Istnieją już samochody elektryczne, pociągi, tramwaje i łodzie. To logicznie prowadzi do pytania: dlaczego nie widzimy dużych samolotów elektrycznych? I czy zobaczymy je wkrótce?
Dlaczego mamy samochody elektryczne i pociągi, ale niewiele samolotów elektrycznych? Głównym powodem jest to, że znacznie łatwiej jest radykalnie zmodyfikować samochód lub pociąg, nawet jeśli na zewnątrz wyglądają bardzo podobnie do tradycyjnych pojazdów na paliwa kopalne.
Pojazdy lądowe mogą łatwo poradzić sobie z dodatkową masą z magazynowania energii elektrycznej lub elektrycznych układów napędowych, ale samoloty są znacznie bardziej wrażliwe.
Na przykład zwiększenie masy samochodu o 35% prowadzi do wzrostu zużycia energii 13-20%. Ale w przypadku samolotu zużycie energii jest wprost proporcjonalne do masy: zwiększenie jego masy o 35% oznacza, że potrzebuje on 35% więcej energii (wszystkie inne rzeczy są równe).
Ale to tylko część historii. Samoloty podróżują również znacznie dalej niż pojazdy naziemne, co oznacza, że lot wymaga znacznie więcej energii niż przeciętna podróż samochodem. Dron musi przechowywać na pokładzie całą energię potrzebną do przesunięcia swojej masy dla każdego lotu (w przeciwieństwie do pociągu podłączonego do sieci elektrycznej). Użycie ciężkiego źródła energii oznacza w ten sposób, że potrzeba więcej energii do lotu, co prowadzi do dodatkowej masy i tak dalej.
W przypadku samolotu kluczowa jest masa, dlatego linie lotnicze skrupulatnie ważą bagaż. Samoloty elektryczne potrzebują akumulatorów o wystarczającej energii na kilogram akumulatora lub kara za masę oznacza, że po prostu nie mogą latać na duże odległości.
Samoloty bliskiego zasięgu
Mimo to elektryczne samoloty są na horyzoncie - ale wkrótce nie zobaczysz elektrycznych 747.
Najlepsze obecnie dostępne akumulatory litowo-jonowe zapewniają około 200 watogodzin (Wh) na kilogram, około 60 razy mniej niż obecne paliwo lotnicze. Ten typ akumulatora może zasilać małe elektryczne taksówki powietrzne z maksymalnie czterema pasażerami na dystansie około 100 km. W przypadku dłuższych podróży potrzebne są komórki o większej gęstości energii.
Na przykład elektryczne samoloty dojeżdżające do pracy na krótkim dystansie, które przewożą ludzi 30 na odległość mniejszą niż 800 km, szczególnie wymagają od 750 do 2,000Wh / kg, co stanowi około 6-17% wartości energetycznej paliwa odrzutowego opartego na nafcie. Nawet większe samoloty wymagają coraz lżejszych akumulatorów. Na przykład samolot przewożący pasażerów 140 na 1,500km zużywa około 30 kg nafty na pasażera. Przy obecnej technologii akumulatorów potrzeba prawie 1,000 kg akumulatorów na pasażera.
Aby regionalne samoloty podmiejskie były w pełni elektryczne, konieczne jest czterokrotne zmniejszenie masy akumulatora. Długoterminowe historyczne tempo poprawy energii akumulatora wynosi około 3-4% rocznie, dwukrotnie mniej więcej co dwie dekady. Opierając się na kontynuacji tego historycznego trendu, czterokrotną poprawę potrzebną w pełni elektrycznym podmiejskim samolocie można potencjalnie osiągnąć około połowy wieku.
Choć może to wydawać się niewiarygodnie długim oczekiwaniem, jest to zgodne z harmonogramem zmian w branży lotniczej, zarówno w zakresie infrastruktury, jak i cyklu życia samolotów. Nowy samolot zajmuje około 5-10 lat na zaprojektowanie, a następnie pozostanie w eksploatacji przez dwie lub trzy dekady. Niektóre samoloty nadal latają 50 lata po pierwszym locie.
Nadchodzą hybrydy
Czy to oznacza, że loty na duże odległości zawsze będą polegać na paliwach kopalnych? Niekoniecznie.
Podczas gdy w pełni elektryczne duże samoloty wymagają znacznej, jeszcze nie wynalezionej zmiany w magazynowaniu energii, istnieją inne sposoby zmniejszenia wpływu latania na środowisko.
Samoloty hybrydowo-elektryczne łączą paliwa z napędem elektrycznym. Ta klasa samolotów obejmuje konstrukcję bez baterii, w której elektryczny układ napędowy służy do poprawy wydajności ciągu, zmniejszając ilość potrzebnego paliwa.
Opracowywane są również samoloty hybrydowo-elektryczne z akumulatorami, w których akumulatory mogą zapewnić dodatkową moc w szczególnych okolicznościach. Baterie mogą wtedy na przykład zapewniać czysty start i lądowanie w celu zmniejszenia emisji w pobliżu lotnisk.
Samoloty elektryczne nie są też jedynym sposobem na zmniejszenie bezpośredniego śladu węglowego latania. Badane są również paliwa alternatywne, takie jak biopaliwa i wodór.
Biopaliwa, które są paliwami pochodnymi rośliny lub glony, zostały po raz pierwszy użyte podczas lotu komercyjnego w 2008 i kilka linii lotniczych przeprowadziło próby z nimi. Choć nie są powszechnie stosowane, obecnie prowadzone są znaczące badania nad zrównoważonymi biopaliwami, które nie wpływają na źródła słodkiej wody ani produkcję żywności.
Chociaż biopaliwa w dalszym ciągu wytwarzają CO2, nie wymagają one znaczących zmian w istniejących samolotach ani infrastrukturze lotnisk. Wodór natomiast wymaga całkowitego przeprojektowania infrastruktury paliwowej lotniska, a także ma znaczący wpływ na konstrukcję samego samolotu.
Podczas gdy wodór jest bardzo lekki - wodór zawiera trzy razy więcej energii na kilogram niż nafta – jej gęstość jest bardzo niska, nawet przy przechowywaniu w postaci cieczy w temperaturze -250°C. Oznacza to, że paliwa nie można już przechowywać w skrzydle, lecz należy je przenieść do stosunkowo ciężkich i nieporęcznych zbiorników wewnątrz kadłuba. Pomimo tych wad, loty długodystansowe napędzane wodorem mogą zużywać do 12% mniej energii niż nafta.
O autorze
Dries Verstraete, starszy wykładowca projektowania i napędu w lotnictwie, Uniwersytet w Sydney
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Wideo: Future Aircraft - dokument NASA
{vembed Y=Y1gAusOW-RU}
Powiązane książki
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
autorstwa Paula Hawkena i Toma Steyera
W obliczu powszechnego strachu i apatii międzynarodowa koalicja naukowców, profesjonalistów i naukowców połączyła się, aby zaoferować zestaw realistycznych i odważnych rozwiązań w zakresie zmian klimatu. Opisano tutaj sto technik i praktyk - niektóre są dobrze znane; niektóre, o których być może nigdy nie słyszałeś. Obejmują one od czystej energii po edukację dziewcząt w krajach o niższych dochodach po praktyki użytkowania gruntów, które wyciągają węgiel z powietrza. Rozwiązania istnieją, są ekonomicznie opłacalne, a społeczności na całym świecie obecnie wdrażają je z umiejętnościami i determinacją. Dostępne na Amazon
Projektowanie rozwiązań klimatycznych: Przewodnik polityczny dotyczący energii niskoemisyjnej
przez Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Ponieważ skutki zmiany klimatu już dotykają nas, potrzeba ograniczenia globalnych emisji gazów cieplarnianych jest pilna. To trudne wyzwanie, ale technologie i strategie pozwalające mu sprostać istnieją już dzisiaj. Niewielki zestaw polityk energetycznych, dobrze zaprojektowanych i wdrożonych, może skierować nas na ścieżkę do przyszłości niskoemisyjnej. Systemy energetyczne są duże i złożone, dlatego polityka energetyczna musi być ukierunkowana i opłacalna. Podejście uniwersalne po prostu nie spełni swojego zadania. Decydenci potrzebują jasnych, kompleksowych zasobów, które nakreślą polityki energetyczne, które będą miały największy wpływ na naszą przyszłość klimatyczną, oraz opisują, jak dobrze zaprojektować te polityki. Dostępne na Amazon
To zmienia wszystko: kapitalizm kontra klimat
autor: Naomi Klein
In To wszystko zmienia Naomi Klein twierdzi, że zmiany klimatu to nie tylko kolejna kwestia, którą należy starannie uporządkować między podatkami a opieką zdrowotną. Jest to alarm, który wzywa nas do naprawienia systemu gospodarczego, który już pod wieloma względami zawodzi. Klein skrupulatnie opowiada się za tym, jak ogromne zmniejszenie naszej emisji gazów cieplarnianych jest naszą najlepszą szansą na jednoczesne zmniejszenie rozbieżnych nierówności, ponowne wyobrażenie sobie naszych złamanych demokracji i odbudowę wypatroszonych lokalnych gospodarek. Obnaża ideologiczną desperację negacjonistów zmian klimatu, mesjanistyczne złudzenia niedoszłych geoinżynierów oraz tragiczny defetyzm zbyt wielu głównych inicjatyw ekologicznych. I dokładnie pokazuje, dlaczego rynek nie - i nie może - naprawić kryzysu klimatycznego, ale pogorszy sytuację, wprowadzając coraz bardziej ekstremalne i niszczące ekologicznie metody wydobycia, któremu towarzyszy szalony kapitalizm katastroficzny. Dostępne na Amazon
Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.
