Eviation se Alice prototipe. Ian Langsdon / EPA
Die Britse regering beplan om die verkoop van nuwe konvensionele petrol- en dieselmotors te verbied deur 2040. Die plan is duidelik dat alle burgers met elektriese of baster-elektriese motors moet ry, of - nog beter - om fietse te ry. Maar kan elektrifisering help om vrystellings van daardie ander koolstofintensiewe vorm van passasiersvervoer te verminder?
Dit is 'n ingewikkelde vraag en vraag oor grootte. Dit is moontlik vir klein vliegtuie om met elektrisiteit aangedryf te word. In werklikheid ontwikkel verskeie ondernemings reeds klein elektriese vliegtuie en hulle kan binne die mark kom die volgende paar jaar.
Maar vir die groot vliegtuie wat ons almal gereeld gebruik, is dit onwaarskynlik dat dit binnekort sal gebeur. Die probleem is nie die aandrywingstegnologie nie, maar die energieberging. Jetbrandstof bevat ongeveer 30 keer meer energie per kilogram as die mees gevorderde litium-ioonbattery wat tans beskikbaar is.
Die grootste passasiersvliegtuig ter wêreld, die Airbus A380, kan 600-passasiers 15,000 kilometer in een vlug vlieg. Maar volgens my berekeninge sou dit met batterye net 'n bietjie meer as 1,000 kilometer kon vlieg. Al sou al die passasiers en vrag vervang word met batterye, sou die reeks steeds minder as 2,000 kilometer wees. Om die huidige reikwydte te behou, het die vliegtuig batterye nodig wat 30 keer meer weeg as die huidige brandstofinname, wat beteken dat dit nooit van die grond af sal kom nie.
Hierdie inruiling is veral sleg vir langafstandvlugte omdat die brandstof die helfte van die gewig van die vliegtuig uitmaak. Boonop word 'n konvensionele vliegtuig ligter namate die brandstof verbruik word, maar 'n elektriese vliegtuig sal dieselfde batterygewig moet dra vir die hele vlug. Soos ek gesê het, is grootte van belang.
Vir 'n ligte vliegtuig met vyf tot tien sitplekke sal brandstof waarskynlik 10% tot 20% van die gewig van die vliegtuig uitmaak. As u slegs die brandstof vir batterye omruil, kan u die afstand wat die vliegtuig kan vlieg, onmoontlik verminder. Maar deur twee of drie passasiers met ekstra batterye te vervang, sou dit 'n reeks 500 kilometer tot 750 kilometer gee, in vergelyking met 'n brandstof aangedrewe reeks van meer as 1,000 km.
Eerste kommersiële model
Daar kan egter 'n ander opsie wees. Israeliese firma Eviation het onlangs 'n prototipe-weergawe onthul wat volgens die wêreld se eerste kommersiële, all-elektriese passasiersvliegtuig gaan wees. Die vliegtuig, genaamd Alice, ruil nie net jetbrandstof vir batterye uit nie, maar is 'n heel nuwe ontwerpkonsep wat die manier waarop die aandryfstelsel in die lugraam geïntegreer is, verbeter. Met nege passasiers met 'n reeks 1,000km, word daar verwag dat Alice in 2022 diens gaan betree.
Alice is miskien 'n praktiese alternatief vir klein, streeksreise, maar nie vir die meeste geskeduleerde passasiersvlugte nie, selfs nie vir kort afstand nie. Hoe kan elektrifisering hier help? Die verbetering van batterytegnologie is een opsie. 'N Nuwe tegnologie bekend as litium-lug batterye kan teoreties dieselfde energiedigtheid bereik as straalbrandstof. Hulle is egter nog in die laboratoriumstadium. Gegewe die uiters veiligheidsbewuste aard van die lugvaartbedryf, is dit onwaarskynlik dat dit toekomstige vliegtuie op onbewese tegnologie sal beplan.
Wat ons waarskynliker sal sien vir die kort vlug in die volgende 20 tot 30 jaar, is hibriede vliegtuie wat huidige turbofan-enjins met nuwe elektriese aandryfstelsels kombineer. Hierdie meer buigsame hibriede stelsel kan geoptimaliseer word om die hoë krag wat benodig word vir opstyg en die energiedigtheid vir 'n lang vaart te voorsien.
Die baster E-Fan X. Airbus
Dit is 'n gebied wat aktief in die E-FanX projek, wat Airbus, Rolls-Royce en Siemens betrek om saam te werk om 'n baster-elektriese aandryfvlugdemonstrant te ontwikkel. Met behulp van 'n BAe 146-vliegtuig, wat gewoonlik 100-passasiers bevat, beplan hulle om een van die vier Honeywell-turbofan-enjins van die vliegtuig te vervang met 'n dryfwaaier wat deur 'n twee megawatt-elektriese motor aangedryf word.
In die aanvanklike fases van die projek sal die elektrisiteit eintlik voorsien word deur 'n Rolls-Royce AE2100-gasturbine wat in die vliegtuig se romp (hoofliggaam) gehuisves word. Maar die E-FanX sal steeds 'n belangrike stap in die evolusie van hibriede elektriese tegnologie wees. Airbus sê hy wil hierdie tegnologie beskikbaar stel vir 100-sitvliegtuie deur die 2030's.
Dit is ook moontlik om 'n vliegtuig met veelvuldige klein elektriese aandrywers toe te rus in 'n sogenaamde verspreide aandrywingstelsel wat doeltreffender is as tradisionele ontwerpe wat twee groot turbofans gebruik. Hierdie idee kan verder gevoer word deur die afsonderlike romp en vleuels in 'n enkele “gemengde-vleuel-liggaam”, Om die aandrywers met die lugraam doeltreffender te integreer in 'n meer aërodinamiese ontwerp. Dit kan die hoeveelheid energie wat die vliegtuig benodig met 20% verminder.
Maar nie een van die wêreld se twee hoofvliegtuigvervaardigers, Boeing en Airbus, is aktief besig met gemengde vleuel-tegnologie nie. So 'n groot ontwerpverskuiwing het te veel tegniese uitdagings om dit kommersieel lewensvatbaar te maak nou dadelik. Byvoorbeeld, die meeste lughawes kan nie 'n versnitvliegtuig akkommodeer nie.
geen alternatiewe
Ongelukkig is daar tans geen praktiese alternatief vir turbofans wat met jet aangedryf word nie, vir die soort vlugte. Om hierdie rede belê die belangrikste vervaardigers van vliegtuie enjins baie in die verbetering van hul huidige enjintegnologie. Die Internasionale Lugvervoervereniging beraam dat elke nuwe generasie vliegtuie is gemiddeld 20% meer brandstofdoeltreffend as die model wat dit vervang, en dat lugdienste die volgende dekade US $ 1.3 triljoen in nuwe vliegtuie sal belê.
Byvoorbeeld, die nuutste enjin van Rolls-Royce, die Trent XWB wat die nuwe magtig Airbus A350, word bemark as “die wêreld se doeltreffendste groot vliegtuig-enjin”. Airbus beweer die enjin sal die A350 help om “25% laer bedryfskoste, brandstofverbranding en CO? emissies in vergelyking met vorige generasie vliegtuie”.
Die volgende generasie Rolls-Royce-enjin, die UltraFanTM, sal 'n verdere 20% tot 25% vermindering in brandstofverbruik en CO? emissies en sal na verwagting in 2025 in werking tree.
Maar dit is die moeite werd om te onthou dat lugvaart tans slegs 2% tot 3% van globale CO bydra? emissies. Dit vergelyk met sowat 30% tot 35% vir die hele vervoersektor, en nog 30% tot 35% vir elektrisiteitsopwekking.
Die aantal lugpassasiers is verwag om te verdubbel oor die volgende twee dekades, maar ook die totale uitstoot, is dit onwaarskynlik dat lugvaart 'n groter deel van die probleem sal maak. Die vermindering van lugvaartuitlatings met 20% per generasie vliegtuie is waarskynlik nie 'n volhoubare verbetering nie. Maar as bastervliegtuie 'n werklikheid word, kan die vlieg nog minder bydra tot die totale uitstoot as wat dit tans is.
Oor Die Skrywer
Duncan Walker, senior lektor in Toegepaste aerodinamika, Loughborough University
Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.
