Опытный образец Алисы. Ян Лэнгсдон / EPA

Правительство Великобритании планирует запретить продажу новых обычных бензиновых и дизельных автомобилей по 2040, Очевидно, что план заключается в том, чтобы все граждане ездили на электромобилях или гибридных электромобилях или, что еще лучше, катались на велосипедах. Но может ли электрификация помочь сократить выбросы от этой другой углеродоемкой формы пассажирского транспорта, летающего?

Это сложный вопрос, и размер имеет значение. Для небольших самолетов возможно питание от электричества. На самом деле несколько компаний уже разрабатывают небольшие электрические самолеты, и они могут появиться на рынке следующие несколько лет.

Но для большого самолета, который мы все используем чаще, это вряд ли произойдет в ближайшее время. Проблема не в двигательной установке, а в накоплении энергии. Реактивное топливо содержит примерно в 30 раз больше энергии на килограмм, чем самая современная литий-ионная батарея, доступная в настоящее время.

Самый большой в мире пассажирский самолет, Airbus A380, может летать пассажирами 600 15,000 за один рейс. Но, по моим расчетам, с батареями он мог пролететь чуть более 1,000 километров. Даже если бы все пассажиры и груз были заменены батареями, дальность полета все равно будет меньше, чем километры 2,000. Чтобы сохранить текущий диапазон, самолету потребуются батареи весом в 30 в несколько раз больше, чем текущий расход топлива, а это означает, что он никогда не оторвется от земли.

Этот компромисс особенно вреден для дальнемагистральных рейсов, поскольку при взлете топливо составляет половину веса самолета. Более того, обычный самолет становится легче по мере расходования топлива, но электрический самолет должен нести такой же вес батареи в течение всего полета. Как я уже сказал, размер имеет значение.

Для легкого самолета вместимостью от пяти до десяти мест топливо, вероятно, будет составлять от 10% до 20% от веса самолета. Простая замена топлива на батареи может все же уменьшить расстояние, на которое самолет может пролететь, на непрактичное количество. Но замена двух или трех пассажиров дополнительными батареями дала бы диапазон от 500 километров до 750 километров, по сравнению с диапазоном с топливом, превышающим 1,000km.

Первая коммерческая модель

Однако может быть и другой вариант. Израильская фирма Eviation Недавно была представлена ​​прототипная версия того, что, как он утверждает, станет первым в мире коммерческим полностью электрическим пассажирским самолетом. Самолет по имени Алиса не просто заменяет топливо для реактивных двигателей на батареи, но представляет собой совершенно новую концепцию дизайна, которая улучшает способ интеграции двигательной установки в планер. Ожидается, что Алиса, перевозившая девять пассажиров с дальностью полета 1,000km, поступит в эксплуатацию в 2022.

Алиса может быть практической альтернативой для небольших региональных рейсов, но не для большинства регулярных пассажирских рейсов, даже для ближних. Так как электрификация может помочь здесь? Улучшение технологии батарей является одним из вариантов. Новая технология, известная как литиево-воздушные батареи теоретически может достичь той же плотности энергии, что и топливо для реактивных двигателей. Однако они все еще находятся на лабораторной стадии. Учитывая исключительно сознательный характер безопасности авиационной отрасли, маловероятно, что будущие самолеты планируют использовать непроверенную технологию.

В ближайшие годы 20-30 мы с большей вероятностью увидим рейсы на короткие расстояния - гибридные самолеты, в которых современные турбовентиляторные двигатели сочетаются с новыми электрическими силовыми установками. Эта более гибкая гибридная система может быть оптимизирована для обеспечения высокой тяги, необходимой для взлета, и плотности энергии, необходимой для длительного рейса.

Гибрид E-Fan X. аэробус

Эта область активно преследуется в E-FanX Проект, в рамках которого Airbus, Rolls-Royce и Siemens объединяются для разработки гибридного электрического демонстратора полета. Используя самолет BAe 146, который обычно перевозит пассажиров 100, они планируют заменить один из четырех турбовентиляторных двигателей Honeywell на движитель с двухмегаваттным электродвигателем.

На начальных этапах проекта электричество будет фактически поставляться газовой турбиной Rolls-Royce AE2100, размещенной в фюзеляже самолета (основной корпус). Но E-FanX по-прежнему будет важным шагом в развитии гибридных электрических технологий. Аэробус говорит она хочет сделать эту технологию доступной для самолетов 100 с помощью 2030.

Также возможно оборудовать самолет несколькими небольшими электрическими движителями в так называемой распределенной силовой установке, которая более эффективна, чем традиционные конструкции, в которых используются два больших турбовентилятора. Эта идея может быть продолжена путем объединения отдельных фюзеляжа и крыльев в один «смешанное крыло-тело», Более эффективная интеграция движителей с планером в более аэродинамическом исполнении. Это может уменьшить количество энергии, которое понадобится самолету на 20%.

Но ни один из двух основных мировых производителей самолетов, Boeing и Airbus, не активно внедряет технологию смешанных крыльев. У такого серьезного изменения дизайна слишком много технических проблем сделать его коммерчески жизнеспособным прямо сейчас. Например, большинство аэропортов не смогут разместить смешанный самолет.

Нет альтернативы

К сожалению, для типов полетов, которые совершает большинство из нас, в настоящее время нет практической альтернативы турбореактивным двигателям на реактивном топливе. По этой причине основные производители авиационных двигателей вкладывают значительные средства в совершенствование своей современной технологии двигателей. Международная ассоциация воздушного транспорта оценивает, что Каждое новое поколение самолетов в среднем на 20 экономичнее топлива, чем модель, которую он заменяет, и что авиакомпании будут инвестировать триллионы долларов США в новые самолеты в течение следующего десятилетия.

Например, самый последний двигатель Rolls-Royce, Трент XWB который питает новый Airbus A350, позиционируется как «самый эффективный большой авиационный двигатель в мире». Airbus утверждает, что двигатель поможет A350 «на 25% снизить эксплуатационные расходы, расход топлива и выбросы COXNUMX». выбросов по сравнению с самолетами предыдущего поколения».

Следующее поколение двигателя Rolls-Royce, UltraFanTM, обеспечит дальнейшее снижение расхода топлива и выбросов CO на 20–25 %? выбросов и должен быть введен в эксплуатацию в 2025 году.

Но стоит помнить, что в настоящее время на долю авиации приходится всего лишь 2–3% мировых выбросов CO? выбросы. Для сравнения: для всего транспортного сектора этот показатель составляет примерно 30–35%, а для производства электроэнергии — еще 30–35%.

Количество авиапассажиров составляет ожидается удвоение в течение следующих двух десятилетий, но также и общие выбросы, поэтому вряд ли авиация станет большей частью проблемы. Сокращение авиационной эмиссии на 20% за поколение самолетов, возможно, не является устойчивым улучшением. Но если бы гибридные самолеты стали реальностью, то полеты действительно могли бы стать еще меньшим источником общего объема выбросов, чем сегодня.

Об авторе

Дункан Уокер, старший преподаватель кафедры прикладной аэродинамики, Университет Лафборо

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.