.jpg/1280px-Airbus_A310-304_'CS-TKI'_(13611108175).jpg)
Переработка 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 могут быть переработаны, большинство из них изготовлены из металлических сплавов и композитных материалов. [1] [2] Два наиболее распространенных металлических сплава — это алюминий и титан, а основным композитным материалом является углеродное волокно. [2]
Самолеты разбираются в центрах переработки самолетов, где неметаллические компоненты, не имеющие ценности для переработки, выбрасываются, основные компоненты разбираются, а компоненты из металлических сплавов сортируются на основе их состава. [3] [4] Затем металлические сплавы переплавляются вместе, чтобы сформировать единый однородный сплав из отходов. По оценкам, ежегодно разбирается и перерабатывается примерно 400-450 самолетов, что обеспечивает рынок деталей для самолетов стоимостью 2 миллиарда долларов. [1]
Основная проблема в переработке самолетов заключается в обеспечении низкого содержания металлических примесей в переработанном авиационном материале, чтобы их можно было повторно использовать в других самолетах. Некоторые основные ограничения в переработке самолетов включают стоимость, примеси в сплавах, опасные материалы и качество переработанных компонентов. [5] [6] [7] [8] Детали, которые не могут быть переработаны напрямую, могут быть повторно использованы или переработаны в произведения искусства, одежду и мебель. [1]
В двадцатом веке большинство самолетов не перерабатывалось; старые самолеты бросались на свалках. [1] В начале 2000-х годов Airbus и Boeing , две крупнейшие компании-производители самолетов, разработали систематические процессы переработки для работы со своими списанными самолетами и деталями в качестве альтернативы их перемещению на свалки. [9]
В 2005 году Airbus запустил проект «Процесс передового управления отслужившими свой срок самолетами», известный как PAMELA, который продемонстрировал, что 85% веса самолета может быть переработано или использовано повторно. [9] Airbus заключил партнерское соглашение с компанией по управлению отходами Suez-Sita и создал завод по переработке в аэропорту Тарба. [1] Проект был опробован на Airbus A300 и был успешно завершен, когда 61 тонна первоначального веса самолета была переработана 32 месяца спустя в 2007 году. [9] Проект также создал стандарт того, как безопасно и ответственно обращаться с отслужившими свой срок самолетами, который состоял из трехэтапного подхода: вывод из эксплуатации, разборка и демонтаж. [9]
В 2006 году компания Boeing основала Ассоциацию по переработке воздушного флота , известную как AFRA, для разработки общеотраслевых рекомендаций по демонтажу и переработке самолетов. [1] [10] Компания объединила усилия с 10 другими, включая Rolls-Royce , Europe Aviation и Air Salvage International, для создания отраслевого кодекса поведения и сбора передового опыта. [11] [12] Вместе они сформировали сеть авторизованных AFRA центров переработки по всему миру для работы с отслужившими свой срок самолетами экологически безопасным способом. [10] С тех пор AFRA разрослась и по состоянию на 2022 год состояла из 80 членов, в число которых входят заинтересованные стороны во всех аспектах процесса переработки самолетов, от производителей до переработчиков материалов. [13] [14]
В 2013 году авиакомпания Southwest Airlines запустила инициативу по переработке и обществу «Повторное использование с целью» для вторичной переработки кожаных чехлов сидений из своих самолетов и предоставления экономических возможностей различным уязвимым группам населения. [1] Авиакомпания сотрудничала с некоммерческими организациями, которые работают с ветеранами, инвалидами и жертвами торговли людьми, чтобы превратить использованную кожу в такие товары, как футбольные мячи, обувь и ювелирные изделия. [1] С момента запуска программы было переработано более 900 000 фунтов кожи. [1]
По оценкам, к 2040 году около 44% самолетов, которые в настоящее время находятся в мировом парке, будут выведены из эксплуатации; это будет включать более 13 000 коммерческих, военных и частных самолетов. [9] Помимо увеличения 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-торговую площадку для аэрокосмических деталей под названием GoDirect Trade, которая использует блокчейн для аутентификации и отслеживания истории деталей. [15] Рынок авиационных деталей оценивался в 5,4 млрд долларов в 2018 году и, как ожидается, вырастет до 7,7 млрд долларов к 2026 году. [15]
Однако во время пандемии COVID-19 наблюдалось снижение количества самолетов, отправляемых на свалку. [16] В 2020 году было списано 440 коммерческих реактивных 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, снизилась цена на подержанные 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 могут быть повторно использованы путем переработки. [1] Основными материалами для самолетов, подлежащими переработке, являются металлические сплавы и композитные материалы. [2]
Алюминиевые сплавы используются в конструкциях самолетов, составляя 80% от общего веса самолета. [2] Они обычно используются в фюзеляже , крыле и несущей конструкции самолета, поскольку они устойчивы к коррозии и имеют хорошее соотношение прочности к весу. [17]
Алюминий, который используется в самолетах, обычно смешивают с медью, литием, магнием, марганцем, кремнием, серебром и цинком для образования сплавов. [2] Соотношение состава каждого сплава регулируется в соответствии с его предполагаемым использованием, чтобы соответствовать спецификациям. [2]
Алюминиевые сплавы имеют самую высокую стоимость производства для самолетов, поскольку их производственный процесс является энергоемким. [2] Для того чтобы получить алюминий для формирования сплава, должен быть проведен процесс плавки . [2] Алюминий извлекается из бокситов , основной алюминиевой руды, путем электролиза, который требует большого количества энергии; для производства одного килограмма алюминия электролизом требуется 211 МДж энергии. [2]
Переработка алюминия обходится дешевле, чем производство сплава, поскольку для этого требуется только переплавка использованного лома. [2] Процесс переплавки происходит при более низкой температуре, чем электролиз, и поэтому для этого процесса требуется меньше энергии, что снижает стоимость. [2]
Переработанные алюминиевые сплавы могут использоваться в таких деталях самолетов, как ребра жесткости и закрылки, где рост усталостного напряжения и вязкости разрушения не имеет решающего значения для целостности компонента. [18] Сплавы также могут использоваться 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 теплу. [2] По сравнению с алюминием титан тяжелее, но прочнее, поэтому его требуется меньше для формирования структурных компонентов, что снижает общий вес и снижает потребление энергии в полете. [1]
Несмотря на его природную распространенность, поставки титана ограничены по сравнению с другими металлами. [2] Процесс плавки титана потребляет больше энергии, чем процесс плавки алюминия, потребляя 361 МДж энергии на каждый килограмм произведенного титана. [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 самолета, поскольку они легче традиционных металлических материалов, таких как алюминий. [2] Они также обладают высокой усталостной прочностью (более длительный срок службы) и хорошей коррозионной и огнестойкостью. [19] Чтобы снизить вес самолета, производители включают в конструкцию больше композитных материалов. [2] Более легкий вес приводит к улучшению экономии топлива, что, в свою очередь, снижает эксплуатационные расходы авиакомпаний. [5]
Основным компонентом композитных материалов является углеродное волокно . [20] Если углеродное волокно перерабатывается, оно не теряет своих механических свойств, которые потенциально могут быть использованы для следующих целей: структурная, 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 металлических сплавов, поскольку промышленность еще не разработала методы повторного использования отдельных компонентов, из которых состоит материал. [5] Значительная часть композитных материалов становится отходами, поскольку самолеты снимаются с эксплуатации и разбираются. [2]
.jpg/1280px-IL-86_RA-86095_Scissor_cockpit._(3121102935).jpg)
Процесс переработки должен гарантировать, что в переработанных компонентах самолета будет мало металлических примесей . [3] Поскольку переработанные компоненты должны соответствовать требуемым спецификациям при внедрении в другие самолеты, переработанные компоненты (особенно металлические сплавы ) должны быть правильно организованы для обеспечения успешной переработки. [3] Сначала самолет транспортируется в центр переработки самолетов, где он разбирается. [3] Условия пустыни идеально подходят для хранения, поскольку для поддержания состояния самолета требуется низкая влажность. [22] Из самолета сливают топливо, моют для удаления едкой соли и смазывают. [22]
Взрывные устройства из эвакуационных трапов удаляются, воздуховоды герметизируются и наносится защитный слой краски. [23] Неметаллические компоненты, не подлежащие переработке, выбрасываются, а основные части самолета демонтируются. [4] Компоненты сплавов организуются на основе их металлургического состава , а затем интегрируются по желанию в сплавы новых металлов. [4]
Сплавление включает в себя сбор металлолома с различными свойствами для повторной переплавки вместе 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 вторичные легирующие элементы обнаруживаются в количестве более 10% в стальном сплаве, свойства стали особенно ценны для переработки в самолеты. [24] Часто в разные компоненты самолета внедряют различные сплавы, что позволяет более четко разделить стали. [24]
Такие компоненты, как шасси, хвостовые части, закрылки, крылья и фюзеляжи, в основном состоят из сталей серий 2xxx или 7xxx и отделяются при разборке самолета. [25] Сиденья могут стоить до 5000 долларов, а шасси самолета можно продать за более чем 1 миллион долларов. [16] Кабели, батареи и другие электронные отходы отправляются в обычные цепочки переработки. [16] Поскольку пластиковые компоненты интерьера часто содержат огнестойкие химикаты, они не подлежат переработке. [16] Несмотря на то, что переработанный металл не соответствует очень высоким требованиям к сплавам по таким свойствам, как прочность , переработанный металл компонентов все равно может быть включен в плавильный запас: запас различных металлов, которые затем сплавляются вместе. [25]
Перед тем, как переработанный металл будет введен в металлические заготовки для легирования, иногда требуется дополнительная обработка для удаления загрязняющих веществ . [26] Элементарный остаток является серьезной проблемой при рассмотрении переработки авиационной стали, поскольку его нельзя безопасно вводить в повторно используемые стали. [26] Хотя пластик часто не поддавался переработке из-за использования огнестойких химикатов, разрабатываются новые методы для эффективной переработки этих пластиков. [27] Оллред и Салас (2005) провели исследование в 2005 году по процессу каталитической конверсии при низких температурах для преобразования резины , термореактивных материалов и термопластиков в пригодные для использования побочные углеводородные 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, которые составляют корпус самолета, требуется измельчение, прежде чем полученные металлические отходы можно будет ввести в плавильную заготовку. [26]
Углеродные волокна являются одними из самых распространенных неметаллических материалов, перерабатываемых из самолетов. [27] Переработанные углеродные волокна не подвергаются никакой механической деградации и, следовательно, могут быть армированы в пластики, полимеры или стекло для формирования композитных материалов . [27] Переработанное волокно можно разрезать на куски определенной длины перед интеграцией в эти материалы: обеспечивая большую гибкость в соответствии со спецификациями повторного использования. [27]
Авиалайнер можно разобрать на 1500–2000 частей (около 1000 LRU ) за 30–60 дней, включая двигатели, шасси, вспомогательные силовые установки и компоненты, но его можно поставить на стоянку на год или два, чтобы максимально увеличить сбор деталей. [28] Металлический самолет можно перерабатывать до 85–90% по массе, и его можно обслуживать для композитных планеров, поскольку отрасль адаптируется к растущему рынку углеродного волокна. [28]
.jpg/1280px-N951AR_McDonnell_Douglas_MD-11F_Skylease_Cargo_(8754546592).jpg)
Лизингодатель 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 переработку самолетов. Самолеты, которые были припаркованы в течение трех лет, имеют 50% вероятность быть повторно развернутыми для полета и 20% вероятность после пяти лет хранения. [11] Несмотря на то, что мировая статистика реактивного транспорта, как ожидается, удвоится в течение следующих 20 лет (по состоянию на 2013 год) с 43 000 новых поставок и 16 000 списаний, прогнозируемых до 2037 года, общее количество самолетов на хранении, как ожидается, останется постоянным в течение этого времени. [11]
Пик списания самолетов пришелся на 2013 год, когда было списано в общей сложности 700 самолетов. [9] Высокий спрос на самолеты в 2013-2016 годах привел к снижению ежегодного списания примерно до 500 самолетов. [29] Списание составило 505 самолетов в 2018 году, увеличилось до 2200 самолетов в 2020 году и составило 3900 самолетов в 2022 году, согласно прогнозу компании Jefferies. [29]
Отрасли по разборке и переработке самолетов отвечают за годовой рынок продаж деталей для самолетов стоимостью 2 миллиарда долларов. [1] По оценкам, ежегодно разбирается примерно 400-450 самолетов, и считается, что в период с 2009 по 2029 год будет списано 12 500 самолетов. [1] Большинство списанных самолетов, предназначенных для переработки, можно найти на авиабазе Дэвис-Монтан в Тусоне, штат Аризона. [30] Дэвис-Монтан отвечает за хранение не менее 4400 списанных самолетов. [30] Его сосед, аэрокосмический порт Мохаве , хранит свыше 1000 гражданских самолетов. [30] Существует несколько международных платформ, которые вносят свой вклад в сектор переработки самолетов, которые 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]
В публикации 2019 года показано, что большинство самолетов, находящихся под юрисдикцией Airbus, представляют собой небольшие узкофюзеляжные самолеты, в то время как широкофюзеляжные самолеты составляют лишь 31% от общего списанного парка Airbus. [31] Флот состоит на 58% из узкофюзеляжных самолетов серии Boeing , на 29% из McDonnell Douglas MD-80 и на 12% из Airbus A340 . [31] Самолеты серии Boeing 777 составляют 40% от широкофюзеляжных самолетов. [31] По мере роста популярности коммерческих полетов и использования самолетов фаза вывода из эксплуатации самолета становится длиннее, а спрос на переработанные компоненты растет. [31] Такая тенденция повышает рыночную цену на переработанные компоненты и увеличивает прибыль, которую может получить отрасль по переработке самолетов. [31]
AFRA (Aircraft Fleet Recycling Association) — единственная организация с крупнейшей долей в отрасли 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 оценивается от 1 до 3 миллионов долларов в деталях, при этом почти 80% стоимости приходится на двигатель самолета. [20] Другие детали, такие как вспомогательная силовая установка и шасси, либо повторно сертифицируются и продаются как бывшие в употреблении, либо повторно используются авиакомпанией в качестве запасных частей. [20] Оставшиеся детали, изготовленные из неметаллических материалов, включая пластик и ткани, отправляются в центры переработки. [20]
Поскольку новые самолеты, такие как Boeing 787 Dreamliner , состоят почти на 50% из композитов, были разработаны методы переработки этих материалов с помощью механической переработки, процесса псевдоожиженного слоя, пиролиза или сольволиза. [20] Механическая переработка включает измельчение композитов и использование их в качестве наполнителя для других низкосортных применений, однако это ограничивается композитами из стекловолокна, такими как стекловолокно. [20] Процесс псевдоожиженного слоя сжигает композитные материалы и использует тепло для выработки электроэнергии. [20] Матрица композита также сжигается, оставляя только чистые волокна, которые можно извлечь из системы. [20] Этот процесс переработки способен отделять металлы от углеродного волокна, а также справляться со смешанными композитными материалами; однако для этого процесса требуется большое количество горячего воздуха, и это 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 процесса образуется диоксид углерода или метан. [20] Пиролиз также может использоваться для создания топлива из композитов, которое может сжигаться 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 критических компонентах из-за сложности повторного плетения переработанных волокон и уменьшения длины волокна, что обычно происходит во время переработки. [20]
Детали, которые не могут быть напрямую переработаны, могут быть повторно использованы или переработаны в произведения искусства, одежду или мебель. [1] Например, компания SkyArt берет композитные и смешанные пластики, которые обычно оказываются на свалке, и перерабатывает их в авиасимуляторы и другую мебель. [1]
Переработка деталей из самолетов требует меньше энергии, чем производство первичных деталей, поскольку производственные процессы для 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 чистого алюминия (не переработанного). [33]
Однако при переработке композитов этот процесс должен осуществляться с должной осторожностью, чтобы избежать проблем с экологией и безопасностью. [1] Некоторые композиты могут быть классифицированы как опасные отходы в зависимости от химических веществ, которые их покрывают, таких как шестивалентный хром , поэтому при переработке этих материалов необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности. [1] Кроме того, если композит представляет собой углеродное волокно , необходимо соблюдать меры предосторожности при плавлении материала для переработки, чтобы избежать высвобождения электропроводящих волокон, которые могут вызывать 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 проблемой рассредоточения центров переработки и затрат, связанных с транспортировкой переработанных металлов из отдаленных мест. [7] Изменения рыночной цены на переработанный алюминий также влияют на прибыльность предприятий по переработке. [7]
Извлечение алюминия из самолетов затруднено, поскольку авиационные соединения обычно содержат относительно большое количество смешанных металлических сплавов, а для новых самолетов 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 для переработки алюминия для самолетов является отсутствие автоматизации в процессе переработки. [6] Безопасное обращение с опасными материалами при переработке самолетов создает дополнительные эксплуатационные проблемы. [7] Опасные материалы чаще встречаются в старых самолетах, которые могут содержать такие вещества, как асбест , шестивалентный хром (содержится в грунтовке для краски) и галон 1301 (содержится в огнетушителях). [7] Присутствие лития с алюминием, обнаруженное в некоторых авиационных сплавах, опасно, поскольку он может взорваться при переплавке алюминиевого лома. [7]
Основными проблемами переработки композитных материалов являются высокая стоимость, недостатки физических свойств переработанных композитов и отсутствие спроса на переработанные композиты. [5] Углеродное волокно — это композитный материал, который в настоящее время не подвергается широкой переработке. [28] При существующих процессах сложно сортировать композитные материалы до того, как может произойти переработка. [20] Это особенно касается металла, который переплетается в композитных деталях. [20] Переработанное углеродное волокно, как правило, не превращается в последующие продукты из углеродного волокна, а вместо этого используется в таких областях, как дешевый наполнитель. [28]
Специальная разборка планера Boeing 777 от крыльев до хвоста