なぜ電気飛行機がないのですか?

なぜ電気飛行機がないのですか?
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電気自動車、電車、路面電車、ボートはすでに存在しています。 それは論理的に疑問につながります:なぜ大型の電気飛行機が見えないのですか? そして、すぐにそれらを見るでしょうか?

なぜ電気自動車と電車があるのに、電気飛行機が少ないのですか? 主な理由は、外の伝統的な化石燃料車と非常によく似ていても、車や電車を根本的に修正する方がはるかに簡単だからです。

陸上車両は、蓄電システムまたは電気推進システムからの余分な質量に簡単に対処できますが、航空機ははるかに敏感です。

たとえば、車の質量を35%増やすと、13-20%のエネルギー使用量が増えます。 しかし、飛行機の場合、エネルギーの使用量は質量に正比例します。質量を35%増やすと、35%のエネルギーが必要になります(他のすべてのものは同じです)。

しかし、それは物語の一部にすぎません。 航空機は地上車両よりもはるかに遠くまで移動します。つまり、飛行には平均的な道路旅行よりもはるかに多くのエネルギーが必要です。 航空機は、各フライトで質量を移動するために必要なすべてのエネルギーを機内に保存する必要があります(電車に接続されている電車とは異なります)。 したがって、重いエネルギー源を使用すると、より多くのエネルギーが飛行に必要になり、余分な質量が発生するなどの意味があります。

航空機にとって、質量は非常に重要です。これが、航空会社が手荷物を重く計量する理由です。 電気飛行機には、バッテリー1キログラムあたり十分なエネルギーのバッテリーが必要です。または、質量のペナルティは、長距離を飛ぶことができないことを意味します。

短距離飛行機

それにもかかわらず、電気航空機は地平線上にあります-しかし、あなたはすぐに電気747を見ることはありません。

現在入手可能な最高のリチウムイオンバッテリパックは、キログラムあたり約200ワット時(Wh)を提供します。 現在の航空機燃料の60倍。 このタイプのバッテリーは、約100kmの距離で最大4人の乗客が乗る小型の電気エアタクシーに電力を供給できます。 長い旅行には、より多くのエネルギー密度の高いセルが必要です。

たとえば、30km未満で最大800人を運ぶ短距離電動コミューター機は、特に750から2,000Wh / kgの間で必要です。これは灯油ベースのジェット燃料のエネルギー量の6-17%です。 大型の航空機でも、ますます軽量なバッテリーが必要です。 たとえば、140kmの1,500乗客を運ぶ飛行機は、乗客1人あたり約30kgの灯油を消費します。 現在のバッテリーテクノロジーでは、乗客1人あたりほぼ1,000kgのバッテリーが必要です。

地域の通勤航空機を完全に電気的にするためには、バッテリー重量を4〜10倍減らす必要があります。 バッテリーエネルギーの長期的な改善率は年間約3-4%で、倍増しています およそ20年ごと。 この歴史的傾向の継続に基づいて、完全に電動のコミューター航空機に必要な4倍の改善は、世紀半ば頃に達成される可能性がありました。

これは非常に長い待ち時間に思えるかもしれませんが、これは、インフラストラクチャと航空機の設計ライフサイクルの両方について、航空業界の変化のタイムスケールと一致しています。 新しい航空機の設計には5-10年ほどかかり、その後20〜30年は使用され続けます。 一部の航空機は、最初の飛行から数年経った今でも50で飛行しています。

ハイブリッドが登場

これは、長距離飛行が常に化石燃料に依存することを意味しますか? 必ずしも。

完全に電動の大型航空機は、エネルギー貯蔵における未だ発明されていない大きな転換を必要としますが、飛行の環境への影響を減らす他の方法があります。

ハイブリッド電気航空機は、燃料と電気推進を組み合わせます。 このクラスの航空機にはバッテリーなしの設計が含まれており、電気推進システムが推力効率を改善し、必要な燃料量を削減します。

バッテリーを搭載したハイブリッド電気航空機も開発中であり、バッテリーは特定の状況で追加の電力を供給する場合があります。 バッテリーは、例えば、空港近くの排出物を削減するために、きれいな離着陸を提供できます。

電気飛行機は、飛行の直接的な二酸化炭素排出量を削減する唯一の方法でもありません。 バイオ燃料や水素などの代替燃料も調査されています。

バイオ燃料、から派生した燃料 植物または藻類、2008の商用便で最初に使用され、 いくつかの航空会社が試験を実施しました 彼らと。 広く採用されてはいませんが、重要な研究では現在、淡水源や食料生産に影響を与えない持続可能なバイオ燃料を調査しています。

バイオ燃料は依然としてCO₂を生成しますが、既存の航空機や空港のインフラストラクチャに大幅な変更を加える必要はありません。 一方、水素は、空港の燃料供給インフラストラクチャを完全に再設計する必要があり、航空機自体の設計にも大きな影響を及ぼします。

水素は非常に軽いですが、水素には キログラムあたり3倍のエネルギー 灯油よりも--250℃で液体として保存した場合でも、その密度は非常に低いです。 これは、燃料を翼に保管することはできなくなりますが、胴体内部の比較的重くてかさばるタンクに移動する必要があることを意味します。 これらの欠点にもかかわらず、水素燃料の長距離飛行は消費する可能性があります 灯油よりも最大12%少ないエネルギー.

著者について

Dries Verstraete、航空宇宙設計および推進の上級講師、 シドニー大学

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.

ビデオ:Future Aircraft-NASAドキュメンタリー

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