Eviation's Alice-prototype. Ian Langsdon / EPA
Den britiske regering planlægger at forbyde salg af nye konventionelle benzin- og dieselbiler af 2040. Planen er helt klart, at alle borgere skal køre el- eller hybridelektriske biler eller - endnu bedre - ride cykler. Men kan elektrificering hjælpe med at reducere emissioner fra den anden kulstofintensive form for persontransport, der flyver?
Dette er et komplekst spørgsmål og hvor størrelsen betyder noget. Det er muligt for små fly at være drevet af elektricitet. Faktisk udvikler flere virksomheder allerede små elektriske fly, og de kunne komme på markedet inden for de næste par år.
Men for de store fly, som vi alle bruger oftere, er det usandsynligt, at det sker snart. Problemet er ikke fremdrivningsteknologien, 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 i en enkelt flyvning. Men ifølge mine beregninger kunne det med batterier kun flyve lidt over 1,000 kilometer. Selv hvis alle passagerer og fragt blev udskiftet med batterier, ville rækkevidden stadig være mindre end 2,000 kilometer. For at bevare sit aktuelle interval har flyet brug for batterier, der vejer 30 gange mere end dets nuværende brændstofindtag, hvilket betyder, at det aldrig vil komme af jorden.
Denne kompromis er især dårlig for langdistanceflyvninger, fordi brændstof 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 sagt, størrelse betyder noget.
I et fem til ti-sæde let fly udgør brændstof sandsynligvis 10% til 20% af flyets vægt. Ved blot at udskifte brændstof til batterier kan det stadig reducere afstanden, flyet kan flyve med, upraktisk. Men at udskifte to eller tre passagerer med ekstra batterier ville give en rækkevidde på 500 kilometer til 750 kilometer sammenlignet med et brændstofdrevet interval på over 1,000 km.
Første kommercielle model
Der kan dog være en anden mulighed. Israelsk firma Eviation for nylig afslørede en prototype-version af, hvad den hævder, vil være verdens første kommercielle altelektriske passagerfly. Flyet, der hedder Alice, bytter ikke bare jetbrændstof til batterier, men er et helt nyt designkoncept, der forbedrer den måde, fremdrivningssystemet er integreret i airframe. Med ni passagerer med en række 1,000 km forventes Alice at komme ind i service i 2022.
Alice kan være et praktisk alternativ til små, regionale rejser, men ikke for de fleste ruteplanlagte passagerflyvninger, endda ikke til korte afstande. Så hvordan kan elektrificering hjælpe her? At forbedre batteriteknologi er en mulighed. En ny teknologi kendt som litium-luftbatterier teoretisk kan nå den samme energitetthed som jetbrændstof. De er dog stadig på laboratoriefasen. I betragtning af luftfartsindustriens ekstremt sikkerhedsbevidste karakter er det usandsynligt at planlægge fremtidige fly på uprovet teknologi.
Hvad vi mere sandsynligt ser for kortdistanceflyvninger i de næste 20 til 30 år er hybridfly, der kombinerer nuværende turbofanmotorer med nye elektriske fremdrivningssystemer. Dette mere fleksible hybridsystem kunne optimeres for at tilvejebringe den høje drivkraft, der kræves til start og den energitæthed, der kræves til et langt krydstogt.
Hybrid E-Fan X. Airbus
Dette er et område, der aktivt forfølges i E-FanX projekt, der involverer Airbus, Rolls-Royce og Siemens, der samarbejder om at udvikle en hybridelektrisk fremdriftsflydemonstrator. Ved hjælp af et BAe 146-fly, der normalt bærer rundt på 100-passagerer, planlægger de at erstatte en af flyets fire Honeywell-turbofanmotorer med en fremdriftsventilator drevet af en to-megawatt elektrisk motor.
I projektets indledende faser vil strømmen faktisk blive leveret af en Rolls-Royce AE2100 gasturbine, der ligger i flyets flykroge (hoveddel). Men E-FanX vil stadig være et vigtigt skridt i udviklingen af hybrid elektrisk teknologi. Siger Airbus den ønsker at gøre denne teknologi tilgængelig for 100-sæde fly af 2030'erne.
Det er også muligt at udstyre et plan med flere små elektriske fremdrivere i et såkaldt distribueret fremdrivningssystem, der er mere effektivt end traditionelle design, der bruger to store turbofaner. Denne idé kan tages videre ved at kombinere den separate krop og vinger i en enkelt “blended-wing-organ”, Mere effektiv integrering af drivmaskinerne med luftrammen i et mere aerodynamisk design. Dette kan reducere mængden af energi, som flyet har brug for med 20%.
Men ingen af verdens to hovedflyproducenter, Boeing og Airbus, forfølger aktivt blandet vinge-teknologi. Et så stort designskifte har for mange tekniske udfordringer at gøre det kommercielt levedygtigt lige nu. F.eks. Ville de fleste lufthavne ikke være i stand til at rumme et blandet fly.
Intet alternativ
Desværre er der i øjeblikket ikke noget praktisk alternativ til turbofaner med jetbrændstof til den type fly, de fleste af os foretager. Af denne grund investerer de største flymotorproducenter meget i at forbedre deres nuværende motorteknologi. Den internationale lufttransportforening anslår at hver nye generation af fly er i gennemsnit 20% mere brændstofeffektiv end den model, den erstatter, og at flyselskaberne vil investere US $ 1.3 billioner i nye fly i det næste årti.
For eksempel Rolls-Royces seneste motor, Trent XWB der styrker det nye Airbus A350, markedsføres som ”verdens mest effektive store luftmotor”. Airbus hævder, at motoren vil hjælpe A350 med at opnå "25% lavere driftsomkostninger, brændstofforbrænding og CO₂-emissioner sammenlignet med tidligere generation af fly".
Den næste generation af Rolls-Royce-motor, the UltraFanTM, vil tilbyde en yderligere 20% til 25% reduktion i brændstofforbrug og CO₂-emissioner og forventes at blive taget i brug i 2025.
Men det er værd at huske, at luftfarten i øjeblikket kun bidrager med 2% til 3% af de globale CO₂-emissioner. Dette sammenlignes med ca. 30% til 35% for hele transportsektoren og en anden 30% til 35% for elproduktion.
Antallet af flypassagerer er forventes at fordoble sig i løbet af de næste to årtier, men også de samlede emissioner, så det er usandsynligt, at luftfarten bliver en større del af problemet. At reducere luftfartsemissioner med 20% pr. Generation af fly sandsynligvis ikke er en bæredygtig forbedring. Men hvis hybridfly bliver en realitet, kan flyve virkelig blive endnu mindre bidragyder til de samlede emissioner, end det er i dag.
Om forfatteren
Duncan Walker, universitetslektor i anvendt aerodynamik, Loughborough University
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
books_technology
