Eviations Alice-prototype. Ian Langsdon / EPA
Den britiske regjeringen planlegger å forby salg av nye konvensjonelle bensin- og dieselbiler av 2040. Planen er helt klart at alle innbyggere skal kjøre el- eller hybridelektriske biler, eller - enda bedre - sykle. Men kan elektrifisering bidra til å kutte utslipp fra den andre karbonintensive formen for persontransport, som flyr?
Dette er et sammensatt spørsmål og hvor størrelsen betyr noe. Det er mulig for små fly å bli drevet av strøm. Faktisk utvikler flere selskaper allerede små elektriske fly, og de kan komme på markedet innen de neste årene.
Men for de store flyene vi alle bruker oftere er det lite sannsynlig at det vil skje når som helst snart. Problemet er ikke fremdriftsteknologien, men energilagringen. Jetbrensel inneholder rundt 30 ganger mer energi per kilo enn det mest avanserte litium-ion-batteriet som for tiden er tilgjengelig.
Verdens største passasjerfly, Airbus A380, kan fly 600 passasjerer 15,000 kilometer på en enkelt flytur. Men ifølge mine beregninger kunne det med batterier bare fly litt over 1,000 kilometer. Selv om alle passasjerer og last ble byttet ut med batterier, vil rekkevidden fremdeles være mindre enn 2,000 kilometer. For å beholde sin nåværende rekkevidde, vil flyet trenge batterier som veier 30 ganger mer enn det gjeldende drivstoffinntaket, noe som betyr at det aldri vil komme fra bakken.
Denne avveiningen er spesielt dårlig for langdistansefly, fordi drivstoffet utgjør halvparten av flyets vekt ved start. Dessuten blir et konvensjonelt fly lettere etter hvert som drivstoffet forbrukes, men et elektrisk fly må bære samme batterivikt for hele flyvningen. Som sagt, størrelse betyr noe.
For et fem til ti-seters lettfly utgjør sannsynligvis drivstoff 10% til 20% av flyets vekt. Bare å bytte drivstoff for batterier kan fortsatt redusere avstanden flyet kan fly med upraktisk mengde. Men å bytte ut to eller tre passasjerer med ekstra batterier ville gi en rekkevidde på 500 kilometer til 750 kilometer, sammenlignet med et drivstoffdrevet område på over 1,000km.
Første kommersielle modell
Imidlertid kan det være et annet alternativ. Israelsk firma Eviation nylig avslørte en prototypeversjon av det den hevder vil være verdens første kommersielle altelektriske passasjerfly. Flyet, som heter Alice, bytter ikke bare jetbrensel for batterier, men er et helt nytt designkonsept som forbedrer måten fremdriftssystemet er integrert i flyrammen. Bærer ni passasjerer med en rekkevidde på 1,000km, forventes Alice å komme i tjeneste i 2022.
Alice kan være et praktisk alternativ for små, regionale reiser, men ikke for de fleste planlagte passasjererflyvninger, selv ikke kortreise. Så hvordan kan elektrifisering hjelpe her? Å forbedre batteriteknologien er ett alternativ. En ny teknologi kjent som litium-luftbatterier kan teoretisk nå samme energitetthet som jetbrensel. Imidlertid er de fremdeles på laboratoriefasen. Gitt luftfartsindustriens ekstremt sikkerhetsbevisste natur, er det lite sannsynlig å planlegge fremtidige fly på uprøvd teknologi.
Det vi mer sannsynlig vil se for kortdistansefly i de neste 20 til 30 årene er hybridfly som kombinerer nåværende turbofanmotorer med nye elektriske fremdriftssystemer. Dette mer fleksible hybridsystemet kan optimaliseres for å gi den høye skyvkraften som kreves for start og energitettheten som trengs for et langt cruise.
Hybrid E-Fan X. Airbus
Dette er et område som aktivt forfølges i E-FanX prosjekt, som involverer Airbus, Rolls-Royce og Siemens sammen for å utvikle en hybrid-elektrisk fremdriftsflyddemonstrant. Ved å bruke et BAe 146-fly, som vanligvis bærer rundt 100-passasjerer, planlegger de å erstatte en av flyets fire Honeywell turbofanmotorer med en fremdriftsvifte drevet av en to megawatt elektrisk motor.
I prosjektets innledende faser vil strømmen faktisk bli levert av en Rolls-Royce AE2100-gassturbin som er plassert i flyets flykropp (hoveddel). Men E-FanX vil fortsatt være et viktig skritt i utviklingen av hybrid elektrisk teknologi. Airbus sier den ønsker å gjøre denne teknologien tilgjengelig for 100-seters fly av 2030.
Det er også mulig å utstyre et fly med flere små elektriske fremdrivere i et såkalt distribuert fremdriftssystem som er mer effektivt enn tradisjonelle design som bruker to store turbofaner. Denne ideen kan tas videre ved å kombinere den separate flykroppen og vingene til en enkelt “blandet-vingelegemet”, Og integrerer fremdriverne mer med luftrammen i en mer aerodynamisk design. Dette kan redusere mengden energi flyet vil trenge med 20%.
Men ingen av verdens to hovedflyprodusenter, Boeing og Airbus, driver aktivt med blandet vingeteknologi. Et så stort designskifte har for mange tekniske utfordringer for å gjøre det kommersielt levedyktig akkurat nå. For eksempel vil de fleste flyplasser ikke være i stand til å ta imot et blandet fløy.
Ingen alternativ
Dessverre er det for øyeblikket ikke noe praktisk alternativ til jetdrevne turbofaner for den type flyreiser de fleste av oss foretar. Av denne grunn investerer de viktigste flymotorprodusentene mye i å forbedre sin nåværende motorteknologi. Den internasjonale lufttransportforeningen anslår det hver nye generasjon fly er i gjennomsnitt 20% mer drivstoffeffektiv enn modellen den erstatter, og at flyselskapene vil investere billioner dollar på nye fly i løpet av det neste tiåret.
For eksempel Rolls-Royces nyeste motor, Trent XWB som styrker det nye Airbus A350, markedsføres som "verdens mest effektive store luftmotor". Airbus hevder at motoren vil hjelpe A350 med å oppnå "25% lavere driftskostnader, drivstoffforbrenning og CO₂-utslipp sammenlignet med tidligere generasjons fly".
Den neste generasjonen Rolls-Royce-motor, the UltraFanTM, vil tilby ytterligere 20% til 25% reduksjon i drivstofforbruk og CO₂-utslipp og forventes å komme i drift i 2025.
Men det er verdt å huske at luftfarten foreløpig bare bidrar med 2% til 3% av de globale CO₂-utslippene. Dette sammenlignes med omtrent 30% til 35% for hele transportsektoren, og en annen 30% til 35% for kraftproduksjon.
Antall flypassasjerer er forventet å doble seg i løpet av de neste to tiårene, men det samme gjelder totale utslipp, så det er usannsynlig at luftfarten blir en større del av problemet. Å redusere luftfartsutslippene med 20% per generasjon fly kan sannsynligvis ikke være en bærekraftig forbedring. Men hvis hybridfly blir gjort til virkelighet, vil flyging virkelig kunne bli enda mindre bidragsyter til totale utslipp enn det er i dag.
Om forfatteren
Duncan Walker, universitetslektor i anvendt aerodynamikk, Loughborough University
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
books_technology
