Flyvende biler kan reducere emissionerne, udskifte fly, og frigør veje – men ikke hurtigt nok

Da Chitty Chitty Bang Bang blev udgivet for 50 år siden, flyvende biler var en fantasiflyvning. Nu, disse futuristiske køretøjer er på vej ind i virkelighedens yderkanter. Ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i Nature, for nogle rejser kunne flyvende biler i sidste ende være grønnere end selv elektriske vejbiler, reducere emissioner og samtidig reducere trafikken på stadig mere befærdede veje.

Imidlertid, huller i den nødvendige teknologi og praktiske usikkerheder ud over bilernes lovende fysik betyder, at de måske ikke når frem i tide til at være en storstilet løsning på energikrisen og trængsel-om overhovedet.

Sådan får du en bil til at flyve

Det kan umiddelbart virke skørt, at en flyvende bil kunne være mere effektiv end en landevejsbil, især når konventionelle fly har et sådant ry som gasguzzlers. Men at flyve er ikke i sig selv ineffektivt – trods alt, fugle kan flyve mellem kontinenter uden at spise. Selvfølgelig, en lille, fire-personers bil er ikke en albatros, men det er heller ikke en Boeing 737.

Der er mange måder at få en bil til at flyve på, men de fleste er for problematiske til at komme fra jorden. Den måske mest lovende mulighed er den, der er taget i denne undersøgelse, baseret på fysikken i vertikale start og landing (VTOL) fly. De er ret fantastiske dyr.

Hvis du har hørt om VTOL, noget som en Harrier Jump Jet dukker sandsynligvis op i tankerne, med to enorme motorer, der styrer fremdrift, der kan vippes lodret eller vandret. Men disse meget mindre og lettere flyvende biler fungerer anderledes, med masser af bittesmå elektriske blæsere, der blæser luft fra mange steder. Denne hurtigt udviklende distribuerede elektriske fremdrivningsteknologi (DEP) er nøglen til effektivitet under cruising, og det skaber også muligheder for roligere start og svævning, da flere små støjkilder bedre kan håndteres.

Vinge- og propeldesign kan også optimeres til at være lange, tynd, og har masser af bevægelige overflader, ligesom fugle gør for at gøre deres flyvning effektiv. Formålet med alle disse tekniske forbedringer er at opnå maksimal løft for minimal modstand – den kraft, der modarbejder en genstands bevægelse gennem luften og bremser den. Et bedre løft-til-træk-forhold betyder lavere strømforbrug, og dermed lavere emissioner.

Disse energibesparende innovationer gør cruising til en leg-men de hjælper ikke meget med start, svævende, eller landing, som stadig er ineffektive. Så mens VTOL flyvende køretøjer stadig er levedygtige til korte rejser i byen og pizzaleveringer, de vil ikke løse energikrisen.

For 100 km rejser, elektriske flyvende køretøjer kunne være 35 % mere effektive end en benzindrevet bil – selvom, forudsat det samme antal passagerer, stadig mindre effektiv end en elektrisk vejbil. Imidlertid, det er rimeligt at antage, at flyvende biler primært vil tjene som taxatjenester i foruddefinerede luftkorridorer, og vil derfor sandsynligvis konstant transportere flere mennesker. Tager man dette i betragtning, for en 100 km rejse kunne flyvende bilers emissioner være 6 % mindre end for elektriske vejbiler.

Efterhånden som rejseafstanden øges, det samme gør effektivitetsgevinsten i forhold til stop-start vejbiler, som skal håndtere rullemodstand og mindre effektiv luftstrøm. Men desværre, range er akilleshælen til elektrisk luftfart. Undersøgelsen ser på en rækkevidde på op til omkring 200 km, og her kunne flyvende biler præstere godt. Men mens jetbrændstoffly kan tabe så meget som 70 % af deres vægt under flyvning (omend til en pris på 100 kg CO₂ pr. passager i timen), batterier bliver ikke lettere, når de aflades. Det betyder, at ud over 200 km eller deromkring, at bære batterier bliver en klar ulempe.

Den accepterede opfattelse er, at elektriske fly kun nogensinde vil være levedygtige for kortdistanceflyvninger. Det er energitætheden, der betyder noget, målt i watt-timer pr. kilogram. Lige nu, de bedste batterier giver omkring 250 W-t/kg, blot en skygge af flybrændstof og benzins 12, 000 W-h/kg. Batterier kunne krybe op til 800 W-t/kg i midten af ​​dette århundrede, at øge deres mulige rækkevidde til 700 miles - halvdelen af ​​alle globale flyvninger falder inden for denne afstand. Men uden mere dramatisk innovation inden for batteriteknologi, biobrændstoffer og flydende brændstof fra luftopsamling af CO₂ vil sandsynligvis skulle spille en væsentlig rolle i langdistanceflyvninger.

Problemer i praksis

Ved udelukkende at fokusere på flyvende bilers fysik, avisen styrer uden om en række praktiske forhold, der skal overvejes, før vi omfavner VTOL flyvende biler som en bæredygtig transportform for fremtiden. For eksempel, det er vigtigt at overveje kulstofomkostningerne ved produktionen, vedligeholdelse og nedetid, kendt som livscyklusanalyse (LCA). Elbiler er blevet kritiseret for både energi- og miljøomkostningerne ved minedrift af primære materialer til batterier, såsom lithium og kobolt. Added infrastructure required for flight may worsen the problem for flying cars. And of course, a grid powered by low-carbon sources is essential to make battery-powered vehicles part of the solution to our climate crisis.

Aircraft also have highly stringent criteria for maintenance and downtime, which can often offset gains in performance and emissions. As an entirely new breed of planes, it's impossible to predict how much it might cost to keep them air-worthy. Unforeseen maintenance complications can cost billions – just ask Boeing.

Endelig, weather matters. A tailwind of 35mph reduces power use and emissions by 15%, but a 35mph headwind increases them by 25%. Having to carry heavy extra batteries to avoid the potential catastrophe of running out of charge before encountering a suitable landing place could offset emissions savings. Road cars, derimod can easily pull over to the side of the road when needed, without consequence.

So when it comes down to CO₂ emissions per passenger kilometre, at present these advanced DEP flying cars are at best comparable to their road-going electric equivalents, og, at worst, little better than conventional combustion cars. With technology and safety improvements, they could yet play a part in our fossil-fuel-free future, taking short-haul planes out of our skies and freeing up fume-filled roads. The question on everyones' lips is whether these flying cars will be ready in time to make a jot of difference to our very pressing energy crisis. Can we wait 30 years?

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.