Waarom het ons elektriese motors en treine, maar min elektriese vliegtuie? Die hoofrede is dat dit baie eenvoudiger is om 'n motor of trein radikaal te modifiseer, selfs al lyk dit baie soos tradisionele fossielbrandstofvoertuie aan die buitekant.
Landvoertuie kan die ekstra massa van elektrisiteitstoor of elektriese aandrywingstelsels maklik hanteer, maar vliegtuie is baie sensitiewer.
Byvoorbeeld, die verhoging van die massa van 'n motor met 35% lei tot 'n toename in energieverbruik van 13-20%. Maar vir 'n vliegtuig is energieverbruik direk eweredig aan die massa: die verhoging van die massa met 35% beteken dat dit 35% meer energie nodig het (alle ander dinge is gelyk).
Maar dit is slegs 'n deel van die verhaal. Vliegtuie ry ook veel verder as grondvoertuie, wat beteken dat 'n vlug veel meer energie benodig as 'n gemiddelde padrit. Vliegtuie moet al die energie wat benodig word om sy massa vir elke vlug te beweeg aan boord stoor (in teenstelling met 'n trein wat aan 'n elektriese netwerk gekoppel is). Die gebruik van 'n swaar energiebron beteken dus meer energie is nodig vir 'n vlug, wat lei tot ekstra massa, ensovoorts.
Vir 'n vliegtuig is massa van kardinale belang, en daarom weeg lugrederye vinnig vragte. Elektriese vliegtuie benodig batterye met genoeg energie per kilogram battery, of die massa-boete beteken dat hulle eenvoudig nie lang afstande kan vlieg nie.
Kort afstand vliegtuie
Ten spyte hiervan is elektriese vliegtuie op die horison - maar jy sal binnekort nie elektriese 747's sien nie.
Die beste beskikbare litiumionbatterye van vandag bied ongeveer 200 watt-uur (Wh) per kilogram, ongeveer 60 keer minder as huidige vliegtuigbrandstof. Hierdie tipe battery kan klein elektriese lugtaxi's met tot vier passasiers oor 'n afstand van ongeveer 100km aanjaag. Vir langer ritte is meer energiedigte selle nodig.
Kort-afstand elektriese pendelvliegtuie wat minder as 30 km vir minder as 800km vervoer, benodig byvoorbeeld tussen 750 en 2,000Wh / kg, wat ongeveer 6-17% van die energie-inhoud van petroleum gebaseerde straalbrandstof is. Selfs groter vliegtuie benodig al hoe ligter batterye. Byvoorbeeld, 'n vliegtuig wat 140-passasiers vir 1,500km vervoer, verbruik ongeveer 30kg petroleum per passasier. Met die huidige batterytegnologie is byna 1,000kg batterye per passasier nodig.
Om die plaaslike pendelvliegtuie ten volle elektries te maak, is die gewig van die batterye vier tot tien maal verlaag. Die historiese tempo van verbetering in batteryenergie op lang termyn was ongeveer 3-4% per jaar, wat verdubbel ongeveer elke twee dekades. Op grond van 'n voortsetting van hierdie historiese neiging, kan die viervoudige verbetering wat nodig is vir 'n volledig elektriese pendelvliegtuig, moontlik ongeveer middel-eeu bereik word.
Alhoewel dit 'n ongelooflike lang wag kan wees, is dit in ooreenstemming met die tydsverloop van die lugvaartbedryf vir die lewenssiklus vir infrastruktuur en vliegtuie. 'N Nuwe vliegtuig neem ongeveer 5-10 jaar om te ontwerp en sal dan twee tot drie dekades in gebruik bly. Sommige vliegtuie vlieg nog 50 jaar ná hul eerste vlug.
Hier kom die basters
Beteken dit dat langafstandvlieg altyd op fossielbrandstowwe staatmaak? Nie noodwendig.
Terwyl groot elektriese groot vliegtuie 'n groot, maar tog te vinde verskuiwing in energieberging benodig, is daar ander maniere om die omgewingsimpak van vlieg te verminder.
Hybrid-elektriese vliegtuie kombineer brandstof met elektriese aandrywing. Hierdie vliegtuigklas bevat ontwerp sonder batterye, waar die elektriese aandrywingstelsel dien om die drukvermoë te verbeter en sodoende die hoeveelheid brandstof wat benodig word, te verminder.
Hybrid-elektriese vliegtuie met batterye is ook in ontwikkeling, waar die batterye in spesifieke omstandighede ekstra krag kan lewer. Batterye kan dan byvoorbeeld skoon opstyg en landing gee om emissies naby lughawens te verminder.
Elektriese vliegtuie is ook nie die enigste manier om die direkte koolstofvoetspoor van vlieg te verminder nie. Alternatiewe brandstowwe, soos biobrandstof en waterstof, word ook ondersoek.
Biobrandstof, wat brandstof is afgelei van plante of alge, is die eerste keer op 'n kommersiële vlug in 2008 en verskeie lugdienste het proewe uitgevoer saam met hulle. Alhoewel dit nie wyd aanvaar word nie, word daar tans ondersoek ingestel na volhoubare biobrandstof wat geen invloed op varswaterbronne of voedselproduksie het nie.
Alhoewel biobrandstof nog CO₂ vervaardig, benodig hulle nie noemenswaardige veranderinge aan bestaande vliegtuie of lughawe-infrastruktuur nie. Waterstof, aan die ander kant, benodig 'n volledige herontwerp van die brandstofinfrastruktuur van die lughawe en het ook 'n beduidende invloed op die ontwerp van die vliegtuig self.
Terwyl waterstof baie lig is, bevat waterstof drie keer meer energie per kilogram dan kerosine - die digtheid daarvan is baie laag, selfs as dit by 'n vloeistof gestoor word by -250 ℃. Dit beteken dat brandstof nie meer in die vleuel geberg kan word nie, maar na relatief swaar en lywige tenks binne die romp moet verskuif word. Ondanks hierdie nadele, kan langafstandvlugte met waterstof aangevuur word tot 12% minder energie as keroseen.
Dries Verstraete, senior lektor in lugvaartontwerp en -aandrywing, Universiteit van Sydney
Video: Future Aircraft - NASA-dokumentêr
Jy is hier: Tuis > Sosiale en politieke > omgewing > klimaat > Oplossings > Hoeveel geld bome bespaar jou stad?