Prototaip Alice Eviation. Ian Langsdon / EPA

Kerajaan UK merancang untuk melarang penjualan kereta petrol dan diesel konvensional baru oleh 2040. Jelas sekali pelan ini adalah untuk semua warga untuk memandu kereta elektrik atau kereta hibrid, atau - basikal yang lebih baik. Tetapi bolehkah bekalan elektrik membantu memotong pelepasan dari bentuk pengangkutan penumpang yang intensif karbon yang lain, terbang?

Ini adalah persoalan yang kompleks dan satu perkara penting. Ia adalah mungkin bagi pesawat kecil untuk dikuasakan oleh elektrik. Malah beberapa syarikat sudah membangun pesawat elektrik kecil dan mereka boleh datang di pasaran dalam beberapa tahun akan datang.

Tetapi untuk pesawat besar kita semua menggunakan lebih kerap ia tidak mungkin berlaku dalam masa terdekat. Masalahnya bukan teknologi pendorong tetapi penyimpanan tenaga. Bahan bakar jet mengandungi sekitar 30 kali lebih banyak tenaga per kilogram daripada bateri lithium-ion paling maju yang kini tersedia.

Pesawat penumpang terbesar dunia, Airbus A380, boleh terbang 600 penumpang 15,000 kilometer dalam penerbangan tunggal. Tetapi, menurut pengiraan saya, dengan bateri ia hanya dapat terbang sedikit lebih dari 1,000 kilometer. Sekalipun semua penumpang dan kargo digantikan dengan bateri, jaraknya masih kurang dari 2,000 kilometer. Untuk mengekalkan jarak semasa, pesawat itu memerlukan bateri yang menimbang 30 kali lebih banyak daripada pengambilan bahan api semasa, yang bermaksud ia tidak akan turun dari tanah.

Perdagangan ini sangat buruk untuk penerbangan jarak jauh kerana bahan api menjadikan separuh daripada berat pesawat itu berlepas. Lebih-lebih lagi, satah konvensional semakin ringan apabila bahan bakar dimakan, tetapi pesawat elektrik perlu membawa berat bateri yang sama untuk penerbangan keseluruhan. Seperti yang saya katakan, saiz perkara.

Untuk pesawat ringan lima hingga sepuluh tempat duduk, bahan bakar cenderung membentuk 10% hingga 20% dari berat pesawat. Hanya menukar bahan api untuk bateri masih dapat mengurangkan jarak pesawat boleh terbang dengan jumlah yang tidak praktikal. Tetapi menggantikan dua atau tiga penumpang dengan bateri tambahan akan memberikan jarak 500 kilometer ke kilometer 750, berbanding dengan jarak bahan api yang lebih tinggi daripada 1,000km.

Model komersial pertama

Walau bagaimanapun, terdapat pilihan lain. Firma Israel Eviation baru-baru ini mendedahkan versi prototaip mengenai apa yang dikatakannya akan menjadi pesawat penumpang semua-elektrik komersial pertama di dunia. Pesawat itu, bernama Alice, tidak hanya menukar bahan bakar jet untuk bateri tetapi merupakan konsep reka bentuk keseluruhan yang meningkatkan cara sistem pendorong terintegrasi ke dalam kerangka pesawat udara. Menjalankan sembilan penumpang dengan pelbagai 1,000km, Alice dijangka memasuki perkhidmatan di 2022.

Alice mungkin menjadi alternatif praktikal untuk perjalanan kecil dan serantau tetapi bukan untuk penerbangan penumpang yang paling dijadualkan, walaupun jarak pendek. Jadi bagaimana boleh bantuan elektrik di sini? Meningkatkan teknologi bateri adalah satu pilihan. Teknologi baru yang dikenali sebagai bateri lithium-udara secara teorinya boleh mencapai ketumpatan tenaga yang sama seperti bahan bakar jet. Walau bagaimanapun, mereka masih berada di peringkat makmal. Memandangkan sifat keselamatan industri penerbangan yang sangat selamat, ia tidak mungkin merancang pesawat masa hadapan pada teknologi yang tidak terbukti.

Apa yang kita lebih cenderung untuk melihat penerbangan jarak pendek dalam 20 seterusnya ke tahun 30 adalah pesawat hibrid yang menggabungkan enjin turbofan semasa dengan sistem propulsor elektrik baru. Sistem hibrid yang lebih fleksibel ini dapat dioptimumkan untuk memberikan tujahan tinggi yang diperlukan untuk berlepas dan kepadatan tenaga yang diperlukan untuk pelayaran yang panjang.

Hibrid E-Fan X. Airbus

Ini adalah kawasan yang sedang giat dijalankan di E-FanX projek, yang melibatkan Airbus, Rolls-Royce dan Siemens bekerjasama untuk membangunkan demonstrasi penerbangan hibrid-elektrik hibrida. Dengan menggunakan pesawat BAE 146, yang biasanya membawa penumpang 100, mereka merancang untuk menggantikan satu daripada empat enjin turbofan Honeywell pesawat dengan peminat propulsor yang didorong oleh motor elektrik dua megawatt.

Dalam fasa awal projek, elektrik akan dibekalkan oleh turbin gas Rolls-Royce AE2100 yang ditempatkan di dalam badan pesawat (badan utama). Tetapi E-FanX masih menjadi langkah penting dalam evolusi teknologi elektrik hibrid. Airbus berkata ia ingin menjadikan teknologi ini tersedia untuk pesawat 100-seat oleh 2030s.

Ia juga mungkin untuk melengkapkan pesawat dengan beberapa alat elektrik kecil dalam sistem pendorong yang dipanggil yang lebih berkesan daripada reka bentuk tradisional yang menggunakan dua turbofans besar. Idea ini boleh diambil dengan menggabungkan fiuslaj dan sayap berasingan ke dalam satu "badan sayap bercampur-campur", Lebih efisien mengintegrasikan propulsor dengan kerangka pesawat dalam reka bentuk yang lebih aerodinamik. Ini dapat mengurangkan jumlah tenaga pesawat yang diperlukan oleh 20%.

Tetapi kedua-dua pengeluar pesawat utama dunia, Boeing dan Airbus, sedang giat mengejar teknologi sayap campuran. Peralihan reka bentuk seperti ini mempunyai terlalu banyak cabaran teknikal untuk menjadikannya secara komersial sekarang. Sebagai contoh, kebanyakan lapangan terbang tidak dapat menampung pesawat sayap campuran.

Tiada alternatif

Sayangnya, bagi jenis penerbangan yang kebanyakan kita buat tidak ada alternatif praktikal untuk turbofans jet yang dibakar. Atas sebab ini, pengeluar enjin pesawat utama melabur banyak dalam meningkatkan teknologi enjin semasa mereka. Persatuan Pengangkutan Udara Antarabangsa menganggarkan bahawa setiap pesawat generasi baru adalah purata 20% lebih cekap bahan api daripada model yang digantikannya, dan syarikat penerbangan itu akan melabur US $ 1.3 trilion dalam pesawat baharu dalam dekad yang akan datang.

Sebagai contoh, enjin terbaru Rolls-Royce, yang Trent XWB yang kuasa baru Airbus A350, dipasarkan sebagai "enjin aero besar yang paling cekap di dunia". Airbus mendakwa enjin itu akan membantu A350 mencapai “25% kos operasi yang lebih rendah, pembakaran bahan api dan CO? pelepasan jika dibandingkan dengan pesawat generasi sebelumnya”.

Generasi generasi enjin Rolls-Royce, yang UltraFanTM, akan menawarkan pengurangan 20% hingga 25% lagi dalam penggunaan bahan api dan CO? pelepasan dan akan mula beroperasi pada 2025.

Tetapi perlu diingat bahawa penerbangan pada masa ini hanya menyumbang 2% hingga 3% daripada CO global? pelepasan. Ini berbanding kira-kira 30% hingga 35% untuk keseluruhan sektor pengangkutan, dan 30% hingga 35% lagi untuk penjanaan elektrik.

Bilangan penumpang udara adalah dijangka berganda selama dua dekad yang akan datang tetapi begitu juga pelepasan total sehingga ini tidak mungkin membuat penerbangan menjadi sebahagian besar masalah. Mengurangkan pelepasan penerbangan oleh 20% setiap generasi pesawat mungkin mungkin tidak bertambah baik. Tetapi jika pesawat hibrid menjadi realiti maka terbang benar-benar boleh menjadi kurang dari penyumbang kepada jumlah pelepasan daripada hari ini.

Tentang Pengarang

Duncan Walker, Pensyarah Kanan dalam Aerodinamik Gunaan, Universiti Loughborough

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.