rfr · H10WRFR16 · 2014-04-02 00:00:00 — Olika försök med integrering av kropp och vinge (blended wing body) pågår, eftersom det 2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG skulle ge en ännu jämnare viktfördelning och därmed göra det möjligt att bygga ännu lättare plan. Det finns dock flera nackdelar med så kallade flygande vingar. En är att det skulle behövas landningsställ under hela planet för att klara av hårda landningar, men det skulle i sin tur kräva att landningsbanorna på världens alla flygplatser byggdes om. Det är också svårare att åstadkomma aerodynamisk effektivitet med en flygande vinge eftersom planet saknar stabilisatorer och stjärtparti. Flygande vingar är också svårare att trycksätta än traditionella flygplan. Flygplan måste byggas i material som klarar höga belastningar men ändå är lätta. De flesta flygplan är byggda i lättmetall som limmas eller nitas. En nackdel med lättmetall är att det kan uppstå sprickor vid tillverkningen, sprickor som sedan växer vid belastning. En annan nackdel är att det kan vara svårt att åstadkomma ytor och utformningar som ger lågt luftmotstånd. Allt fler flygplan byggs därför av kompositmaterial (ofta blandningar av epoxiplast förstärkt med glas- eller kolfiber). Med komposit går det att konstruera vingar med högre styvhet och styrka, och det går att göra större och mer komplicerade delar i ett stycke än vad som är möjligt i lättmetall. Avigsidan är att man inte kan automatisera produktionen. Kompositmaterial reagerar också annorlunda vid skador, vilket ställer krav på ny kunskap och hantering. Som tidigare nämnts tar utveckling av flygplan tid och kräver stora resurser. Det görs försök att hitta alternativ till storsäljarna och . har de två stora tillverkarna dock valt att uppgradera befintliga modeller i stället för att ersätta dem med nya typer av flygplan. , som presenterades , var ett försök att utveckla en ny konfiguration. Planet var mindre, försett med deltavinge och kunde flyga fort, men krävde mer bränsle och var därmed dyrt i drift. valde att i stället satsa på den mer konventionella 787 (Dreamliner), som började användas 2009. Bland de riktigt stora flygplanen dominerar fortfarande (Jumbojet). Flygplanet debuterade och har lanserats i en ny version. I samma storleksklass utvecklar Airbus den så kallade Superjumbon A380, som togs i bruk 2007. Men försäljningen av planen går mindre bra. Fokus bland flygbolagen verkar snarare vara på de något mindre så kallade wide body-planen, såsom , och . har propellerflygplan varit mindre efterfrågade. De bedöms kunna få en renässans om bränslepriserna höjs och man accepterar en något lägre flyghastighet. utvecklades och flögs också överljudsplan, exempelvis och Tupolev TU-144. Utvecklings- och driftskostnaderna för överljudsplan är dock höga, och de anses inte realistiska. Eventuellt kan de komma att användas som mindre affärsplan. Det görs försök att flyga med solceller. Solceller kan användas för flygning i låg fart, med stor uthållighet och räckvidd. Utvecklingen bedöms som intressant, men en praktisk tillämpning i större skala ligger långt fram i tiden. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16 Schweiziska Solar Impulse och och är exempel på två varianter. Det pågår en mer experimentell utveckling utanför industrin. Många sedermera framgångsrika konstruktioner har faktiskt sitt ursprung i olika privatpersoners småskaliga experiment. Det kan gå att nå en reduktion av bränsleförbrukningen på , men för att nå större vinster än så krävs mer radikala koncept eller att man accepterar längre restider. Ytterligare reducering kan också uppnås om man anpassar flygplanets utformning till den optimala flygbanan, vilket till exempel kan innebära en snabb stigning och sedan en lång landning. Da- gens flygplan är dock inte anpassade för den sortens flygning. Mest troligt är att utvecklingen går mot en ökad samverkan mellan flygplan och motor. Om förutsättningarna för flyget ändras mer radikalt kan man däremot tänka sig avsevärt förändrade flygplan. Internationellt samarbete och långsiktighet är den bästa grunden för positiva förändringar. Snabba, genomgripande förändringar är däremot ovälkomna i en sektor som redan präglas av osäkerhet. Nationella regler bedöms inte ha någon större verkan. För att sammanfatta är det inte troligt att flygplanens utformning ändras på något drastiskt sätt . Till 2050 är det däremot troligt att en betydande effektivisering sker. Även om dagens jetmotorer är mycket mer effektiva än de tidiga motorerna finns det fortfarande potential till förbättring. Det är endast av det arbete som maximalt skulle kunna utvinnas ur bränslet som tas till vara. Resten går förlorat genom ineffektivitet i olika delar av motorn. Ett aktivt utvecklingsarbete för att attackera förlustkällorna pågår, och förbättringstakten på motornivå uppskattas till mellan , beroende på hur radikal teknik som kommer att införas. beräknas det alltså vara möjligt att sänka bränsleförbrukningen med inom ramen för förbättringar av befintliga motortyper. Tillämpas mer radikal teknik kan effektiviteten öka med ytterligare 15–. Sammantaget skulle utvecklingen alltså kunna leda till 35–40 procents minskad bränsleförbrukning. Ett exempel på mer radikal teknik är en mellankyld avgasvärmeväxlande motor. Den tar delvis till vara avgasvärmen som uppstår i motorn. Därmed behöver man inte värma upp luften lika mycket, och det går åt mindre bränsle. Tekniken bedöms som mogen, och motorn skulle kunna införas . I en pulsdetonationsmotor är det möjligt att skapa tryckökning under förbränningen, och bränslet snarare exploderar än förbränns. Pulsdetonationsmotorn kan leda till 10 till 15 procents mindre bränsleförbrukning, men tekniken är inte tillräckligt utvecklad för att tas i bruk förrän uppskattningsvis kring 2050. 2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG Ytterligare ett område är de material som används i motorn. Så kallade keramiska matriskompositer gör att kylningen av turbinerna blir mindre krävande eller kan tas bort helt, vilket sparar bränsle. Kompositerna har redan börjat införas, och de väntas få stor betydelse för framtidens motorer. Okapslade turbofläktmotorer testades , men intresset svalnade i takt med lägre oljepriser. Motorn har dock fått ny uppmärksamhet . Att motorn är okapslad innebär att rotorbladen ligger utanpå motorn. En vanlig motor driver en propeller i motorns front, men i en okapslad turbofläktmotor sitter propellerbladen i dubbla, motroterande, öppna kransar i motorns bakre del. Motorn gör att man kan flyga relativt snabbt och öka effektiviteten och därmed sänka bränsleåtgången, i synnerhet vid något lägre hastighet än den som oftast tillämpas . Tekniken är relativt mogen, och riskerna bedöms som måttliga, varför okapslade turbofläktmotorer kan väntas tas i bruk . En växlad fläkt innebär att det finns en växel mellan fläkten och turbinen i motorn. På så sätt kan man göra större turbofläktmotorer utan att behöva minska turbinens varvtal, vilket annars är fallet. Tekniken har börjat införas och visar goda resultat. Bedömningen är dock att okapslade fläktmotorer kommer att bli mer effektiva än växlade fläktmotorer . Flygbranschen hyser inga större förhoppningar om utvecklingen av batterier som huvudsaklig energikälla för passagerarflygningar. Anledningen är att flyg kräver stor energitäthet, mycket större än exempelvis vägtrafik. Förbättringstakten för batterier har legat kring . har utvecklat ett framtidskoncept som bygger på hybridteknik, . Men om ska kunna flyga med som planerat skulle det kräva en nästan tredubbel utvecklingstakt, vilket inte kan anses realistiskt. På motsvarande sätt bedöms inte bränsleceller kunna utgöra ett möjligt alternativ som huvudenergikälla för kommersiell passagerartransport , då de når ungefär samma energieffektivitet som batterier. Batterier och bränsleceller väntas dock kunna användas i exempelvis hjälpkraftaggregat och liknande tillämpningar. Flygplan tankas med jetbränsle (Jet A, eller flygfotogen) som tillverkas av råolja. Brist på fossila bränslen har lett till försök att hitta alternativa bränslen. Till exempel innebar , bojkotten av apartheidregimen i och 1970-talets oljekris att man intensifierade utvecklingen av icke-fossila bränslen. Man kan göra flygbränsle av flera olika råvaror. Exempel på vegetabiliska råvaror är socker, sojabönor, oljedådra (ger camelinaolja), purgerbuske (ger jatrophaolja), olika sorters energigräs och halofyter (växter som trivs i saltvatten). har en potential, bland annat eftersom de växer snabbt och ger stor avkastning per kvadratmeter jämfört med många andra råvaror. kan också gå att odla i avloppsvatten, vilket kan vara en fördel. Vidare går det att använda olika biprodukter från skogs- och jordbruk, liksom hushållsavfall, EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16 använd matolja eller animaliska fetter. Kol, naturgas och vätgas kan också utgöra råvara. Försök har gjorts att framställa flygbränsle av vatten och luft, men den processen kräver enormt stora energimängder. Det finns flera orsaker till varför det tar tid att utveckla icke-fossila flygbränslen. Flygplan, motorer och bränsle har utvecklats tillsammans , och det går inte att byta ut en av länkarna i den kedjan. Icke-fossila bränslen måste därför kunna fungera som och blandas med det konventionella bränslet. Höga säkerhetskrav gör att det tar att utveckla godkända flygbränslen, eftersom dålig kvalitet kan leda till fatala konsekvenser. Utvecklingen av nya bränslen innebär mycket stora utvecklings- och investeringskostnader, medan marknaden är liten och osäker. Till exempel behövs bortåt bränsle enbart för att kunna få ett bränsle certifierat. Alla plan ska kunna tanka överallt i hela världen, och tekniska lösningar och regelverk måste därför kunna införas internationellt och för hela flygplansflottan. Det gör att det politiska multilaterala arbetet har stor betydelse för möjligheten att införa alternativa bränslen. Strävan efter hållbara bränslen avser även själva produktionsprocessen. En råvara som leder till minskad global matproduktion eller som i sig orsakar stora koldioxidutsläpp kan inte betraktas som hållbar. finns två certifierade processer för att tillverka jetbränsle som inte är petroleumbaserat, FT och HEFA. Ytterligare ett antal förväntas bli certifierade . har antalet flygningar med flygbränslen av biologiskt ursprung ökat. Man flyger dock inte enbart på alternativt bränsle, utan detta blandas med traditionellt bränsle. Med FT-processen (–Tropsch) kan man tillverka flytande syntetiskt drivmedel genom att förgasa fast kol och bilda vätskeformade kolväten. De första försöken gjordes så tidigt som , och metoden användes under och i . Förutom kol kan naturgas eller biomassa användas i FT-processen. Metoden ger rena drivmedel som skapar lägre halter av skadliga restprodukter när de förbränns. certifierades FT för användning upp till 50 procents inblandning och 2008 som ett helt eget flygbränsle. använder FT-processen och står för den enda storskaliga produktionen av alternativa jetbränslen . HEFA-processen (hydroprocessed and fatty acids) certifierades 2011. Råvaror till HEFA kan vara olja från fettrika växter, som jatrophaolja, camelinaolja, sojaolja och algolja eller animaliska fetter. Råvarorna väte- och värmebehandlas för att man ska kunna få fram ett jetbränsle. Målsättningen är att kunna tillverka jetbränsle från en stor mängd förnybara råvaror. Socker och cellulosa utgör en stor del av de förnybara råvarorna, och mycket arbete ägnas åt att utveckla tekniker för att omvandla dessa till 2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG bränsle, även om de kräver relativt många processteg från råvara till färdigt bränsle. En metod som väntas bli godkänd är ATJ (alkohol till jetbränsle) som förvandlar socker via alkohol till jetbränsle. En annan är HDCJ (hydrotreated depolymerized cellulosic jet), som utgår från lignocellulosa. Processerna att framställa biobränslen är i sig energikrävande. HEFA- processen har till exempel en energieffektivitet på . Dessutom krävs det fler processteg för att tillverka jetbränsle än andra drivmedel, vilket ytterligare minskar energieffektiviteten. Att framställa jetbränsle med HEFA har en så låg energieffektivitet som . Flygbolagen är mycket känsliga för variationer i bränslepriserna. har priset på jetbränsle legat mellan 0.69 och per liter. Det är svårt att hitta en tillförlitlig uppgift om priset på alternativa jetbränslen. försvarsmakt har köpt FT-bränsle för per liter och HEFA för per liter. Enligt vissa uppgifter ligger kostnaden för att framställa HEFA på 1.01 till per liter. Kostnaden för HEFA-bränsle är särskilt beroende av råvarupriserna. Man försöker utveckla teknik för att använda vätgas som flygbränsle. Vätgas har dock andra egenskaper än konventionellt jetbränsle, och för att använda vätgas måste nya flygplan och motorer utvecklas. Dessutom krävs en egen global distributionskedja, vid sidan om den för konventionellt bränsle. Cryoplane studerade ett vätgasdrivet passagerarplan. vätgasdrivna Phantom (ett obemannat spionplan) flögs första gången . Vätgasdrivna bränsleceller kan också användas för att producera elektricitet som behövs när planet är på marken. Det minskar de lokala utsläppen kring flygplatsen, men bidrar i mycket liten utsträckning till en minskad användning av jetbränsle. I är det Swedish Biofuels som har kommit längst med tillverkning av icke-fossilt flygbränsle. Swedish Biofuels utvecklar en process för att konvertera alkohol till jetbränsle. Pilotanläggningen vid KTH i (som finansierats av det amerikanska och ) producerar ungefär jetbränsle . Bränslet har testats av det amerikanska flygvapnet, och uppgifter gör gällande att det motsvarar uppställda krav. Resultaten från testerna är föremål för analys för en möjlig certifiering. bedöms det vara mer kostnads- och energieffektivt att använda förnybara drivmedel inom andra transportslag än luftfart, då de högt ställda kraven på jetbränsle innebär att tillverkningsprocesserna blir energi- och kostnadskrävande. går det att producera FT-bränsle till ett konkurrenskraftigt pris, och det är möjligt att drivmedelsproduktion som kombineras med värmeverk kan komma att bli lönsam. Även om det alltså finns godkända förnybara bränslen som används vid passagerarflygningar är både kostnaden och energiåtgången fortfarande högre än för andra användningsområden för samma bränsle. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16 pekar på att flygtrafiktjänstens möjligheter att påverka flygets utsläpp av koldioxid är liten. I EU utgör flygtrafiktjänstens bidrag av flygets totala utsläpp. menar han att det finns ett antal åtgärder som kan genomföras och som kan ge relativt snabba effekter. Den kanske mest kända flygoperativa åtgärden för att minska bränsleåtgången är gröna inflygningar. En vanlig inflygning innebär ofta att man flyger i trappsteg ned mot flygplatsen, något som bullrar och drar mycket bränsle. Konceptet med grön inflygning innebär att piloten planerar flygningen så att inflygningen sker som glidflygning med motorerna på mycket lågt varvtal. På detta vis sparar man bränsle och minskar bullerbelastningen. Det ställer dock större krav på besättningen och är svårt att genomföra när det är mycket trafik. Bränsleoptimal fart innebär att man flyger med en hastighet som gör att bränslet utnyttjas så effektivt som möjligt. Den bränsleoptimala farten är lägre än den hastighet man oftast flyger med och skulle förstås leda till längre flygtider och minskad kapacitet. Ju högre flyghöjd, desto högre bränsleoptimal fart och vice versa. På inrikesflygningar kommer man oftast inte upp till bränsleoptimal höjd, vilket man gör under en långflygning. Ett annat tillvägagångssätt för att spara bränsle är att använda mindre flygplan och mellanlandningar. Trots att man måste genomföra ytterligare en bränslekrävande stigning efter en mellanlandning sparar det bränsle jämfört med att flyga med ett större flygplan. Stora flygplan har nämligen oproportionerligt mycket mer bränsle ombord än mindre flygplan. Restiden blir naturligtvis längre när man måste mellanlanda för att tanka. Att vid långa flygningar använda mindre plan som lufttankar under vägen sparar också bränsle, till och med om man räknar in tankflygplanens bränsleåtgång. Även lufttankning sänker hastigheten och därmed kapaciteten i flygsystemet. Att som fåglarna flyga i formation används inom militärt flyg. Det har föreslagits även inom reguljärt flyg eftersom det minskar bränsleåtgången, men tillämpas inte . Ett ännu mer visionärt förslag är att ha mycket stora flygplan liggande under veckor eller månader i en omloppsbana runt jorden. Mindre flygplan skulle docka med det större och låta passagerare kliva av och på. Svårigheten skulle förstås vara att försörja dessa stora plan med energi . Inom strävar man efter en mer sammanhållen flygtrafikledning över nationsgränserna, bland annat för att minska flygvägsförlängningarna. EU driver Single European Sky (SES), som syftar just till att effektivisera utnyttjandet av luftrummet i . Inom SES bedrivs Sesar (). Ett mål inom SES är att bilda nio samarbetsregioner, så kallade funktionella luftrumsblock (Functional Airspace Blocks, FAB). och utgör ett FAB och har dessutom bildat ett gemensamt företag, NUAC (). Fjärropererade flygledartorn är något som utvecklats i inom ramen 2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG för SES och som prövas på europeisk nivå för att öka effektiviteten. SES går dock långsamt, och kritik har riktats mot flera länder för att de inte samarbetar. Flygtrafiktjänstens viktigaste uppgift är att upprätthålla flygsäkerheten. Det är framför allt säkerhetsaspekter som sätter gränser för hur många flygplan som kan lyfta, befinna sig i luften och landa . Teknikutveckling av transpondrar och gps-baserade informationssystem för att minska kraven på fysisk separation av flygplan kommer att förbättra säkerheten och kunna leda till ökad kapacitet i systemet. Möjligheter och hinder för ett hållbart framtida flyg De fyra experterna är ense om att det finns tekniska och operativa lösningar för ett framtida hållbart flyg. Det är däremot inte självklart hur avvägningarna ska göras mellan effektiviseringar inom ramen för etablerad teknik och mer radikala lösningar. Det är inte heller enkelt att besvara frågan om tekniska eller flygoperativa åtgärder är mest effektiva, eller hur snabba effektiviseringarna kommer att vara inom konstruktions-, motor- och bränsleutvecklingen. Det finns i rapporten flera exempel på teknik som troligtvis kommer att vara införd i de plan som tas i bruk 2030. används olika lättviktsmaterial och kompositer i såväl flygplanskonstruktioner som motorer, och den utvecklingen kommer att fortsätta. Motorer som tar till vara delar av avgasvärmen kan vara i bruk 2030, liksom okapslade turbofläktmotorer. Fortsatta effektiviseringar genom vingarnas och motorernas placering är också troliga. En renässans för propellerplanen kan vara att vänta. Med hjälp av enbart konventionell teknikutveckling av befintliga motortyper uppskattas bränsleförbrukningen kunna minska de kommande 35 åren. Om dessutom teknikförbättringar av flygplanen och driften tas med blir denna effektivisering avsevärt större – uppskattningsvis det dubbla. Användningen av bränsle från förnybara råvaror som inte konkurrerar ut matproduktion eller leder till koldioxidutsläpp i framställningsprocessen kan väntas öka. Om metoderna för att framställa bränsle av socker eller cellulosa förbättras kan de komma att utgöra en allt större andel av råvarorna. Det finns också exempel på mer omvälvande tekniska förändringar som skulle kunna leda till ökad effektivitet men som inte tros vara i drift . En integrering av flygplanskropp och vinge eller flygplan med två eller tre kroppar tillhör mer radikala tekniker. Pulsdetonationsmotorer kan leda minskad bränsleförbrukning, men tekniken är inte tillräckligt utvecklad för att tas i bruk förrän uppskattningsvis kring 2050. Bränsle skulle också kunna sparas genom att man glidflyger under stora delar av resan, men det är inte dagens flygplan utrustade för. Det är också långt kvar innan det finns flygplan som använder solceller, batterier, bränsleceller och vätgas som huvudsaklig energikälla. Försök har gjorts att flyga på bränsle gjort av vatten och luft, men EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG det är mycket kvar innan en sådan process kan användas inom passagerarflyget, om ens . Implementeringen av mer innovativa och omvälvande lösningar pågår parallellt med utvecklingen av den befintliga tekniken. Införandet av ny tek- nik går olika fort inom olika områden – till exempel händer det för när- varande mycket inom området flygmotorer. Hindren för införande av ny teknik är stora. Ett är att utveckling av ny flygteknik tar tid. Eftersom det finns extremt höga krav på säkerhet måste ny teknik prövas innan den kan certifieras och släppas ut på mark- Ett flygplan har också en lång livstid, ofta uppemot . många parter och länder som ska komma överens när ny teknik och ny flyg- ledning ska introduceras. Flygplan, motorer och bränsle har dessutom utvecklats tillsammans och är beroende av varandra, vilket gör att man till exempel inte kan använda en ny motor utan att anpassa flygplanskonstruktionen och bränslet. är till sin natur en global marknad, och alla flygplan ska kunna tanka och landa i princip överallt, vilket skapar långa omställningstider. av biobränslen bör man inte bygga in nya problem, såsom konkurrens med matproduktion eller koldioxidutsläpp under själva tillverkningsprocessen. Investeringskostnaderna inom flyget är mycket omfattande, och i kombina- tion med en delvis svårförutsägbar framtid som kan påverkas av ett skiftande oljepris, politiska regleringar eller extrema händelser som vulkanutbrott eller terrorism, leder det till en försiktighet hos aktörer som investerar i ny flygtek- Utvecklingen av flyget domineras därför av ett fåtal stora företag som noga bevakar varandras beslut och handlingar för att minimera risktagandet. hårda konkurrensen gör också att flygbolagen till exempel inte är beredda att förlänga flygtiderna, något som annars skulle kunna möjliggöra användning av ny teknik eller minska bränsleåtgången inom ramen för befintlig teknik. Den nya tekniken gör inte sällan att man ställs inför avvägningar mellan till exempel miljö och kapacitet eller mellan olika miljömål. De praktiska och ekonomiska hindren är därför omfattande och anledning- en till att många tror på förbättringar inom ramen för etablerad teknik snarare än en mer språngartad utveckling. sammanfattar i sitt avsnitt läget i följande meningar: Det är [] viktigt att påpeka att det inte är flygandet i sig som är pro- blemet utan att vi flyger på det sätt som vi gör för att det är kommersiellt gångbart och det mest ekonomiskt lönsamma sättet att med dagens förut- sättningar driva flygtrafik. Tekniskt är det fullt möjligt att ta fram helt andra koncept för trafikflyg med avsevärt lägre energiförbrukning och miljöpåverkan men de här flygplanen är med dagens förutsättningar inte De stora osäkerheterna som radikalt kommer att påverka utformningen av det framtida trafikflyget ligger snarare på de kommersiella villkoren än de tekniska lösningarna. Något som skulle kunna förändra utvecklingen är priset på drivmedel – höjda drivmedelskostnader skulle kunna leda till att mer radikal teknik tas i bruk. 2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG Bränslepriset har historiskt haft stor pådrivande effekt på flygteknikutvecklingen, eftersom det är en betydande och svårförutsägbar utgift för flyget. Att minska drivmedelskostnaderna är därför en drivkraft för flygbranschen, oavsett miljö- och klimatperspektivet. Sedan den jetdrivna kommersiella trafiken inleddes har bränsleförbrukningen minskat till . Den slutsatsen har stöd i andra, liknande undersökningar.76 far vidare!