السيارات الكهربائية والقطارات والترام والقوارب موجودة بالفعل. هذا يؤدي منطقيا إلى السؤال: لماذا لا نرى طائرات كهربائية كبيرة؟ وهل سنراهم في أي وقت قريب؟
لماذا لدينا السيارات الكهربائية والقطارات ، ولكن القليل من الطائرات الكهربائية؟ السبب الرئيسي هو أنه من الأسهل بكثير تعديل سيارة أو قطار بشكل جذري ، حتى لو كانت تشبه إلى حد كبير مركبات الوقود الأحفوري التقليدية في الخارج.
يمكن أن تتعامل المركبات البرية بسهولة مع الكتلة الإضافية من أنظمة تخزين الكهرباء أو أنظمة الدفع الكهربائية ، لكن الطائرات أكثر حساسية.
على سبيل المثال ، تؤدي زيادة كتلة السيارة بنسبة 35٪ إلى زيادة في استخدام الطاقة من 13-20٪. لكن بالنسبة للطائرة ، يتناسب استخدام الطاقة بشكل مباشر مع الكتلة: زيادة كتلتها بنسبة 35٪ تعني أنها تحتاج إلى طاقة أكثر بنسبة 35 (جميع الأشياء الأخرى متساوية).
ولكن هذا فقط جزء من القصة. تنتقل الطائرات أيضًا إلى ما هو أبعد من المركبات الأرضية ، مما يعني أن الرحلة تتطلب طاقة أكثر بكثير من رحلة برية متوسطة. يجب على الطائرات تخزين كل الطاقة اللازمة لتحريك كتلتها لكل رحلة (على عكس القطار المتصل بشبكة كهربائية). إن استخدام مصدر للطاقة الثقيلة يعني بالتالي الحاجة إلى مزيد من الطاقة لرحلة ما ، مما يؤدي إلى كتلة إضافية ، وهكذا دواليك.
بالنسبة للطائرة ، تعد الكتلة أمرًا مهمًا ، ولهذا السبب تقوم شركات الطيران بوزن الأمتعة بسرعة. تحتاج الطائرات الكهربائية إلى بطاريات ذات طاقة كافية لكل كيلوغرام من البطارية ، أو أن عقوبة الكتلة تعني ببساطة أنها لا تستطيع الطيران لمسافات طويلة.
طائرات قصيرة المدى
على الرغم من ذلك ، فإن الطائرات الكهربائية في الأفق - لكنك لن ترى 747s الكهربائية في أي وقت قريب.
توفر أفضل حزم بطاريات الليثيوم أيون المتوفرة حاليًا حوالي 200 واط / ساعة (WH) لكل كيلوغرام تقريبًا 60 مرات أقل من وقود الطائرات الحالي. يمكن لهذا النوع من البطاريات تشغيل سيارات الأجرة الهوائية الكهربائية الصغيرة مع ما يصل إلى أربعة ركاب على مسافة تبلغ حوالي 100km. لرحلات أطول ، هناك حاجة إلى خلايا كثيفة الطاقة.
على سبيل المثال ، تتطلب طائرة ركاب كهربائية قصيرة المدى تحمل ما يصل إلى 30 من الأشخاص لأقل من 800km ، على وجه التحديد ما بين 750 و 2,000Wh / kg ، وهي عبارة عن بعض 6-17٪ من محتوى طاقة وقود الطائرات النفاثة المستندة إلى الكيروسين. تتطلب الطائرات الأكبر حجمًا بطاريات أخف بشكل متزايد. على سبيل المثال ، تستهلك الطائرة التي تقل ركاب 140 لـ 1,500km حوالي 30kg من الكيروسين لكل راكب. مع تقنية البطاريات الحالية ، هناك حاجة إلى حوالي 1,000kg من البطاريات لكل مسافر.
يتطلب جعل طائرة ركاب إقليمية تعمل بالكهرباء بالكامل تقليل وزن البطارية من أربعة إلى عشرة أضعاف. كان المعدل التاريخي الطويل الأمد للتحسن في طاقة البطارية حول 3-4٪ سنويًا ، وهو ضعف تقريبا كل عقدين. بناءً على استمرار هذا الاتجاه التاريخي ، يمكن الوصول إلى التحسن أربعة أضعاف اللازم لطائرة ركاب تعمل بالكهرباء بالكامل في منتصف القرن تقريبًا.
على الرغم من أن هذا قد يبدو فترة انتظار طويلة بشكل لا يصدق ، إلا أنه يتوافق مع النطاق الزمني للتغيير في صناعة الطيران لكل من دورات حياة تصميم البنية التحتية والطائرات. تستغرق الطائرة الجديدة حوالي 5-10 سنوات من التصميم ، وستظل في الخدمة لمدة تتراوح بين عقدين وثلاثة عقود. بعض الطائرات لا تزال تطير 50 سنوات بعد أول رحلة.
هنا تأتي الهجينة
هل هذا يعني أن الطيران لمسافات طويلة سيعتمد دائمًا على الوقود الأحفوري؟ ليس بالضرورة.
على الرغم من أن الطائرات الكبيرة الكهربائية بالكامل تحتاج إلى تحول كبير ، إلا أنه لم يتم اختراعه بعد في تخزين الطاقة ، إلا أن هناك طرقًا أخرى للحد من التأثير البيئي للطيران.
تجمع الطائرات الهجينة الكهربائية بين الوقود والدفع الكهربائي. تشتمل فئة الطائرات هذه على تصميم بدون بطاريات ، حيث يعمل نظام الدفع الكهربائي على تحسين كفاءة الدفع ، وتقليل كمية الوقود المطلوبة.
كما يتم تطوير الطائرات الكهربائية الهجينة التي تحتوي على بطاريات ، حيث قد توفر البطاريات طاقة إضافية في ظروف معينة. يمكن للبطاريات ، على سبيل المثال ، أن توفر الإقلاع والهبوط النظيفين لتقليل الانبعاثات بالقرب من المطارات.
الطائرات الكهربائية ليست هي الطريقة الوحيدة للحد من البصمة الكربونية المباشرة للطيران. كما يتم فحص أنواع الوقود البديلة ، مثل الوقود الحيوي والهيدروجين.
الوقود الحيوي ، وهو الوقود المستمد من النباتات أو الطحالب، استخدمت لأول مرة في رحلة تجارية في 2008 و وقد أجرت عدة شركات طيران تجارب معهم. على الرغم من عدم اعتمادها على نطاق واسع ، تبحث الأبحاث المهمة حاليًا الوقود الحيوي المستدام الذي لا يؤثر على مصادر المياه العذبة أو إنتاج الغذاء.
في حين أن الوقود الحيوي لا يزال ينتج ثاني أكسيد الكربون، إلا أنه لا يتطلب إجراء تغييرات كبيرة على الطائرات الحالية أو البنية التحتية للمطارات. ومن ناحية أخرى، يتطلب الهيدروجين إعادة تصميم كاملة للبنية التحتية لتزويد المطار بالوقود وله أيضًا تأثير كبير على تصميم الطائرة نفسها.
بينما الهيدروجين خفيف جدا - يحتوي الهيدروجين ثلاثة أضعاف الطاقة لكل كيلوغرام من الكيروسين - كثافته منخفضة جدًا، حتى عند تخزينه كسائل عند -250 درجة مئوية. وهذا يعني أنه لم يعد من الممكن تخزين الوقود في الجناح ولكن يجب نقله إلى خزانات ثقيلة وضخمة نسبيًا داخل جسم الطائرة. وعلى الرغم من هذه العيوب، فإن الرحلات الجوية لمسافات طويلة التي تعمل بوقود الهيدروجين يمكن أن تستهلك الكثير من الوقود طاقة أقل بنسبة 12٪ مقارنة بالكيروسين.
نبذة عن الكاتب
يجف Verstraete ، محاضر كبير في تصميم الفضاء والدفع ، جامعة سيدني
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
فيديو: طائرات المستقبل - ناسا وثائقي
{vembed Y = Y1gAusOW-RU}
كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ
السحب: الخطة الأكثر شمولاً على الإطلاق من أجل عكس الاحترار العالمي
بول هوكين وتوم شتاير
في مواجهة الخوف واللامبالاة على نطاق واسع ، اجتمع تحالف دولي من الباحثين والمهنيين والعلماء لتقديم مجموعة من الحلول الواقعية والجريئة لتغير المناخ. مائة تقنيات وممارسات موصوفة هنا - بعضها معروف جيدًا ؛ البعض ربما لم تسمع به من قبل. وهي تتراوح بين الطاقة النظيفة وتعليم الفتيات في البلدان المنخفضة الدخل إلى ممارسات استخدام الأراضي التي تسحب الكربون من الهواء. الحلول موجودة وقابلة للحياة اقتصاديًا ، والمجتمعات في جميع أنحاء العالم تعمل حاليًا على تفعيلها بمهارة وتصميم. متاح في أمازون
تصميم حلول المناخ: دليل السياسات للطاقة المنخفضة الكربون
هال هارفي ، روبي أورفيس ، جيفري ريسمان
مع آثار تغير المناخ علينا بالفعل ، فإن الحاجة إلى خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ليست أقل من إلحاح. إنه تحد شاق ، لكن التقنيات والاستراتيجيات اللازمة لمواجهته موجودة اليوم. يمكن لمجموعة صغيرة من سياسات الطاقة ، المصممة والمنفذة بشكل جيد ، أن تضعنا على الطريق نحو مستقبل منخفض الكربون. أنظمة الطاقة كبيرة ومعقدة ، لذلك يجب أن تكون سياسة الطاقة مركزة وفعالة من حيث التكلفة. نهج مقاس واحد يناسب الجميع لن ينجز المهمة ببساطة. يحتاج صانعو السياسات إلى مورد واضح وشامل يحدد سياسات الطاقة التي سيكون لها أكبر تأثير على مستقبل المناخ لدينا ، ويصف كيفية تصميم هذه السياسات جيدًا. متاح في أمازون
هذا يغير كل شيء: الرأسمالية مقابل والمناخ
بواسطة نعومي كلاين
In هذا يغير كل شيء تقول ناعومي كلاين أن تغير المناخ ليس مجرد قضية أخرى يتم وضعها بدقة بين الضرائب والرعاية الصحية. إنه إنذار يدعونا إلى إصلاح نظام اقتصادي يفشلنا بالفعل بطرق عديدة. يبني كلاين بدقة على كيفية خفض انبعاثاتنا من غازات الدفيئة بشكل كبير ، وهو أفضل فرصة لنا للتخفيف من التباين الفجائي في الوقت نفسه ، وإعادة تخيل ديمقراطياتنا المحطمة ، وإعادة بناء اقتصاداتنا المحلية المدمرة. إنها تعرّض اليأس الأيديولوجي الذي ينكره من ينكرون تغير المناخ ، والأوهام المشينة التي ارتكبها المهندسون الجيولوجيون المحتملين ، والانهزامية المأساوية في الكثير من المبادرات الخضراء السائدة. وهي تدلل على وجه التحديد على السبب الذي يجعل السوق لا تستطيع - ولا يمكنها - إصلاح أزمة المناخ ، ولكنها ستجعل الأمور أسوأ ، مع أساليب استخراج مدمرة للغاية ومدمرة من الناحية البيئية ، مصحوبة برأسمالية كوارث متفشية. متاح في أمازون
من الناشر:
عمليات الشراء على موقع أمازون تذهب لتحمل تكلفة جلبك InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com دون أي تكلفة ودون المعلنين الذين يتتبعون عادات التصفح الخاصة بك. حتى إذا قمت بالنقر فوق رابط ولكنك لا تشتري هذه المنتجات المحددة ، فإن أي شيء آخر تشتريه في هذه الزيارة نفسها على Amazon يدفع لنا عمولة صغيرة. لا توجد تكلفة إضافية عليك ، لذا يرجى المساهمة في هذا الجهد. بامكانك ايضا استخدام هذا الرابط لاستخدامه في Amazon في أي وقت حتى تتمكن من المساعدة في دعم جهودنا.
