電気飛行機はここにあります-しかし、彼らは飛行の炭素問題を解決しません

電気飛行機はここにあります-しかし、彼らはフライングのCo2問題を解決しません
Eviationのアリスのプロトタイプ。 イアン・ラングスドン/ EPA

英国政府は、新しい従来のガソリン車とディーゼル車の販売を禁止する予定です 2040によって。 明らかに、この計画は、すべての市民が電気自動車またはハイブリッド電気自動車を運転するか、さらに良いことに自転車に乗ることです。 しかし、電化は、他の炭素を大量に消費する旅客輸送、飛行からの排出を削減するのに役立つでしょうか?

これは複雑な質問であり、サイズが重要です。 小型飛行機に電気を動力とすることは可能です。 実際、いくつかの企業はすでに小型の電気航空機を開発しており、彼らは 今後数年間.

しかし、大型航空機の場合、私たち全員がより頻繁に使用するため、いつでもすぐに発生することはほとんどありません。 問題は推進技術ではなく、エネルギー貯蔵です。 ジェット燃料には、現在利用可能な最新のリチウムイオン電池の約1キログラムあたり30倍のエネルギーが含まれています。

世界最大の旅客機であるエアバスA380は、1回の飛行で600キロメートルの乗客を15,000飛行させることができます。 しかし、私の計算によると、バッテリーを使用した場合、1,000キロメートルをわずかに超える程度しか飛行できませんでした。 すべての乗客と貨物がバッテリーに交換されたとしても、範囲は2,000キロメートル未満です。 現在の範囲を維持するために、飛行機は現在の燃料摂取量の30倍の重量のバッテリーを必要とします。つまり、地面から降りることはありません。

このトレードオフは、燃料が離陸時の航空機の重量の半分を占めるため、長距離フライトにとって特に悪いです。 さらに、燃料が消費されると従来の飛行機は軽くなりますが、電気航空機はフライト全体で同じバッテリー重量を運ぶ必要があります。 私が言ったように、サイズが重要です。

5〜10人乗りの軽飛行機の場合、燃料は飛行機の重量の10%〜20%を占める可能性があります。 燃料をバッテリーと交換するだけでも、飛行機が飛ぶことができる距離が実用的ではなくなる可能性があります。 しかし、2人または3人の乗客を追加のバッテリーに交換すると、500kmを超える燃料駆動範囲と比較して、750キロメートルから1,000キロメートルの範囲が得られます。

最初の商用モデル

ただし、別のオプションがあります。 イスラエルの会社 回避 最近、世界初の商用全電動旅客機になると主張するもののプロトタイプ版を発表しました。 アリスという航空機は、ジェット燃料をバッテリーに交換するだけでなく、推進システムを機体に統合する方法を改善するまったく新しい設計コンセプトです。 1,000kmの範囲で9人の乗客を運ぶアリスは、2022でサービスを開始する予定です。

アリスは、小規模な地域旅行の実用的な代替手段となる可能性がありますが、ほとんどの定期旅客便、短距離便の場合はそうではありません。 では、電化はここでどのように役立つのでしょうか? バッテリー技術の改善は1つの選択肢です。 として知られる新しい技術 リチウム空気電池 理論的にはジェット燃料と同じエネルギー密度に達することができます。 しかし、彼らはまだ実験室の段階にあります。 航空産業の非常に安全性を重視する性質を考えると、未実証の技術で将来の航空機を計画することはほとんどありません。

次の20から30年の短距離フライトで見られる可能性が高いのは、現在のターボファンエンジンと新しい電気推進システムを組み合わせたハイブリッド航空機です。 このより柔軟なハイブリッドシステムは、離陸に必要な高い推力と長いクルーズに必要なエネルギー密度を提供するように最適化できます。

電気飛行機はここにあります-しかし、彼らはフライングのCo2問題を解決しません
ハイブリッドE-ファンX。 エアバス

これは積極的に追求されている分野です E-FanX このプロジェクトでは、エアバス、ロールスロイス、シーメンスが協力してハイブリッド電気推進飛行デモンストレーターを開発します。 通常146の乗客を運ぶBAe 100航空機を使用して、航空機の4つのハネウェルターボファンエンジンの1つを2メガワットの電動モーターで駆動される推進ファンに交換する予定です。

プロジェクトの初期段階では、電力は実際に航空機の胴体(本体)に収容されたロールスロイスAE2100ガスタービンによって供給されます。 しかし、E-FanXは、ハイブリッド電気技術の進化における重要なステップであり続けます。 エアバスは言う この技術を100によって2030座席航空機で利用できるようにしたいと考えています。

また、2台の大型ターボファンを使用する従来の設計よりも効率的な、いわゆる分散推進システムで、飛行機に複数の小型電気推進機を装備することもできます。 このアイデアは、別個の胴体と翼を単一の「ブレンドウィングボディ」、より効率的な空力設計でプロペラと機体をより効率的に統合します。 これにより、航空機が必要とするエネルギー量を20%削減できます。

しかし、世界の2つの主要航空機メーカーであるボーイングとエアバスのいずれも、混合翼技術を積極的に追求していません。 このような大きな設計変更には、技術的な課題が多すぎます 商業的に実行可能にする たった今。 たとえば、ほとんどの空港では、混合翼の航空機に対応できません。

いいえ代替はありません

残念ながら、私たちのほとんどが行うフライトの種類については、現在、ジェット燃料ターボファンの実用的な代替手段はありません。 このため、主要な航空機エンジンメーカーは、現在のエンジン技術の改善に多額の投資を行っています。 国際航空運送協会 と推定 各世代の航空機は、それが置き換えるモデルよりも平均で20%燃料効率が高く、航空会社は今後10年間で1.3兆米ドルを新しい飛行機に投資します。

たとえば、ロールスロイスの最新のエンジン、 トレントXWB それは新しい力を与えます エアバスA350、「世界で最も効率的な大型航空エンジン」として販売されています。 エアバスは、エンジンがA350が「前世代の航空機と比較して、25%の運用コスト、燃料消費、CO₂排出量の削減」を達成するのに役立つと主張しています。

次世代のロールスロイスエンジン、 UltraFanTM、さらに20%から25%の燃料消費とCO₂排出量の削減を提供し、2025でサービスを開始する予定です。

しかし、航空は現在、世界のCO₂排出量の2%にのみ寄与していることを覚えておく価値があります。 これは、輸送セクター全体で約3%から30%に相当し、発電ではさらに35%から30%に相当します。

航空旅客の数は 倍になると予想される 次の20年間で総排出量もそうであるため、これが航空を問題の大きな部分にする可能性は低い。 航空機の世代ごとに20%の航空放出を削減することは、おそらく持続可能な改善ではないかもしれません。 しかし、ハイブリッド航空機が現実のものになった場合、飛行は今日よりも総排出量への貢献度がさらに低くなる可能性があります。

著者について

ダンカンウォーカー、応用空気力学の上級講師、 ラフバラ大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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