Elektriske fly er på vej:Regionale flyvninger med korte hop kører muligvis på batterier om et par år

Elektriske fly kan virke futuristiske, men de er ikke så langt væk, i det mindste for korte hop.

To-sæders Velis Electros summer allerede stille og roligt rundt i Europa, elektriske søfly bliver testet i British Columbia, og større fly kommer. Air Canada annoncerede den 15. september 2022, at de ville købe 30 elektriske hybride regionale fly fra Sveriges Heart Aerospace, som forventer at have sit 30-sæders fly i drift i 2028. Analytikere ved U.S. National Renewable Energy Lab bemærker, at det første hybride elektriske 50- til 70-sæders pendlerfly kunne være klar ikke længe efter det. I 2030'erne, siger de, kunne elektrisk flyvning virkelig tage fart.

Det har betydning for håndteringen af ​​klimaforandringerne. Omkring 3 % af de globale emissioner kommer fra luftfart i dag, og med flere passagerer og fly, der forventes, efterhånden som befolkningen vokser, kan luftfarten producere tre til fem gange mere kuldioxidemissioner i 2050, end den gjorde før COVID-19-pandemien.

Luftfartsingeniør og assisterende professor Gökçin Çınar udvikler bæredygtige luftfartskoncepter, herunder hybrid-elektriske fly og alternativer til hydrogenbrændstof, ved University of Michigan. Vi spurgte hende om de vigtigste måder at reducere emissioner fra luftfarten i dag, og hvor teknologier som elektrificering og brint er på vej hen.

Hvorfor er luftfart så svært at elektrificere?

Fly er nogle af de mest komplekse køretøjer der findes, men det største problem med at elektrificere dem er batterivægten.

Hvis du forsøgte at fuldt elektrificere en 737 med nutidens batterier, ville du være nødt til at tage alle passagerer og last ud og fylde det rum med batterier, bare for at flyve i under en time.

Jetbrændstof kan indeholde omkring 50 gange mere energi sammenlignet med batterier pr. masseenhed. Så du kan have 1 pund jetbrændstof eller 50 pund batterier. For at lukke det hul skal vi enten gøre lithium-ion-batterier lettere eller udvikle nye batterier, der rummer mere energi. Nye batterier er under udvikling, men de er endnu ikke klar til fly.

Et elektrisk alternativ er hybrider.

Selvom vi måske ikke er i stand til fuldt ud at elektrificere en 737, kan vi få nogle fordele ved brændstofforbrænding fra batterier i de større jetfly ved at bruge hybride fremdriftssystemer. Vi forsøger at få det til at ske på kort sigt med et 2030-2035-mål for mindre regionale fly. Jo mindre brændstof der forbrændes under flyvningen, jo færre drivhusgasemissioner.

Hvordan fungerer hybrid luftfart for at reducere emissionerne?

Hybride elektriske fly ligner hybride elbiler, idet de bruger en kombination af batterier og flybrændstoffer. Problemet er, at ingen anden industri har de vægtbegrænsninger, som vi har i luftfartsindustrien.

Det er derfor, vi skal være meget kloge på, hvordan og hvor meget vi hybridiserer fremdriftssystemet.

Brug af batterier som en power assist under takeoff og stigning er meget lovende muligheder. Taxa til start- og landingsbanen med kun elektrisk strøm kan også spare en betydelig mængde brændstof og reducere de lokale emissioner i lufthavne. Der er et sødt punkt mellem den ekstra vægt af batteriet og hvor meget strøm du kan bruge for at få netto brændstoffordele. Dette optimeringsproblem er i centrum for min forskning.

Hybrider ville stadig forbrænde brændstof under flyvning, men det kunne være betydeligt mindre end blot at stole helt på jetbrændstof.

Jeg ser hybridisering som en mellemlang mulighed for større jetfly, men en løsning på kort sigt for regionale fly.

For 2030 til 2035 er vi fokuseret på hybrid turboprops, typisk regionale fly med 50-80 passagerer eller brugt til fragt. Disse hybrider kunne reducere brændstofforbruget med omkring 10 %.

Med elektriske hybrider kunne flyselskaberne også gøre mere brug af regionale lufthavne, hvilket reducerer overbelastning og tid, som større fly bruger i tomgang på landingsbanen.

Hvad forventer du at se på kort sigt af bæredygtig luftfart?

På kort sigt vil vi se mere brug af bæredygtigt flybrændstof eller SAF. Med nutidens motorer kan du dumpe bæredygtigt flybrændstof i den samme brændstoftank og brænde det. Brændstoffer fremstillet af majs, oliefrø, alger og andre fedtstoffer bliver allerede brugt.

Bæredygtige flybrændstoffer kan reducere et flys nettoudledning af kuldioxid med omkring 80 %, men udbuddet er begrænset, og at bruge mere biomasse til brændstof kan konkurrere med fødevareproduktionen og føre til skovrydning.

En anden mulighed er at bruge syntetiske bæredygtige flybrændstoffer, som involverer at opfange kulstof fra luften eller andre industrielle processer og syntetisere det med brint. Men det er en kompleks og bekostelig proces og har endnu ikke en høj produktionsskala.

Flyselskaber kan også optimere deres operationer på kort sigt, såsom ruteplanlægning for at undgå at flyve næsten tomme fly. Det kan også reducere emissionerne.

Er brint en mulighed for luftfart?

Brintbrændstof har eksisteret i meget lang tid, og når det er grønt brint - produceret med vand og elektrolyse drevet af vedvarende energi - producerer det ikke kuldioxid. Det kan også indeholde mere energi pr. masseenhed end batterier.

Der er to måder at bruge brint på i et fly:enten i stedet for almindeligt jetbrændstof i en motor eller kombineret med ilt til at drive brintbrændselsceller, som derefter genererer elektricitet til at drive flyet.

Problemet er volumen - brintgas fylder meget. Det er derfor, ingeniører kigger på metoder som at holde det meget køligt, så det kan opbevares som væske, indtil det er brændt som en gas. Det fylder stadig mere end flybrændstof, og lagertankene er tunge, så hvordan man opbevarer, håndterer eller distribuerer det på fly, er stadig under udarbejdelse.

Airbus forsker meget i brintforbrænding ved hjælp af modificerede gasturbinemotorer med en A380-platform og sigter mod at have moden teknologi i 2025. Australiens Rex-flyselskab forventer at begynde at teste et 34-sæders, brintelektrisk fly til korte hop i næste par år.

På grund af de mange muligheder ser jeg brint som en af ​​nøgleteknologierne til bæredygtig luftfart.

Vil disse teknologier være i stand til at opfylde luftfartsindustriens mål for reduktion af emissioner?

Problemet med emissioner fra luftfart er ikke deres nuværende niveauer - det er frygten for, at deres emissioner vil stige hurtigt i takt med at efterspørgslen stiger. I 2050 kunne vi se tre til fem gange flere kuldioxidemissioner fra luftfarten end før pandemien.

Den Internationale Civil Luftfartsorganisation, et FN-agentur, definerer generelt industriens mål ved at se på, hvad der er muligt, og hvordan luftfart kan flytte grænserne.

Dets langsigtede mål er at reducere nettoudledningen af ​​kuldioxid med 50 % inden 2050 sammenlignet med 2005-niveauet. At komme dertil vil kræve en blanding af forskellige teknologier og optimering. Jeg ved ikke, om vi vil være i stand til at nå det i 2050, men jeg mener, at vi skal gøre alt, hvad vi kan for at gøre fremtidens luftfart miljømæssigt bæredygtig. + Udforsk yderligere

Ydelsesanalyse af evolutionære brintdrevne fly

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