نمونه اولیه آلیس Eviation. یان لانگسون / EPA
دولت انگلستان در نظر دارد فروش بنزین های معمولی جدید و دیزلی را ممنوع اعلام کند توسط 2040. واضح است که این طرح برای همه شهروندان در حال رانندگی با اتومبیل های برقی یا هیبریدی برقی و یا بهتر است دوچرخه سواری باشد. اما آیا الکتریسیته می تواند به کاهش تولید گازهای گلخانه ای از آن شکل کربن فشرده حمل و نقل مسافر ، پرواز کمک کند؟
این یک سوال پیچیده است و در جایی که اندازه اهمیت دارد. برای هواپیماهای کوچک امکان برق وجود دارد. در حقیقت چندین شرکت در حال تولید هواپیماهای برقی کوچک هستند و می توانند وارد بازار شوند چند سال آینده.
اما برای هواپیماهای بزرگ که همه ما بیشتر از آن استفاده می کنیم بعید است که به زودی اتفاق بیفتد. مشکل فن آوری پیشرانه بلکه ذخیره انرژی نیست. سوخت جت حاوی تقریباً 30 برابر انرژی بیشتر در هر کیلوگرم نسبت به پیشرفته ترین باتری لیتیوم یونی است که در حال حاضر در دسترس است.
بزرگترین هواپیمای مسافربری جهان ، Airbus A380 ، می تواند با یک پرواز پرواز ، مسافران 600 15,000 کیلومتر را پرواز کند. اما طبق محاسبات من ، با باتری ها می توانست کمی از کیلومتر 1,000 پرواز کند. حتی اگر همه مسافران و محموله ها با باتری ها تعویض شوند ، بازه بازه از 2,000 کیلومتر کمتر می شود. برای حفظ دامنه فعلی خود ، هواپیما به باتری هایی با وزن 30 برابر بیشتر از میزان مصرف سوخت فعلی خود نیاز دارد ، به این معنی که هرگز از روی زمین خاموش نمی شود.
این مبادله برای پروازهای طولانی مدت بسیار خطرناک است زیرا سوخت نیمی از وزن هواپیما را در هنگام برخاستن تشکیل می دهد. علاوه بر این ، یک هواپیمای معمولی با مصرف سوخت سبک تر می شود ، اما یک هواپیمای برقی برای کل پرواز باید همان وزن باتری را تحمل کند. همانطور که گفتم اندازه اهمیت دارد.
برای هواپیمای سبک پنج تا ده صندلی ، سوخت احتمالاً 10٪ تا 20٪ از وزن هواپیما را تشکیل می دهد. به سادگی تعویض سوخت برای باتری ها ممکن است مسافتی را که هواپیما می تواند با مقدار غیر عملی پرواز کند ، کاهش می دهد. اما جایگزینی دو یا سه مسافر باتری های اضافی ، محدوده ای از کیلومتر 500 به 750 کیلومتر را می دهد ، در مقایسه با دامنه سوخت بیش از 1,000km.
اولین مدل تجاری
با این حال ، می تواند گزینه دیگری باشد. شرکت اسرائیلی فرار اخیراً نسخه اولیه ای از آنچه ادعا می شود اولین هواپیمای مسافربری تمام الکتریکی جهان خواهد بود را فاش کرد. این هواپیما ، با نام آلیس ، فقط سوخت جت را برای باتری ها تعویض نمی کند ، بلکه یک طراحی کاملاً جدید است که باعث می شود نحوه ورود سیستم پیشرانه به داخل قاب هوا بهبود یابد. انتظار می رود آلیس با حمل نه مسافر با طیف وسیعی از 1,000km ، سرویس خود را در 2022 وارد کند.
آلیس ممکن است یک گزینه جایگزین عملی برای سفرهای کوچک و منطقه ای باشد ، اما نه برای بیشتر پروازهای مسافری برنامه ریزی شده ، حتی برای مسافرت های کوتاه مدت. بنابراین چگونه می توان به برق در اینجا کمک کرد؟ بهبود فناوری باتری یکی از گزینه هاست. فناوری جدیدی به نام شناخته شده است باتری های لیتیوم هوا از نظر تئوری می تواند به چگالی انرژی همان سوخت جت برسد. با این حال ، آنها هنوز در مرحله آزمایشگاه هستند. با توجه به ماهیت آگاهانه بسیار ایمنی صنعت حمل و نقل هوایی ، برنامه ریزی هواپیماهای آینده بر روی فناوری غیرقابل تصرف بعید است.
آنچه بیشتر در سالهای 20 تا 30 بعدی شاهد پروازهای کوتاه مدت خواهیم بود هواپیماهای ترکیبی است که موتورهای توربوفان فعلی را با سیستمهای پیشرانه جدید الکتریکی ترکیب می کنند. این سیستم ترکیبی انعطاف پذیر تر می تواند بهینه سازی شود تا قدرت لازم برای برخاستن و چگالی انرژی مورد نیاز برای یک سفر دریایی طولانی را فراهم کند.
هیبریدی E-Fan X. ایرباس
این منطقه ای است که به طور جدی در منطقه دنبال می شود E-FanX این پروژه شامل Airbus ، Rolls-Royce و زیمنس برای تهیه تظاهرات کننده پروانه پیشران هیبریدی-برقی است. آنها با استفاده از یک هواپیمای BAe 146 ، که معمولاً حدود مسافر 100 را حمل می کند ، قصد دارند یکی از چهار موتور توربوفن هانیول هواپیما را با یک پیشرانه محرکه که توسط موتور الکتریکی دو مگاواتی هدایت می شود ، جایگزین کنند.
در فازهای اولیه پروژه ، برق در واقع توسط یک توربین گازی Rolls-Royce AE2100 که در بدنه هواپیما (بدنه اصلی) قرار دارد تأمین می شود. اما E-FanX هنوز هم گامی مهم در تکامل فناوری الکتریکی هیبریدی خواهد بود. ایرباس می گوید می خواهد این 100 را برای هواپیماهای صندلی 2030 در دسترس قرار دهد.
همچنین تجهیز یک هواپیما به چندین پیشران برقی کوچک در یک پیشرانه به اصطلاح پیشرانه توزیع شده کارایی بیشتری نسبت به طرح های سنتی دارد که از دو توربوفن بزرگ استفاده می کنند. این ایده را می توان با ترکیب بدنه جداگانه و بالها در تک "بدن مخلوط"، تلفیق کارآمدتر پیشرانه ها با قاب هوا در طراحی آیرودینامیکی تر. این می تواند مقدار انرژی مورد نیاز هواپیما را با 20٪ کاهش دهد.
اما هیچ یک از دو هواپیمای اصلی جهان ، بوئینگ و ایرباس ، به طور جدی فناوری ترکیبی از بال را دنبال نمی کنند. چنین تغییر طراحی اصلی چالش های فنی زیادی دارد تا آن را از نظر تجاری قابل دوام سازند همین الان. به عنوان مثال ، بیشتر فرودگاه ها نمی توانند هواپیمای ترکیبی با هواپیما مخلوط کنند.
چاره ای نیست
متأسفانه ، برای نوع پروازهایی که اکثر ما انجام می دهیم ، در حال حاضر هیچ جایگزین عملی برای توربوفن های جت سوخت وجود ندارد. به همین دلیل ، تولید کنندگان اصلی موتور هواپیما سرمایه گذاری زیادی برای بهبود فناوری فعلی موتور خود انجام می دهند. انجمن بین المللی حمل و نقل هوایی تخمین می زند که هر نسل جدید هواپیما بطور متوسط 20٪ نسبت به مدل جایگزین شده از سوخت بیشتری برخوردار است و خطوط هوایی طی دهه آینده تریلیون 1.3 دلار آمریکا در هواپیماهای جدید سرمایه گذاری می کنند.
به عنوان مثال ، موتورهای اخیر رولز رویس ، ترنت XWB قدرت جدید ایرباس A350، به عنوان "کارآمدترین موتور هوایی بزرگ جهان" به بازار عرضه می شود. ایرباس ادعا می کند موتور به A350 کمک می کند تا به "25٪ کمتر هزینه های عملیاتی ، سوختن سوخت و انتشار CO₂ در مقایسه با هواپیماهای نسل قبلی" برسد.
نسل بعدی موتور رولز رویس ، UltraFanTM، باعث کاهش 20٪ تا 25٪ در مصرف سوخت و انتشار CO₂ خواهد شد و قرار است در 2025 وارد عمل شود.
اما لازم به یادآوری است که حمل و نقل هوایی در حال حاضر تنها 2٪ به 3٪ از انتشارهای CO2 جهانی را شامل می شود. این برای کل بخش حمل و نقل و تقریباً 30٪ تا 35٪ و برای تولید برق دیگر 30٪ تا 35٪ است.
تعداد مسافران هوایی است انتظار می رود دو برابر شود در طول دو دهه آینده ، اما انتشار گازهای گلخانه ای نیز به همین ترتیب ، بعید است که حمل و نقل هوایی را به بخشی بزرگتر از مشکل تبدیل کند. کاهش انتشار هواپیمایی توسط 20٪ در هر نسل از هواپیما احتمالاً ممکن است پیشرفتی پایدار نداشته باشد. اما اگر هواپیماهای هیبریدی به واقعیت تبدیل شوند ، پرواز می تواند حتی کمتر از آنچه که امروزه به تولید گازهای گلخانه ای کمک می کند ، تبدیل شود.
درباره نویسنده
دانکن واکر ، استاد ارشد آیرودینامیک کاربردی ، دانشگاه لافبورو
این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.
books_technology
