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 Natur , 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 nødvendig 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 trængslen – hvis 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 et objekts bevægelse gennem luften og bremser det. Et bedre løft-til-træk-forhold betyder lavere strømforbrug, og dermed lavere emissioner.

Disse energibesparende innovationer gør krydstogt til en leg – men de hjælper ikke meget med take-off, 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. Tilføjet infrastruktur påkrævet til flyvning kan forværre problemet for flyvende biler. Og selvfølgelig, et net drevet af kulstoffattige kilder er afgørende for at gøre batteridrevne køretøjer til en del af løsningen på vores klimakrise.

Fly har også meget strenge kriterier for vedligeholdelse og nedetid, hvilket ofte kan opveje gevinster i ydeevne og emissioner. Som en helt ny type fly, det er umuligt at forudsige, hvor meget det kan koste at holde dem luftdygtige. Uforudsete vedligeholdelseskomplikationer kan koste milliarder – bare spørg Boeing.

Endelig, vejret betyder noget. En medvind på 35 mph reducerer strømforbruget og emissionerne med 15 %, men en 35mph modvind øger dem med 25%. At skulle bære tunge ekstra batterier for at undgå den potentielle katastrofe med at løbe tør, før man støder på et passende landingssted, kan opveje emissionsbesparelser. Vejbiler, derimod kan let trække over til siden af ​​vejen, når det er nødvendigt, uden konsekvens.

Så når det kommer ned til CO₂-emissioner pr. passagerkilometer, på nuværende tidspunkt er disse avancerede DEP flyvende biler i bedste fald sammenlignelige med deres vejgående elektriske ækvivalenter, og, i værste fald, lidt bedre end konventionelle forbrændingsbiler. Med teknologi- og sikkerhedsforbedringer, de kunne stadig spille en rolle i vores fossilfrie fremtid, tager kortdistancefly ud af vores himmel og frigør dampfyldte veje. Spørgsmålet på alles læber er, om disse flyvende biler vil være klar i tide til at gøre en forskel for vores meget presserende energikrise. Kan vi vente 30 år?

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