نموذج Eviation أليس. إيان لانجسدون / وكالة حماية البيئة
تخطط حكومة المملكة المتحدة لحظر بيع سيارات البنزين والديزل التقليدية الجديدة بواسطة 2040. من الواضح أن الخطة هي أن يقود جميع المواطنين السيارات الكهربائية أو الهجينة ، أو - من الأفضل أن يركبوا الدراجات. ولكن هل يمكن للكهرباء أن تساعد في خفض الانبعاثات من ذلك الشكل الآخر كثيف الكربون لنقل الركاب أثناء الطيران؟
هذا سؤال معقد وأين يهم الحجم. من الممكن أن يتم تزويد الطائرات الصغيرة بالطاقة الكهربائية. في الواقع ، تقوم العديد من الشركات بتطوير الطائرات الكهربائية الصغيرة ويمكنها أن تطرح في السوق من الداخل السنوات القليلة المقبلة.
ولكن بالنسبة للطائرات الكبيرة التي نستخدمها جميعًا بشكل متكرر ، فمن غير المرجح أن يحدث ذلك في أي وقت قريب. المشكلة ليست تكنولوجيا الدفع ولكن تخزين الطاقة. يحتوي الوقود النفاث على حوالي 30 أضعاف الطاقة لكل كيلوغرام عن بطارية ليثيوم أيون الأكثر تقدمًا المتوفرة حاليًا.
أكبر طائرة ركاب في العالم ، Airbus A380 ، يمكنها أن تطير على ركاب 600 15,000 في رحلة واحدة. ولكن ، وفقًا لحساباتي ، مع البطاريات ، يمكن أن تطير أكثر قليلاً من 1,000 كيلومتر. حتى لو تم استبدال جميع الركاب والبضائع بالبطاريات ، فسيظل النطاق أقل من 2,000 كيلومتر. للحفاظ على مداها الحالي ، ستحتاج الطائرة إلى بطاريات تزن 30 مرات أكثر من استهلاكها الحالي للوقود ، مما يعني أنها لن تنطلق أبدًا من الأرض.
تعتبر هذه المقايضة سيئة للغاية بالنسبة للرحلات الجوية الطويلة حيث يمثل الوقود نصف وزن الطائرة عند الإقلاع. والأكثر من ذلك ، أن الطائرة التقليدية تصبح أخف وزناً مع استهلاك الوقود ، لكن يتعين على الطائرة الكهربائية تحمل نفس وزن البطارية طوال الرحلة. كما قلت ، حجم المسائل.
بالنسبة للطائرة الخفيفة المكونة من خمسة إلى عشرة مقاعد ، من المحتمل أن يشكل الوقود نسبة 10٪ إلى 20٪ من وزن الطائرة. قد يؤدي تبديل الوقود للبطاريات ببساطة إلى تقليل المسافة التي يمكن أن تطير بها الطائرة بمقدار غير عملي. ولكن استبدال اثنين أو ثلاثة من الركاب ببطاريات إضافية من شأنه أن يعطي مجموعة من 500 كيلومترات إلى 750 كيلومترات ، مقارنة مع مجموعة تعمل بالوقود تتجاوز 1,000km.
النموذج التجاري الأول
ومع ذلك ، يمكن أن يكون هناك خيار آخر. شركة إسرائيلية Eviation كشفت مؤخرًا عن نسخة أولية لما تدعي أنها ستكون أول طائرة ركاب تجارية تعمل بالكهرباء في العالم. الطائرة ، المسمى Alice ، لا تقوم فقط بتبادل الوقود النفاث مع البطاريات ولكنها مفهوم تصميم جديد تمامًا يعمل على تحسين طريقة دمج نظام الدفع في هيكل الطائرة. من المتوقع أن تدخل Alice الخدمة في 1,000 التي تحمل تسعة ركاب بمجموعة من 2022km.
قد تكون أليس بديلاً عمليًا للرحلات الصغيرة الإقليمية ولكن ليس بالنسبة إلى معظم رحلات الركاب المجدولة ، حتى الرحلات القصيرة. إذن كيف يمكن للكهرباء أن تساعد هنا؟ تحسين تقنية البطارية هو أحد الخيارات. التكنولوجيا الجديدة المعروفة باسم بطاريات الليثيوم الهواء يمكن نظريا الوصول إلى نفس كثافة الطاقة مثل وقود الطائرات. ومع ذلك ، فهي لا تزال في مرحلة المختبر. نظرًا لطبيعة صناعة الطيران الواعية للغاية ، فمن غير المرجح أن تخطط للطائرات المستقبلية على تكنولوجيا غير مثبتة.
ما نرجح أن نشاهده في الرحلات القصيرة المدى في السنوات القادمة من 20 إلى 30 هو الطائرات الهجينة التي تجمع بين محركات التوربوفان الحالية وأنظمة الدفع الكهربائية الجديدة. يمكن تحسين هذا النظام الهجين الأكثر مرونة لتوفير قوة الدفع العالية المطلوبة للإقلاع وكثافة الطاقة اللازمة لرحلة بحرية طويلة.
الهجين E- فان X. إيرباص
هذا هو المجال الذي يجري بنشاط متابعة في E-FanX المشروع ، الذي يضم إيرباص ورولز رويس وسيمنز كفريق واحد لتطوير مظاهرة طيران دفع هجين كهربائي. باستخدام طائرة BAe 146 ، التي تنقل عادةً حول ركاب 100 ، يخططون لاستبدال واحد من محركات هانيويل توربوفان الأربعة للطائرة بمروحة دافعة يقودها محرك كهربائي بقدرة 2 ميجاوات.
في المراحل الأولية للمشروع ، سيتم توفير الكهرباء بالفعل بواسطة توربينات غاز Rolls-Royce AE2100 الموجودة في جسم الطائرة (الهيكل الرئيسي). لكن E-FanX ستظل خطوة مهمة في تطور التكنولوجيا الكهربائية الهجينة. ايرباص يقول إنها تريد أن تجعل هذه التكنولوجيا متاحة للطائرات ذات المقعد 100 بواسطة 2030s.
من الممكن أيضًا تزويد الطائرة بعديد من الدوافع الكهربائية الصغيرة في ما يسمى بنظام الدفع الموزع الذي يكون أكثر كفاءة من التصاميم التقليدية التي تستخدم اثنين من المحركات التوربينية الكبيرة. يمكن أخذ هذه الفكرة أكثر من خلال دمج جسم الطائرة المنفصل والأجنحة في مفردة "المخلوطة الجناحين الجسم"، بشكل أكثر فعالية دمج الدوافع مع هيكل الطائرة في تصميم أكثر ديناميكية هوائية. هذا يمكن أن يقلل من كمية الطاقة التي تحتاجها الطائرة بنسبة 20٪.
لكن أيا من شركتي الطائرات الرئيسيتين في العالم ، بوينغ وإيرباص ، لا تعمل بنشاط على تطوير تكنولوجيا الأجنحة المختلطة. مثل هذا التحول الكبير في التصميم ينطوي على الكثير من التحديات التقنية لجعلها قابلة للتطبيق تجاريا الآن. على سبيل المثال ، لن تتمكن معظم المطارات من استيعاب طائرة ذات أجنحة مختلطة.
لا بديل
لسوء الحظ ، بالنسبة لنوع الرحلات التي يقوم بها معظمنا ، لا يوجد حالياً أي بديل عملي عن المحركات التوربينية التي تعمل بالوقود النفاث. لهذا السبب ، فإن الشركات المصنعة لمحركات الطائرات الرئيسية تستثمر بكثافة في تحسين تكنولوجيا محركاتها الحالية. الاتحاد الدولي للنقل الجوي يقدر ذلك يكون كل جيل جديد من الطائرات في المتوسط أكثر كفاءة في استهلاك الوقود بنسبة 20٪ مقارنة بالنموذج الذي يحل محله ، وستستثمر شركات الطيران 1.3 تريليون دولار أمريكي في الطائرات الجديدة خلال العقد القادم.
على سبيل المثال ، أحدث محرك رولز رويس ، و ترينت إكس دبليو بي أن القوى الجديدة ايرباص A350، يتم تسويقه على أنه "أكثر محركات الطائرات ذات الكفاءة العالية في العالم". تدعي شركة إيرباص أن المحرك سيساعد A350 على تحقيق "تكاليف 25٪ أقل للتشغيل وحرق الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون عند مقارنتها بطائرات الجيل السابق".
الجيل القادم من محرك رولز رويس UltraFanTM، ستقدم تخفيضًا إضافيًا بنسبة 20 إلى 25٪ في استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ومن المقرر أن تدخل الخدمة في 2025.
لكن تجدر الإشارة إلى أن الطيران يساهم حاليًا بنسبة 2٪ فقط من 3٪ من انبعاثات CO₂ العالمية. هذا مقارنة بحوالي 30٪ إلى 35٪ لقطاع النقل بأكمله ، و 30٪ أخرى إلى 35٪ لتوليد الكهرباء.
عدد المسافرين جوا من المتوقع أن يتضاعف على مدار العقدين القادمين ، لكن إجمالي الانبعاثات أيضًا لذلك من غير المرجح أن يجعل الطيران جزءًا أكبر من المشكلة. ربما لا يمثل تخفيض انبعاثات الطيران بنسبة 20٪ لكل جيل من الطائرات تحسنا مستداما. ولكن إذا أصبحت الطائرات الهجينة حقيقة واقعة ، فإن الطيران حقًا يمكن أن يصبح أقل مساهمة في إجمالي الانبعاثات مما هو عليه اليوم.
نبذة عن الكاتب
دنكان ووكر ، محاضر أول في الديناميكا الهوائية التطبيقية ، جامعة لوبورو
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
books_technology
