電動飛機就在這裡–但它們無法解決飛行的碳排放問題

電動飛機就在這裡–但是它們無法解決飛行的Co2問題
Eviation的Alice原型。 Ian Langsdon / EPA

英國政府計劃禁止銷售新的常規汽油和柴油汽車 由2040。 顯然,該計劃是讓所有公民駕駛電動或混合動力汽車,或者最好是騎自行車。 但是,電氣化能否幫助減少其他碳密集型客運飛行的排放呢?

這是一個複雜的問題,在大小上很重要。 小型飛機有可能由電力驅動。 實際上,有幾家公司已經在開發小型電動飛機,它們可能會在 未來幾年.

但是對於大型飛機來說,我們大家都更頻繁地使用它,這不太可能很快發生。 問題不是推進技術,而是儲能。 噴氣燃料每公斤的能量大約是當前最先進的鋰離子電池能量的30倍。

世界上最大的客運飛機-空中客車A380,一次飛行可讓600名乘客飛行15,000公里。 但是,根據我的計算,使用電池,它只能飛過1,000公里。 即使將所有乘客和貨物都更換為電池,航程仍將小於2,000公里。 為了保持其當前範圍,飛機需要的電池重量是當前燃油攝入量的30倍,這意味著它永遠不會離開地面。

這種權衡對長途飛行特別不利,因為燃料佔起飛時飛機重量的一半。 而且,傳統飛機會隨著燃料的消耗而減輕重量,但是電動飛機在整個飛行過程中必須攜帶相同的電池重量。 正如我所說,大小很重要。

對於五到十個座位的輕型飛機,燃油可能佔飛機重量的10%至20%。 簡單地將燃料換成電池,仍可能會使飛機飛行的距離減少不切實際的程度。 但是,用額外的電池代替兩到三名乘客將使500公里到750公里,而燃油驅動的里程超過1,000公里。

第一個商業模式

但是,可能還有其他選擇。 以色列公司 Eviation 最近,該公司聲稱將成為世界上第一架商用全電動客機的原型機。 這架名為愛麗絲(Alice)的飛機不僅將噴氣燃料用於電池,而且是一種全新的設計概念,可改善推進系統與機體的集成方式。 Alice運載9名乘客,航程為1,000km,預計將在2022中投入使用。


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對於小範圍的區域旅行,愛麗絲可能是一種實用的選擇,但對於大多數定期客運航班(甚至是短途航班)而言,愛麗絲不是。 那麼電氣化在這裡有什麼幫助呢? 改進電池技術是一種選擇。 一種稱為的新技術 鋰空氣電池 理論上可以達到與噴氣燃料相同的能量密度。 但是,它們仍處於實驗室階段。 鑑於航空業極為註重安全的本質,不太可能使用未經驗證的技術來計劃未來的飛機。

在接下來的20到30年中,我們更可能看到短途飛行的是混合動力飛機,它將當前的渦扇發動機與新的電動推進器系統結合在一起。 可以對這種更加靈活的混合動力系統進行優化,以提供起飛所需的高推力和長時間巡航所需的能量密度。

電動飛機就在這裡–但是它們無法解決飛行的Co2問題
混合動力車X. 空中客車公司

這是該領域積極追求的領域 電子傳真 該項目由空客,羅爾斯·羅伊斯公司和西門子組成,共同開發混合動力推進飛行演示器。 他們計劃使用BAe 146飛機(通常載有100乘客),計劃用由兩兆瓦電動機驅動的推進器風扇取代飛機的四台霍尼韋爾渦輪風扇發動機之一。

在項目的初始階段,電力實際上將由飛機機身(主體)中的勞斯萊斯AE2100燃氣輪機提供。 但是E-FanX仍將是混合動力技術發展的重要一步。 空客說 它希望100可以將這種技術用於2030座飛機。

在所謂的分佈式推進系統中,還可以為飛機配備多個小型電動推進器,該系統比使用兩個大型渦輪風扇的傳統設計效率更高。 通過將單獨的機身和機翼組合成一個單獨的“混合翼體”,以更符合空氣動力學的設計將推進器與機身更有效地集成在一起。 這樣可以將飛機所需的能量減少20%。

但是,世界上兩個主要的飛機製造商,波音和空中客車公司都沒有積極追求混合機翼技術。 如此重大的設計變更具有太多的技術挑戰 使它在商業上可行 馬上。 例如,大多數機場將無法容納混合翼飛機。

別無選擇

不幸的是,對於我們大多數人進行的飛行類型,目前沒有其他替代噴氣燃料的渦輪風扇的選擇。 因此,主要的飛機發動機製造商正在大力投資以改善其當前的發動機技術。 國際航空運輸協會 估計那個 每架新一代飛機的燃油效率平均比其替代機型高20%,並且航空公司在未來十年內將在新飛機上投資1.3萬億美元。

例如,勞斯萊斯(Rolls-Royce)最新的引擎 特倫特XWB 為新動力 空中客車公司A350被譽為“世界上最高效的大型航空發動機”。 空中客車公司聲稱,該發動機將幫助A350實現“與上一代飛機相比,可將運行成本,燃油消耗和CO2排放量降低25%”。

下一代勞斯萊斯發動機 UltraFanTM,將進一步減少20%到25%的燃料消耗和CO2排放,並將在2025中投入使用。

但值得記住的是,航空業目前僅佔全球CO2排放量的2%。 相比之下,整個運輸行業的3%到30%,發電的35%到30%。

航空乘客人數是 有望翻一番 在接下來的二十年中,總排放量也是如此,因此這不太可能使航空成為更大的問題。 每代飛機減少20%的航空排放可能不是可持續的改進。 但是,如果將混合動力飛機變成現實,那麼飛行對排放總量的貢獻實際上將比現在更少。

關於作者

鄧肯·沃克(Duncan Walker),應用空氣動力學高級講師, 拉夫堡大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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