Simulator helpt luchtvervuiling in vliegtuigcabines te karakteriseren

Motor- of hydraulische olie komt soms via de afgetapte lucht in de vliegtuigcabine terecht. Dit noemt men een ‘rookgebeurtenis’. Tijdens een vlucht is het niet mogelijk vast te stellen of deze luchtvervuiling de luchtkwaliteit aan boord negatief beïnvloedt. Daar hebben onderzoekers nu iets op gevonden.

Met behulp van de Bleed Air Contamination Simulator, kortweg BACS, kunnen onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Building Physics (IBP) kunstmatig luchtvervuiling of rookgebeurtenissen op de grond simuleren. Dit doen ze door de lucht in de testfaciliteit opzettelijk te verontreinigen met oliën en ontdooimiddelen. Hierna analyseren ze de verontreinigde lucht. Op basis van de resultaten is het mogelijk conclusies te trekken over mogelijke gezondheidsrisico’s.

Luchtvervuiling

De meeste vliegtuigen ontluchten rechtstreeks de motor om de passagierscabine van lucht te voorzien en op druk te brengen. Onder ongunstige en zeldzame omstandigheden bevat deze ontluchtingslucht motor- en hydraulische olie of ontdooimiddelen die de vliegtuigcabine kunnen binnendringen. Ze kunnen de kwaliteit van de cabinelucht aantasten en ongewone geuren veroorzaken. Dit staat bekend als rook- en stankoverlast. Welke hoeveelheden afbraakproducten hopen zich op in de cabinelucht? Welke maatregelen kunnen worden genomen om mogelijke gezondheidsrisico’s te minimaliseren? Dit is nog niet opgehelderd. De zeldzame rookgebeurtenissen zijn onvoorspelbaar, dus het is niet mogelijk om geassocieerde verontreinigende stoffen in de cabinelucht op regelmatige vluchten te identificeren en te kwantificeren.

Simuleren

Onderzoekers van Fraunhofer IBP onderzoeken of cabinelucht die vervuild is met motorolie de gezondheid van cabinepersoneel en passagiers kan schaden. Ze gaan ook na hoe dit kan worden voorkomen en hoe risico’s op tijd kunnen worden gedetecteerd om actie te ondernemen. Met hun Bleed Air Contamination Simulator (BACS) kunnen ze druk- en temperatuuromstandigheden in de luchttoevoer simuleren en de lucht opzettelijk vervuilen met olie en ontdooiingsvloeistoffen. Bepaalde hoeveelheden motorolie worden toegevoegd aan hete perslucht om de afbraakprocessen die plaatsvinden in aftaplucht na te bootsen. Dit maakt een gedetailleerde analyse mogelijk van de producten van deze reacties, die de cabine en cockpit kunnen binnendringen als de omstandigheden ongunstig zijn.

Rookgebeurtenissen zijn zeldzaam

“Rookgebeurtenissen zijn zeldzaam en onverwacht, dus ze kunnen niet worden vastgelegd met een vooraf bepaald aantal testvluchten. Met onze testunit kunnen we deze belangrijke onderzoeken op de grond uitvoeren en zo vaak als gewenst herhalen. Dat bespaart vliegtuigbrandstof en voorkomt onnodige emissies en kosten,” zegt Dr. Christian Scherer, hoofd van de afdeling Milieu, Hygiëne en Sensortechnologie bij Fraunhofer IBP. De simulator is 20 meter lang, 2 meter breed en 2 meter hoog. Er zijn 40 aansluitingen waar monsters kunnen worden genomen voor online analyse en laboratoriumtests. Het luchtdebiet is maximaal 300 kg/u, een vijfde van het luchtdebiet in een langeafstandsvliegtuig.

Effecten van luchtvervuiling

“Tot nu toe hebben onze tests het vermoeden niet bevestigd dat stoffen die ontstaan bij de afbraak van motorolie, waaronder organische zuren zoals valeriaanzuur en sporen van organofosfaten zoals tricresylfosfaat, neurotoxische effecten zouden kunnen hebben,” zegt Dr. Florian Mayer, een collega van Scherer. De hoeveelheden PM10- en PM2,5-deeltjes die worden gegenereerd zijn ook verwaarloosbaar. Er is echter een sterke toename van ultrafijne deeltjes met een diameter van minder dan 0,1 µm. De onderzoekers hebben ook geen toename van CO of CO2 gevonden. Gedetailleerde resultaten laten echter nog op zich wachten. Ze worden ergens in 2025 verwacht.

Een unieke testunit

Om de analyses uit te voeren, wordt omgevingslucht eerst in een compressor gezogen. Een luchtverwarmer verwarmt de lucht tot een temperatuur van wel 590 °C, afhankelijk van de vereisten. Vervolgens worden verschillende concentraties vloeibare verontreinigingen in de hete lucht gevoerd, die tot wel 8 bar is samengeperst. Zodra het mengsel van olie en lucht door een mixer is gegaan, is gedecomprimeerd tot 3 bar en is afgekoeld in de eerste van twee warmtewisselaars, kunnen de onderzoekers de eerste monsters nemen. De lucht stroomt dan naar de tweede warmtewisselaar, waar het nog verder wordt afgekoeld en gedecomprimeerd tot omgevingscondities totdat de lucht op kamertemperatuur is. In dit stadium kunnen monsters worden genomen, bijvoorbeeld voor zwevende deeltjes (PM). Een 300-liter vat aan het einde van de lijn simuleert de vliegtuigcabine.

Breed toepassingsgebied

“Ons systeem is uniek in zijn soort en heeft een breed toepassingsgebied. We simuleren niet alleen de afbraak van bedrijfsvloeistoffen in vliegtuigen. In plaats daarvan biedt de simulator ons en potentiële klanten een manier om de effectiviteit te testen van verschillende luchtbehandelingstechnologieën die in vliegtuigen worden gebruikt,” zegt Scherer. De vervuilde lucht kan ook worden gebruikt om de effectiviteit van luchtzuiveringssystemen zoals filters, katalysatoren en converters te bestuderen. Sensoren kunnen bovendien worden bestudeerd om te zien hoe goed ze reageren op de verontreinigende stoffen. “Onze metingen zijn nauwkeurig en benaderen de werkelijkheid, zoals we op verschillende manieren hebben aangetoond,” zegt Mayer.

Openingsfoto: Dr. Florian Mayer bereidt zich voor op het uitvoeren van metingen op de Bleed Air Contamination Simulator ( foto: Fraunhofer IBP)

Lees ook: Additive manufacturing kan lucht- en ruimtevaart groener maken