Το πρωτότυπο Alice του Eviation. Ian Langsdon / EPA

Η βρετανική κυβέρνηση σκοπεύει να απαγορεύσει την πώληση νέων συμβατικών αυτοκινήτων βενζίνης και ντίζελ από 2040. Είναι σαφές ότι το σχέδιο είναι για όλους τους πολίτες να οδηγούν ηλεκτρικά ή υβριδικά-ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ή - ακόμα καλύτερα - ποδήλατα. Μπορεί όμως η ηλεκτροδότηση να συμβάλει στη μείωση των εκπομπών από αυτήν την άλλη μορφή μεταφοράς επιβατών με υψηλή ένταση άνθρακα;

Αυτή είναι μια περίπλοκη ερώτηση και που έχει σημασία το μέγεθος. Είναι πιθανό τα μικρά αεροσκάφη να τροφοδοτούνται με ηλεκτρικό ρεύμα. Στην πραγματικότητα, πολλές εταιρείες αναπτύσσουν ήδη μικρά ηλεκτρικά αεροσκάφη και θα μπορούσαν να κυκλοφορήσουν στην αγορά τα επόμενα χρόνια.

Αλλά για τα μεγάλα αεροσκάφη που χρησιμοποιούμε πιο συχνά, είναι απίθανο να συμβεί σύντομα. Το πρόβλημα δεν είναι η τεχνολογία πρόωσης αλλά η αποθήκευση ενέργειας. Το καύσιμο τζετ περιέχει περίπου 30 φορές περισσότερη ενέργεια ανά χιλιόγραμμο από την πιο προηγμένη μπαταρία ιόντων λιθίου που διατίθεται σήμερα.

Το μεγαλύτερο επιβατικό αεροπλάνο στον κόσμο, το Airbus A380, μπορεί να πετάξει 600 επιβάτες 15,000 χιλιόμετρα σε μία μόνο πτήση. Όμως, σύμφωνα με τους υπολογισμούς μου, με μπαταρίες μπορούσε να πετάξει λίγο περισσότερο από 1,000 χιλιόμετρα. Ακόμα κι αν όλοι οι επιβάτες και το φορτίο αντικαταστάθηκαν με μπαταρίες, η εμβέλεια θα ήταν ακόμη μικρότερη από 2,000 χιλιόμετρα. Για να διατηρήσει την τρέχουσα εμβέλειά του, το αεροπλάνο θα χρειαζόταν μπαταρίες που ζυγίζουν 30 φορές περισσότερο από την τρέχουσα πρόσληψη καυσίμου, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα βγει ποτέ από το έδαφος.

Αυτή η αντιστάθμιση είναι ιδιαίτερα κακή για τις πτήσεις μεγάλων αποστάσεων, επειδή το καύσιμο αποτελεί το ήμισυ του βάρους του αεροσκάφους κατά την απογείωση. Επιπλέον, ένα συμβατικό αεροπλάνο γίνεται ελαφρύτερο καθώς καταναλώνεται καύσιμο, αλλά ένα ηλεκτρικό αεροσκάφος θα πρέπει να φέρει το ίδιο βάρος μπαταρίας για ολόκληρη την πτήση. Όπως είπα, το μέγεθος έχει σημασία.

Για ένα ελαφρύ αεροσκάφος πέντε έως δέκα θέσεων, το καύσιμο είναι πιθανό να αντιστοιχεί στο 10% έως 20% του βάρους του αεροσκάφους. Η απλή εναλλαγή του καυσίμου για τις μπαταρίες μπορεί να μειώσει ακόμη την απόσταση που μπορεί να πετάξει το αεροπλάνο με μη πρακτική ποσότητα. Αλλά η αντικατάσταση δύο ή τριών επιβατών με πρόσθετες μπαταρίες θα έδινε εύρος από 500 χιλιόμετρα έως 750 χιλιόμετρα, σε σύγκριση με ένα εύρος καυσίμου άνω των 1,000 χιλιομέτρων.

Πρώτο εμπορικό μοντέλο

Ωστόσο, θα μπορούσε να υπάρξει μια άλλη επιλογή. Ισραηλινή εταιρεία Η αεροπορία πρόσφατα αποκάλυψε μια πρωτότυπη έκδοση αυτού που ισχυρίζεται ότι θα είναι το πρώτο εμπορικό ηλεκτρικό επιβατικό αεροσκάφος στον κόσμο. Το αεροσκάφος, με την ονομασία Alice, δεν ανταλλάσσει απλώς καύσιμο jet για μπαταρίες, αλλά είναι μια εντελώς νέα σχεδιαστική ιδέα που βελτιώνει τον τρόπο ενσωμάτωσης του συστήματος πρόωσης στο πλαίσιο. Μεταφέροντας εννέα επιβάτες με απόσταση 1,000 χιλιομέτρων, η Άλις αναμένεται να τεθεί σε υπηρεσία το 2022.

Η Αλίκη μπορεί να είναι μια πρακτική εναλλακτική λύση για μικρά, περιφερειακά ταξίδια αλλά όχι για τις περισσότερες προγραμματισμένες πτήσεις επιβατών, ακόμη και για μικρές αποστάσεις. Πώς μπορεί λοιπόν να βοηθήσει η ηλεκτροδότηση εδώ; Η βελτίωση της τεχνολογίας της μπαταρίας είναι μία επιλογή. Μια νέα τεχνολογία γνωστή ως μπαταρίες λιθίου-αέρα μπορεί θεωρητικά να φτάσει την ίδια ενεργειακή πυκνότητα με τα καύσιμα jet. Ωστόσο, βρίσκονται ακόμη στο εργαστηριακό στάδιο. Δεδομένης της εξαιρετικά ευαίσθητης φύσης της αεροπορικής βιομηχανίας, είναι απίθανο να προγραμματιστούν μελλοντικά αεροσκάφη με μη αποδεδειγμένη τεχνολογία.

Αυτό που είναι πιο πιθανό να δούμε για πτήσεις μικρών αποστάσεων τα επόμενα 20 έως 30 χρόνια είναι υβριδικά αεροσκάφη που συνδυάζουν τους τρέχοντες κινητήρες turbofan με νέα ηλεκτρικά συστήματα προωστήρων. Αυτό το πιο ευέλικτο υβριδικό σύστημα θα μπορούσε να βελτιστοποιηθεί για να παρέχει την υψηλή ώθηση που απαιτείται για την απογείωση και την ενεργειακή πυκνότητα που απαιτείται για μια μακρά κρουαζιέρα.

Το υβριδικό E-Fan X. Airbus

Αυτή είναι μια περιοχή που ασκείται ενεργά στο E-FanX έργο, στο οποίο συμμετέχουν οι Airbus, Rolls-Royce και Siemens για την ανάπτυξη ενός υβριδικού ηλεκτρικού συστήματος επίδειξης πτήσης. Χρησιμοποιώντας ένα αεροσκάφος BAe 146, το οποίο συνήθως μεταφέρει περίπου 100 επιβάτες, σκοπεύουν να αντικαταστήσουν έναν από τους τέσσερις κινητήρες turbofan Honeywell του αεροσκάφους με έναν προωστήρα ανεμιστήρα που κινείται από έναν ηλεκτροκινητήρα δύο μεγαβάτ.

Στις αρχικές φάσεις του έργου, ο ηλεκτρισμός θα προμηθεύεται πραγματικά από έναν αεριοστρόβιλο Rolls-Royce AE2100 που στεγάζεται στην άτρακτο του αεροσκάφους (κύριο σώμα). Αλλά το E-FanX θα εξακολουθεί να είναι ένα σημαντικό βήμα στην εξέλιξη της υβριδικής ηλεκτρικής τεχνολογίας. Η Airbus λέει θέλει να καταστήσει αυτήν την τεχνολογία διαθέσιμη για αεροσκάφη 100 θέσεων έως το 2030.

Είναι επίσης δυνατό να εξοπλιστεί ένα αεροπλάνο με πολλούς μικρούς ηλεκτρικούς προωστήρες σε ένα λεγόμενο σύστημα κατανεμημένης πρόωσης που είναι πιο αποτελεσματικό από τα παραδοσιακά σχέδια που χρησιμοποιούν δύο μεγάλα turbofans. Αυτή η ιδέα μπορεί να προωθηθεί περαιτέρω συνδυάζοντας την ξεχωριστή άτρακτο και τα φτερά σε ένα ενιαίο "ανάμεικτο φτερό-σώμα", Πιο αποτελεσματικά, η ενσωμάτωση των προωστήρων με το πλαίσιο αέρα σε πιο αεροδυναμική σχεδίαση. Αυτό θα μπορούσε να μειώσει την ποσότητα ενέργειας που θα χρειαζόταν το αεροσκάφος κατά 20%.

Αλλά καμία από τις δύο κύριες κατασκευές αεροσκαφών στον κόσμο, η Boeing και η Airbus, δεν επιδιώκουν ενεργά την τεχνολογία συνδυασμένων πτερυγίων. Μια τέτοια μεγάλη αλλαγή σχεδιασμού έχει πάρα πολλές τεχνικές προκλήσεις για να γίνει εμπορικά βιώσιμο τώρα αμέσως. Για παράδειγμα, τα περισσότερα αεροδρόμια δεν θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν αεροσκάφη μικτής πτέρυγας.

Δεν υπάρχει εναλλακτική λύση

Δυστυχώς, για τον τύπο πτήσεων οι περισσότεροι από εμάς κάνουν προς το παρόν δεν υπάρχει πρακτική εναλλακτική λύση για τα turbofans που τροφοδοτούνται με τζετ. Για το λόγο αυτό, οι κύριοι κατασκευαστές κινητήρων αεροσκαφών επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στη βελτίωση της τρέχουσας τεχνολογίας κινητήρων. Η Διεθνής Ένωση Αεροπορικών Μεταφορών εκτιμά ότι κάθε νέα γενιά αεροσκαφών έχει κατά μέσο όρο 20% αποδοτικότερη κατανάλωση καυσίμου από το μοντέλο που αντικαθιστά και ότι οι αεροπορικές εταιρείες θα επενδύσουν 1.3 τρισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ σε νέα αεροπλάνα την επόμενη δεκαετία.

Για παράδειγμα, ο πιο πρόσφατος κινητήρας της Rolls-Royce, η Trent XWB που τροφοδοτεί το νέο Airbus A350, διατίθεται στην αγορά ως «ο πιο αποδοτικός μεγάλος αεροκινητήρας στον κόσμο». Η Airbus ισχυρίζεται ότι ο κινητήρας θα βοηθήσει το A350 να επιτύχει «25% χαμηλότερο κόστος λειτουργίας, καύση καυσίμου και CO; εκπομπών σε σύγκριση με αεροσκάφη προηγούμενης γενιάς».

Η επόμενη γενιά κινητήρα Rolls-Royce, η UltraFan ™, θα προσφέρει περαιτέρω μείωση 20% έως 25% στην κατανάλωση καυσίμου και στο CO; εκπομπών και πρόκειται να τεθεί σε λειτουργία το 2025.

Αξίζει όμως να θυμηθούμε ότι οι αερομεταφορές συμβάλλουν επί του παρόντος μόνο 2% έως 3% του παγκόσμιου CO30; εκπομπών. Αυτό συγκρίνεται με περίπου 35% έως 30% για ολόκληρο τον τομέα των μεταφορών και άλλο 35% έως XNUMX% για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο αριθμός των επιβατών αέρα είναι αναμένεται να διπλασιαστεί τις επόμενες δύο δεκαετίες, αλλά και οι συνολικές εκπομπές, έτσι είναι απίθανο να καταστεί η αεροπορία μεγαλύτερο μέρος του προβλήματος. Η μείωση των αεροπορικών εκπομπών κατά 20% ανά γενιά αεροσκαφών πιθανότατα να μην αποτελεί βιώσιμη βελτίωση. Αλλά αν τα υβριδικά αεροσκάφη γίνουν πραγματικότητα, τότε η πτήση θα μπορούσε πραγματικά να συμβάλει ακόμη περισσότερο στις συνολικές εκπομπές από ότι είναι σήμερα.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Duncan Walker, Ανώτερος Λέκτορας Εφαρμοσμένης Αεροδυναμικής, Πανεπιστήμιο Loughborough

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.