которые приходится 80% общего веса самолета. [2] Их обычно используют в фюзеляже , крыле и несущих конструкциях самолетов, поскольку они устойчивы к коррозии и имеют хорошее соотношение прочности и веса. [17]
Алюминий, который используется в самолетах, обычно смешивают с медью, литием, магнием, марганцем, кремнием, серебром и цинком с образованием сплавов. [2] Соотношение состава каждого сплава регулируется в соответствии с его предполагаемым использованием, чтобы соответствовать спецификациям. [2]
Алюминиевые сплавы имеют самую высокую себестоимость производства самолетов, поскольку процесс их производства энергоемкий. [2] Чтобы получить алюминий для формирования сплава, необходимо провести процесс плавки . [2] Алюминий добывается из бокситов , основной алюминиевой руды, посредством электролиза, который требует много энергии; Для производства одного килограмма алюминия электролизом требуется 211 МДж энергии. [2]
Переработка алюминия обходится дешевле, чем производство сплава, поскольку требует только переплавки использованного лома. [2] Процесс переплавки осуществляется при более низкой температуре, чем электролиз, и поэтому процесс требует меньше энергии, что снижает стоимость. [2]
Переработанные алюминиевые сплавы могут использоваться в деталях самолетов, таких как элементы жесткости и закрылки, где рост усталостных напряжений и вязкости разрушения не является критическим для целостности компонента. [18] Сплавы также можно использовать для неавиационных применений, таких как кузова грузовиков, заклепки, автомобильные бамперы и отливки. [18]
Титановые сплавы широко используются в авиационной промышленности, поскольку они прочны и обладают высокой устойчивостью к коррозии и нагреву. [2] По сравнению с алюминием титан тяжелее, но прочнее, поэтому для формирования структурных компонентов требуется меньше его, что снижает общий вес и снижает энергопотребление в полете. [1]
Несмотря на его естественное изобилие, запасы титана ограничены по сравнению с другими металлами. [2] Процесс плавки титана требует больше энергии, чем процесс плавки алюминия: на каждый килограмм произведенного титана расходуется 361 МДж энергии. [2]
При переработке титана используются отходы производственного процесса. [1] Эти отходы очищаются от примесей кислорода и железа, а затем переплавляются. [1]
Композитные материалы используются для снижения веса самолетов, поскольку они легче традиционных металлических материалов, таких как алюминий. [2] Они также имеют высокую усталостную прочность (более длительный срок службы) и хорошую коррозионную и огнестойкость. [19] Чтобы уменьшить вес самолетов, производители включают в конструкцию больше композитных материалов. [2] Меньший вес приводит к улучшению экономии топлива, что, в свою очередь, снижает эксплуатационные расходы авиакомпаний. [5]
Основным компонентом композиционных материалов является углеродное волокно . [20] Если углеродное волокно подвергается вторичной переработке, оно не теряет своих механических свойств, которые потенциально могут быть использованы для следующих применений: конструкционная, акустическая и теплоизоляция, а также фильтрация воздуха и жидкостей. [21] Переработанные углеродные волокна оцениваются до 50 долларов за фунт материала. [5]
Переработка композитных материалов является более сложной задачей, чем переработка металлических сплавов, поскольку промышленность еще не разработала методы повторного использования отдельных компонентов, составляющих материал. [5] Большая часть композитных материалов становится отходами, когда самолеты списываются и разбираются. [2]
.jpg/1280px-IL-86_RA-86095_Scissor_cockpit._(3121102935).jpg)
Процесс переработки должен гарантировать, что в переработанных компонентах самолета содержится небольшое количество металлических примесей . [3] Поскольку переработанные компоненты должны соответствовать требуемым спецификациям при установке на другие самолеты, переработанные компоненты (особенно металлические сплавы ) должны быть организованы должным образом, чтобы обеспечить успешную переработку. [3] Сначала самолет транспортируют в центр утилизации самолетов, где его разбирают. [3] Условия пустыни идеальны для хранения, поскольку для поддержания состояния самолета необходима низкая влажность. [22] Из самолета сливают топливо, промывают от едких солей и смазывают [22]
Взрывные устройства с эвакуационных горок удаляются, воздуховоды герметизируются, наносится защитный слой краски. [23] Неметаллические компоненты, не имеющие ценности для вторичной переработки, выбрасываются, а основные части самолета разбираются. [4] Компоненты сплавов группируются на основе их металлургического состава , а затем по желанию интегрируются в легирование новых металлов. [4]
Легирование предполагает сбор металлолома с различными свойствами для повторного плавления для получения единого однородного сплава . [24] Большинство сплавов, используемых в самолетах, представляют собой стали серий 2xxx (Al-Cu-Mn) или 7xxx (Al-Zn-Mg). [24] Когда содержание вторичных легирующих элементов в стальном сплаве превышает 10%, свойства стали особенно ценны для переработки в авиацию. [24] Часто в разные компоненты самолета используются разные сплавы, что позволяет более четкое разделение сталей. [24]
Такие компоненты, как шасси, хвостовые секции, закрылки, крылья и фюзеляжи, состоят в основном из сталей серий 2xxx или 7xxx и разбираются при разборке самолета. [25] Сиденья могут стоить до 5000 долларов, а шасси самолета можно продать за более чем 1 миллион долларов. [16] Кабели, аккумуляторы и другие электронные отходы поступают в традиционные цепочки переработки. [16] Поскольку пластиковые внутренние детали часто содержат огнестойкие химикаты, они не подлежат вторичной переработке. [16] Несмотря на то, что переработанный металл не соответствует очень высоким требованиям к сплавам по таким свойствам, как ударная вязкость , переработанный компонентный металл все равно может быть интегрирован в плавильную массу: запас различных металлов, которые затем плавятся вместе. [25]
Прежде чем переработанный металл поступит в металлолом для легирования, иногда требуется дополнительная обработка для удаления загрязнений . [26] Остатки элементов являются серьезной проблемой при рассмотрении вопроса о вторичной переработке авиационной стали, поскольку их нельзя безопасно вводить в повторно используемую сталь. [26] Хотя пластмассы зачастую не подлежат вторичной переработке из-за использования огнезащитных химикатов, разрабатываются новые методы эффективной переработки этих пластмасс. [27] Оллред и Салас (2005) провели исследование в 2005 году по процессу каталитической конверсии при низких температурах для преобразования каучука , термореактивных материалов и термопластов в полезные углеводородные побочные продукты. [27] Было показано, что этот процесс снижает присутствие опасных веществ на 80%. [27] Другие неорганические остатки, такие как тяжелые металлы и оксиды, можно переплавить, чтобы устранить их токсичность. [27] Для крупных металлических компонентов, составляющих корпус самолета, требуется измельчение, прежде чем полученные металлические отходы можно будет ввести в плавильную массу. [26]
Углеродные волокна являются одними из наиболее распространенных неметаллических материалов, перерабатываемых из самолетов. [27] Переработанные углеродные волокна не подвергаются механическому разложению и, следовательно, могут быть армированы пластиками, полимерами или стеклом для формирования композиционных материалов . [27] Вторичное волокно можно разрезать на заданную длину, прежде чем интегрировать в эти материалы, что обеспечивает большую гибкость при соблюдении требований к повторному использованию. [27]
Авиалайнер можно разобрать на 1500–2000 деталей (около 1000 LRU ) за 30–60 дней, включая двигатели, шасси, вспомогательные силовые установки и компоненты, но его можно припарковать на год или два, чтобы максимально увеличить сбор деталей. [28] Металлический самолет может быть переработан на 85-90% по массе и может использоваться для композитных планеров, поскольку отрасль адаптируется к растущему рынку углеродного волокна. [28]
.jpg/1280px-N951AR_McDonnell_Douglas_MD-11F_Skylease_Cargo_(8754546592).jpg)
Арендодатель самолетов Avolon насчитал в общей сложности 2100 самолетов на хранении в 2017 году. [11] Из них 48% были признаны непригодными для будущих полетов, что делает их жизнеспособными кандидатами на утилизацию самолетов. Воздушные суда, которые находились на стоянке в течение трех лет, имеют 50%-ную вероятность быть переведенными в полет и 20%-ную вероятность после пяти лет хранения. [11] Несмотря на то, что глобальная статистика реактивного транспорта, как ожидается, удвоится в течение следующих 20 лет (по состоянию на 2013 год), при этом до 2037 года прогнозируется 43 000 новых поставок и 16 000 выбытий, общее количество самолетов на хранении, как ожидается, останется постоянным в течение этого времени. . [11]
Пик вывода из эксплуатации самолетов пришелся на 2013 год, когда всего было выведено из эксплуатации 700 самолетов. [9] Высокий спрос на самолеты в 2013–2016 годах привел к тому, что ежегодное количество выходов на пенсию сократилось примерно до 500. [29] Всего в 2018 году было выведено из эксплуатации 505 самолетов, в 2020 году их количество увеличилось до 2200, а в 2022 году, по прогнозу компании Jefferies, общее количество выведенных из эксплуатации самолетов составило 3900 самолетов. [29]
На отрасли разборки и переработки самолетов приходится годовой рынок продаж авиационных запчастей объемом 2 миллиарда долларов. [1] По оценкам, ежегодно разбирается от 400 до 450 самолетов, и считается, что 12 500 самолетов будут списаны в период с 2009 по 2029 год. [1] Большинство списанных самолетов, предназначенных для переработки, можно найти в База ВВС Дэвис-Монтан в Тусоне, Аризона. [30] Дэвис-Монтан отвечает за хранение не менее 4400 списанных самолетов. [30] Его сосед, аэрокосмический порт Мохаве , хранит более 1000 гражданских самолетов. [30] Существует множество международных платформ, которые вносят свой вклад в сектор переработки самолетов и принадлежат таким компаниям, как Bartin Aero Recycling во Франции, Air Salvage International в Великобритании и Airbus в аэропорту Тарб . [15] Последнее из этих мест является исследовательским центром по переработке самолетов в рамках проекта PAMELA . [15]
Публикация 2019 года показывает, что большинство самолетов, находящихся под юрисдикцией Airbus, представляют собой меньшие по размеру узкофюзеляжные самолеты, в то время как широкофюзеляжные самолеты составляют лишь 31% от общего парка Airbus, выведенного из эксплуатации. [31] Парк состоит из 58% узкофюзеляжных самолетов серии Boeing , 29% McDonnell Douglas MD-80 и 12% Airbus A340 . [31] Самолеты серии Boeing 777 составляли 40% широкофюзеляжных самолетов. [31] По мере роста популярности коммерческих рейсов и использования самолетов фаза вывода из эксплуатации самолетов становится более продолжительной, а спрос на переработанные компоненты растет. [31] Эта модель повышает рыночную цену на переработанные компоненты и увеличивает прибыль, которую может получить отрасль переработки самолетов. [31]
AFRA (Ассоциация по переработке авиационного парка) — единственная организация, имеющая наибольшую долю в индустрии переработки самолетов. [1] С 2009 года AFRA ежегодно принимает участие примерно в трети всех операций по разборке самолетов. [1] AFRA работает на международном уровне и стремится продвигать экологически устойчивые стандарты в процедуры разборки и переработки самолетов. [1]
Стоимость переработанных самолетов по частям оценивается от 1 до 3 миллионов долларов, причем почти 80% стоимости приходится на двигатель самолета. [20] Другие детали, такие как вспомогательная силовая установка и шасси, либо проходят повторную сертификацию и продаются подержанными, либо повторно используются авиакомпанией в качестве запасных частей. [20] Оставшиеся детали из неметаллических материалов, в том числе из пластика и ткани, отправляются в центры переработки. [20]
Поскольку новые самолеты, такие как Boeing 787 Dreamliner, почти на 50% состоят из композитов, были внесены изменения в процесс переработки этих материалов посредством механической переработки, процесса псевдоожиженного слоя, пиролиза или сольволиза. [20] Механическая переработка включает измельчение композитов и использование их в качестве наполнителя для других применений более низкого качества, однако это ограничивается композитами из стекловолокна, такими как стекловолокно. [20] Процесс в псевдоожиженном слое сжигает композиционные материалы и использует тепло для выработки электроэнергии. [20] Матрица композита также сгорает, оставляя только чистые волокна, которые можно извлечь из системы. [20] Этот процесс переработки позволяет отделять металлы от углеродного волокна, а также справляться со смешанными композитными материалами; однако для этого процесса требуется большое количество горячего воздуха, что приводит к небольшому изменению свойств волокна. [20] Пиролиз забирает углерод и нагревает композиты без присутствия кислорода, чтобы отделить матрицу и оставить только волокнистый материал; в результате этого процесса образуется углекислый газ или метан. [20] Пиролиз также можно использовать для создания топлива из композитов, которое можно сжигать для получения энергии. [5] Сольволиз использует растворитель для разрушения химических связей матрицы, оставляя после себя углеродное волокно или другой волокнистый материал. [20] Переработанные композиты имеют более ограниченное применение, поскольку их нельзя использовать в критически важных компонентах из-за сложности повторного плетения переработанных волокон и уменьшения длины волокна, которое обычно происходит во время переработки. [20]
Детали, которые не подлежат прямой переработке, можно использовать повторно или переработать в произведения искусства, одежду или мебель. [1] Например, компания SkyArt берет композитные и смешанные пластики, которые обычно попадают на свалку, и перерабатывает их в авиасимуляторы и другую мебель. [1]
Переработка деталей самолетов требует меньше энергии, чем производство первичных деталей, поскольку процессы производства таких материалов, как алюминий и сталь, являются энергоемкими. [32] Переработка, в свою очередь, приводит к снижению глобальных выбросов парниковых газов. [33] Например, переработка алюминия требует на 95% меньше энергии, чем производство первичного алюминия (непереработанного). [33]
Однако при переработке композитов процесс должен выполняться с должной осторожностью, чтобы избежать проблем с окружающей средой и безопасностью. [1] Некоторые композиты можно классифицировать как опасные отходы в зависимости от химических веществ, которые их покрывают, таких как шестивалентный хром, поэтому при переработке этих материалов необходимо принимать дополнительные меры предосторожности. [1] Кроме того, если композит представляет собой углеродное волокно , необходимо принять меры предосторожности при плавлении материала для переработки, чтобы избежать выделения электропроводящих волокон, которые могут вызвать электрические помехи в устройствах. [1]
Ограничения в переработке авиационных материалов включают стоимость, примеси в сплавах, опасные материалы и качество переработанных компонентов. [5] [6] [7] [8] Индустрия переработки самолетов сталкивается с проблемами рассредоточенного расположения центров переработки и затрат, связанных с транспортировкой переработанных металлов из отдаленных мест. [7] Колебания рыночных цен на переработанный алюминий также влияют на прибыльность предприятий по переработке алюминия. [7]
Извлекать алюминий из самолетов сложно, поскольку авиационные соединения обычно содержат относительно большое количество смешанных металлических сплавов, а новым самолетам обычно требуется алюминий с более низким уровнем примесей. [8] Кроме того, ограничено разнообразие алюминиевых сплавов, которые имеют хорошие характеристики и могут быть произведены непосредственно из переработанного алюминия. [6] Еще одним ограничением переработки алюминия для самолетов является отсутствие автоматизации процесса переработки. [6] Безопасное обращение с опасными материалами при утилизации самолетов создает дополнительные эксплуатационные проблемы. [7] В старых самолетах чаще встречаются опасные материалы, которые могут содержать такие вещества, как асбест , шестивалентный хром (содержащийся в грунтовке для краски) и галон 1301 (содержащийся в огнетушителях). [7] Присутствие лития с алюминием, обнаруженного в некоторых авиационных сплавах, опасно, поскольку он может взорваться при переплавке алюминиевого лома. [7]
Основными проблемами переработки композитных материалов являются высокая стоимость, слабые физические свойства переработанных композитов и отсутствие спроса на переработанные композиты. [5] Углеродное волокно — это композитный материал, который в настоящее время не подлежит широкой переработке. [28] При существующих процессах сложно сортировать композитные материалы до того, как начнется их переработка. [20] Особенно это касается металла, который переплетается в составные части. [20] Углеродное волокно, которое перерабатывается, обычно не превращается в последующие продукты из углеродного волокна, а вместо этого используется для таких применений, как дешевый наполнитель. [28]
специальная разборка планера Боинга 777 от задней части крыльев до хвостовой части