Studiet undersøger kommercielle hybrid-elektriske fly, reducerede kulstofemissioner

Selvom vi stadig er langt fra kommercielle fly drevet af en kombination af fossilt brændstof og batterier, en nylig gennemførlighedsundersøgelse ved University of Illinois undersøgte brændstof-/batterikonfigurationer og energiens livscyklus for at lære de afvejninger, der er nødvendige for at opnå de største reduktioner i kuldioxidemissioner.

"I energiforsyningskæden er der en sætning, fra 'brønd til at vågne'. Det er, brændstofproduktionen begynder ved oliebrønden og slutter i kølvandet på flyet. Det er vigtigt at spore omkostninger og miljømæssige konsekvenser i hele denne livscyklus, fordi konsekvenserne for brændstof- og energiproduktion kan være væsentligt forskellige, afhængig af kilden. I dette studie, vi så på, hvordan teknologier skal forbedres for at gøre en hybridiseret konfiguration mulig, hvor gennemførligheden vurderes ud fra et behov for at opfylde et bestemt rækkeviddekrav og have en stor reduktion i kulstofemissioner. Nettokulstofemissionerne blev beregnet ud fra en kombination af brændstofforbrænding og kulstofpåvirkningen forbundet med genopladning af batterierne, " sagde Philip Ansell, adjunkt i Institut for Luft- og rumfartsteknik i College of Engineering ved U of I.

Ifølge Ansell, den anden del er blevet ignoreret.

"Du kan få en reduktion af brændstofforbrændingen, men hvis renheden af ​​det elektriske net, der bruges til at oplade batterisystemet, ikke er inkluderet, du går glip af en betydelig del af de samlede kulstofemissioner, " han sagde.

Undersøgelsen sammenlignede de relative producerede CO2-emissioner pr. kilowatt-time for hver enkelt stat i hele USA. Det inkluderer et kort over USA med værdier for, hvor meget kulstof der produceres pr. energienhed.

Men, at være kommercielt acceptabel, et hybrid-elektrisk fly skal være i stand til at transportere det samme antal passagerer og rejse de samme afstande, som nuværende fly med udelukkende fossilt brændstof gør, så undersøgelsen brugte parametrene for et fly med en enkelt gang, der kan transportere cirka 140 passagerer som model. De varierede parametrisk andelen af ​​kraft på tværs af drivakslen, der var elektrisk afledt, bruger konfigurationer, hvor 12,5 pct. 25 procent, eller 50 procent af den nødvendige strøm blev produceret af en elektrisk motor. Undersøgelsen overvejede ikke omkostninger i dollars, men derimod omkostningerne ved CO2-udledning - miljøomkostningerne.

Den mest mulige konfiguration fra modellen var et fremdriftssystem, der bruger en 50 procent elektrisk drivlinje og en batterispecifik energitæthed på 1, 000 watt-timer per kilogram. Denne konfiguration blev estimeret til at producere 49,6 procent mindre CO2-udledning i livscyklussen end et moderne konventionelt fly med en maksimal rækkevidde svarende til gennemsnittet af alle globale flyvninger, gør det til en levedygtig mulighed for miljømæssig ansvarlig luftfart. Imidlertid, nuværende batteriteknologier er ret langt fra at kunne opnå denne konfiguration. På trods af dette faktum, Ansell sagde, at forbedringer i batterier vil fortsætte med at give forbedringer i kapacitet.

"Naturligvis, de 12,5 procent er den mest tilgængelige konfiguration på kort sigt, der blev undersøgt, fordi vi skal bruge færre batteriteknologiske fremskridt for at nå dertil. Imidlertid, vi ser også en ikke-lineær sammenhæng mellem producerede CO2-emissioner og forbedringer i hybrid-elektriske fremdriftskoncepter, hvor de hurtigste proportionale reduktioner i kulstofemissioner produceres på tværs af kortsigtede forbedringer af teknologi, " sagde Ansell. "At opnå de teknologiske forbedringer for et 50 % hybridsystem har bestemt en meget lang tidsplan for at komme på markedet, med et langskud, fordi det er helt usikkert, om eller hvornår det niveau af energitæthed for batterier vil blive fremstillet. Men i det mindste i mellemtiden, selv små gevinster i komponentteknologier kan gøre en stor forskel."

Hvornår vil teknologien være i stand til at fremstille et batteri, der er let nok, men alligevel kraftigt nok til at flyve et kommercielt fly?

Ansell spekulerede, "Måske vil vi i løbet af de næste 10 år være i stand til at have et batteri, der er 400 til 600 watt-timer pr. kilogram. Hvis vi projicerer det ud, de niveauer, vi har brug for til større hybridiseringsfaktorer, eller endda fuldt elektriske kommercielle fly, kan være inden for rækkevidde inden for de næste 25 år."

Studiet, "Missionsanalyse og emissioner for konventionelle og hybrid-elektriske kommercielle transportfly, " blev forfattet af Gabrielle E. Wroblewski og Phillip J. Ansell. Det vises i Journal of Aircraft .