Elektriske fly er her - men de løser ikke flyings CO2 -problem

Den britiske regering planlægger at forbyde salg af nye konventionelle benzin- og dieselbiler inden 2040. Planen er klart, at alle borgere skal køre el- eller hybridelektriske biler, eller - endnu bedre - at cykle. Men kan elektrificering hjælpe med at reducere emissioner fra den anden kulintensive form for persontransport, flyver?

Dette er et komplekst spørgsmål, og hvor størrelse betyder noget. Det er muligt for små fly at blive drevet af elektricitet. Faktisk udvikler flere virksomheder allerede små elektriske fly, og de kan komme på markedet inden for de næste par år.

Men for de store fly, vi alle bruger oftere, sker det usandsynligt snart. Problemet er ikke fremdriftsteknologien, men energilagringen. Jetbrændstof indeholder omkring 30 gange mere energi pr. Kg end det mest avancerede lithium-ion-batteri, der i øjeblikket er tilgængeligt.

Verdens største passagerfly, Airbus A380, kan flyve 600 passagerer 15, 000 kilometer på en enkelt flyvning. Men, ifølge mine beregninger, med batterier kunne den kun flyve lidt over 1, 000 kilometer. Selvom alle passagerer og last blev udskiftet med batterier, rækkevidden ville stadig være mindre end 2, 000 kilometer. For at beholde sit nuværende område, flyet skulle bruge batterier, der vejer 30 gange mere end dets nuværende brændstofindtag, hvilket betyder, at det aldrig ville komme af jorden.

Denne afvejning er særlig dårlig for langdistanceflyvninger, fordi brændstoffet udgør halvdelen af ​​flyets vægt ved start. Hvad mere er, et konventionelt fly bliver lettere, når brændstoffet forbruges, men et elektrisk fly skulle bære den samme batterivægt for hele flyvningen. Som jeg sagde, størrelse betyder noget.

For et letfly med fem til ti sæder, brændstof vil sandsynligvis udgøre 10% til 20% af flyets vægt. Blot bytte af brændstof til batterier kan stadig reducere afstanden, flyet kan flyve med en upraktisk mængde. Men udskiftning af to eller tre passagerer med ekstra batterier ville give en rækkevidde på 500 kilometer til 750 kilometer, sammenlignet med et brændstofdrevet område på over 1, 000 km.

Første kommercielle model

Imidlertid, der kan være en anden mulighed. Det israelske firma Eviation afslørede for nylig en prototypeversion af, hvad det hævder vil være verdens første kommercielle helelektriske passagerfly. Flyet, hedder Alice, bytter ikke bare jetbrændstof til batterier, men er et helt nyt designkoncept, der forbedrer den måde, fremdriftssystemet er integreret i flyrammen. Med ni passagerer med en rækkevidde på 1, 000 km, Alice forventes at tage i brug i 2022.

Alice kan være et praktisk alternativ til små, regionale rejser, men ikke for de fleste ruteflyvninger, selv kortdistance. Så hvordan kan elektrificering hjælpe her? Forbedring af batteriteknologi er en mulighed. En ny teknologi kendt som lithium-luftbatterier kan teoretisk nå den samme energitæthed som jetbrændstof. Imidlertid, de er stadig på laboratoriefasen. I betragtning af luftfartsindustriens ekstremt sikkerhedsbevidste karakter, det er usandsynligt at planlægge fremtidige fly på ubevist teknologi.

Hvad vi er mere tilbøjelige til at se for korte afstande i de næste 20 til 30 år er hybridfly, der kombinerer nuværende turbofanmotorer med nye elektriske fremdriftssystemer. Dette mere fleksible hybridsystem kunne optimeres til at give det høje tryk, der kræves til start og energitætheden, der er nødvendig for et langt krydstogt.

Dette er et område, der aktivt forfølges i E-FanX-projektet, hvilket involverer Airbus, Rolls-Royce og Siemens går sammen om at udvikle en hybrid-elektrisk fremdriftsflyvningsdemonstrator. Ved hjælp af et BAe 146 fly, der normalt transporterer omkring 100 passagerer, de planlægger at erstatte et af flyets fire Honeywell-turbofanmotorer med en fremdriftsventilator drevet af en to-megawatt elektrisk motor.

I projektets indledende faser, elektriciteten vil faktisk blive leveret af en Rolls-Royce AE2100 gasturbine, der er placeret i flyets skrog (hoveddel). Men E-FanX vil stadig være et vigtigt skridt i udviklingen af ​​hybrid elektrisk teknologi. Airbus siger, at den ønsker at gøre denne teknologi tilgængelig for fly med 100 sæder inden 2030'erne.

Det er også muligt at udstyre et fly med flere små elektriske fremdrivere i et såkaldt distribueret fremdriftssystem, der er mere effektivt end traditionelle designs, der bruger to store turbofan. Denne idé kan tages videre ved at kombinere den separate krop og vinger til en enkelt "blended-wing-body", mere effektivt at integrere fremdrivere med flyrammen i et mere aerodynamisk design. Dette kan reducere den mængde energi, flyet skal bruge med 20%.

Men ingen af ​​verdens to største flyproducenter, Boeing og Airbus, aktivt forfølger blended wing -teknologi. Et så stort designskift har for mange tekniske udfordringer til at gøre det kommercielt levedygtigt lige nu. For eksempel, de fleste lufthavne ville ikke være i stand til at rumme et blended-wing fly.

Intet alternativ

Desværre, for den type flyvninger, de fleste af os foretager, er der i øjeblikket ikke noget praktisk alternativ til jetdrevne turbofan. Af denne grund, de største flymotorproducenter investerer stort i at forbedre deres nuværende motorteknologi. International Air Transport Association vurderer, at hver ny generation af fly i gennemsnit er 20% mere brændstofeffektive end den model, den erstatter, og at flyselskaber vil investere 1,3 billioner dollars i nye fly i løbet af det næste årti.

For eksempel, Rolls-Royces seneste motor, Trent XWB, der driver den nye Airbus A350, markedsføres som "verdens mest effektive store flymotor". Airbus hævder, at motoren vil hjælpe A350 med at opnå "25% lavere driftsomkostninger, brændstofforbrænding og CO₂-emissioner sammenlignet med tidligere generations fly ".

Den næste generation af Rolls-Royce-motorer, UltraFanTM, vil tilbyde yderligere 20% til 25% reduktion i brændstofforbrug og CO₂ -emissioner og skal tages i brug i 2025.

Men det er værd at huske på, at luftfarten i øjeblikket kun bidrager med 2% til 3% af de globale CO₂ -emissioner. Dette kan sammenlignes med ca. 30% til 35% for hele transportsektoren, og yderligere 30% til 35% til elproduktion.

Antallet af flypassagerer forventes at fordobles i løbet af de næste to årtier, men det samme er de samlede emissioner, så det er usandsynligt, at luftfarten bliver en større del af problemet. At reducere luftfartsemissioner med 20% pr. Generation af fly er sandsynligvis ikke en bæredygtig forbedring. Men hvis hybridfly bliver til virkelighed, kan flyvning virkelig blive endnu mindre bidragyder til de samlede emissioner, end det er i dag.

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