Eviationin Alice-prototyyppi. Ian Langsdon / EPA

Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus aikoo kieltää uusien tavanomaisten bensiini- ja dieselautojen myynnin by 2040. Suunnitelma on selvästi, että kaikki kansalaiset ajavat sähkö- tai hybridi-sähköautoja tai - mikä vielä parempaa - polkupyöriä. Mutta voiko sähköistys auttaa vähentämään päästöjä tästä muusta lentoliikenteen matkustajaliikenteen hiili-intensiivisestä muodosta?

Tämä on monimutkainen kysymys, jossa koko on tärkeä. Pienillä lentokoneilla on mahdollisuus saada sähköä. Itse asiassa useat yritykset kehittävät jo pieniä sähkölentokoneita, ja ne voisivat tulla markkinoille niiden sisällä seuraavien vuosien aikana.

Mutta suurten lentokoneiden kanssa, joita me kaikki käytämme useammin, on epätodennäköistä, että tapahtuu milloin tahansa pian. Ongelma ei ole käyttövoiman tekniikka, vaan energian varastointi. Suihkukonepolttoaine sisältää noin 30 kertaa enemmän energiaa kilogrammaa kohti kuin nykyään edistynein litium-ioniakku.

Maailman suurin matkustajakone Airbus A380 voi lentää 600-matkustajia 15,000-kilometrejä yhdellä lennolla. Mutta laskelmieni mukaan paristoilla se voisi lentää vain vähän yli 1,000 kilometriä. Vaikka kaikki matkustajat ja rahti vaihdetaan paristoihin, etäisyys olisi silti vähemmän kuin 2,000 kilometriä. Nykyisen alueensa pitämiseksi lentokoneessa tarvitaan akkuja, jotka painavat 30 kertaa enemmän kuin sen nykyinen polttoaineen saanti, eli se ei koskaan nouse maasta.

Tämä vaihto on erityisen huono kaukoliikenteessä, koska polttoaine on puolet lentokoneen painosta noustessa. Lisäksi tavanomainen lentokone muuttuu kevyemmäksi polttoaineen kulutuksen myötä, mutta sähkölentokoneessa tulisi olla sama akun paino koko lennon ajan. Kuten totesin, koko on tärkeä.

Viidestä kymmeneen paikkaiseen kevyeen ilma-alukseen polttoaine on todennäköisesti 10% - 20% ilma-aluksen painosta. Pelkkä polttoaineen vaihtaminen paristoihin saattaa silti vähentää lentokoneen etäisyyttä epäkäytännöllisellä määrällä. Mutta kahden tai kolmen matkustajan korvaaminen lisäakkuilla antaisi 500 kilometrien - 750 kilometrien etäisyyden, verrattuna polttoainekäyttöiseen etäisyyteen, joka on yli 1,000km.

Ensimmäinen kaupallinen malli

Voi kuitenkin olla toinen vaihtoehto. Israelin yritys Eviation äskettäin paljasti prototyyppiversion, jonka mukaan se on maailman ensimmäinen kaupallinen sähkökäyttöinen matkustajalentokone. Alice -niminen ilma-alus ei vain vaihda lentopetrolia paristoihin, vaan se on kokonaan uusi suunnittelukonsepti, joka parantaa tapaa, jolla käyttövoimajärjestelmä integroidaan runkoon. Yhdeksän matkustajaa, joiden kantama on 1,000 km, Alice odotetaan aloittavan liikenteen 2022.

Alice voi olla käytännöllinen vaihtoehto pienille, alueellisille matkoille, mutta ei useimmille säännöllisille, jopa lyhyen matkan matkustajalennoille. Joten miten sähköistys voi auttaa tässä? Akkutekniikan parantaminen on yksi vaihtoehto. Uusi tekniikka, joka tunnetaan nimellä litium-akut voi teoriassa saavuttaa saman energiatiheyden kuin lentopetroli. Ne ovat kuitenkin vielä laboratoriovaiheessa. Koska ilmailuala on erittäin tietoinen turvallisuudesta, on epätodennäköistä, että tulevaisuuden ilma-aluksia suunnitellaan todistamattomalla tekniikalla.

Se mitä todennäköisemmin näemme lyhyen matkan lennoilla seuraavien 20 – 30-vuosien aikana, ovat hybridi-ilma-alukset, joissa yhdistyvät nykyiset turboahtimoottorit uusiin sähkökäyttöisiin järjestelmiin. Tämä joustavampi hybridijärjestelmä voitaisiin optimoida tarjoamaan nousulle vaadittava korkea työntövoima ja pitkään risteilyyn tarvittava energiatiheys.

Hybridi E-Fan X. Lentobussi

Tätä alaa harjoitetaan aktiivisesti E-FanX projekti, johon osallistuvat Airbus, Rolls-Royce ja Siemens ryhtymään kehittämään hybridi-sähkökäyttöinen lentodemonstraattori. He käyttävät BAe 146 -konetta, joka kuljettaa yleensä noin 100-matkustajia, ja he suunnittelevat korvaamaan yhden ilma-aluksen neljästä Honeywell-turboahtimoottorista moottorilla, joka on kahden megawatin sähkömoottorin ohjaama.

Hankkeen alkuvaiheissa sähköä todella toimittaa Rolls-Royce AE2100-kaasuturbiini, joka sijaitsee ilma-aluksen rungossa (päärunko). Mutta E-FanX on silti tärkeä askel hybridi-sähkötekniikan kehityksessä. Airbus sanoo se haluaa saattaa tämän tekniikan saataville 100-paikkaisille lentokoneille 2030: ien toimesta.

On myös mahdollista varustaa taso useilla pienillä sähköisillä potkurilla ns. Hajautetussa käyttöjärjestelmässä, joka on tehokkaampi kuin perinteiset mallit, joissa käytetään kahta suurta turboahturia. Tätä ajatusta voidaan viedä eteenpäin yhdistämällä erillinen runko ja siipi yhdeksi “sekoitettu-siipi-runko”, Integroimalla potkurit tehokkaammin runkoon aerodynaamisemmassa muodossa. Tämä voisi vähentää lentokoneiden tarvitsemaa energiamäärää 20%.

Mutta kumpikaan maailman kahdesta pääkonttorivalmistajasta, Boeing ja Airbus, eivät harjoita aktiivisesti sekoitettua siipitekniikkaa. Tällaisella suurella suunnittelumuutoksella on liian monia teknisiä haasteita tehdä siitä kaupallisesti kannattavaa juuri nyt. Esimerkiksi useimmat lentokentät eivät voisi majoittaa sekoitettuja siipikoneita.

Ei vaihtoehtoa

Valitettavasti useimmille meistä suoritettaville lennoille ei tällä hetkellä ole käytännöllistä vaihtoehtoa suihkukäyttöisille turboahtimille. Tästä syystä tärkeimmät lentokoneiden moottorivalmistajat investoivat voimakkaasti nykyisen moottoriteknologiansa parantamiseen. Kansainvälinen lentoliikenneyhdistys arvioi sen Jokainen uuden sukupolven lentokone on keskimäärin 20% polttoainetaloudellisempaa kuin korvaava malli, ja että lentoyhtiöt sijoittavat seuraavan vuosikymmenen aikana 1.3 triljoonaa dollaria uusiin lentokoneisiin.

Esimerkiksi Rolls-Roycen viimeisin moottori Trent XWB se valtaa uutta Airbus A350, markkinoidaan "maailman tehokkaimpana suurena lentokoneena". Airbus väittää, että moottori auttaa A350:tä saavuttamaan "25 % pienemmät käyttökustannukset, polttoaineenkulutus ja CO? päästöt verrattuna edellisen sukupolven lentokoneisiin”.

Seuraavan sukupolven Rolls-Royce-moottori, UltraFanTM, alentaako polttoaineenkulutusta ja hiilidioksidipäästöjä vielä 20–25 prosenttia? päästöjä ja sen on määrä ottaa käyttöön vuonna 2025.

Mutta kannattaa muistaa, että lentoliikenteen osuus maailman hiilidioksidipäästöistä on tällä hetkellä vain 2–3 prosenttia? päästöt. Tämä on noin 30–35 prosenttia koko liikennesektorilla ja vielä 30–35 prosenttia sähköntuotannossa.

Lentomatkustajien määrä on odotetaan kaksinkertaistuvan seuraavien kahden vuosikymmenen aikana, mutta niin ovat myös kokonaispäästöt, joten tämä ei todennäköisesti tee ilmailua suuremmaksi osaksi ongelmaa. Ilmailupäästöjen vähentäminen 20 prosentilla lentokoneiden sukupolvea kohti ei todennäköisesti ole kestävä parannus. Mutta jos hybridi-ilma-aluksista tehdään totta, lentämisestä voi todellakin tulla vielä vähemmän kokonaispäästöjä aiheuttava tekijä kuin nykyään.

Author

Duncan Walker, soveltavan aerodynamiikan vanhempi luennoitsija, Loughborough University

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.