Почему у нас нет электрических самолетов?

Почему у нас нет электрических самолетов?
CC BY-ND

Электромобили, поезда, трамваи и лодки уже существуют. Это логично приводит к вопросу: почему мы не видим большой электрический самолет? И увидим ли мы их в ближайшее время?

Почему у нас есть электромобили и поезда, но мало электрических самолетов? Основная причина заключается в том, что намного проще радикально модифицировать автомобиль или поезд, даже если они выглядят очень похоже на традиционные автомобили на ископаемом топливе снаружи.

Наземные транспортные средства могут легко справиться с дополнительной массой от накопителей электроэнергии или электрических силовых установок, но воздушные суда намного более чувствительны.

Например, увеличение массы автомобиля на 35% приводит к увеличению потребления энергии на 13-20%. Но для самолета использование энергии прямо пропорционально массе: увеличение ее массы на 35% означает, что ей нужно на 35% больше энергии (при прочих равных условиях).

Но это только часть истории. Самолеты также путешествуют намного дальше, чем наземные транспортные средства, что означает, что полет требует гораздо больше энергии, чем обычная поездка. Самолет должен хранить на борту всю энергию, необходимую для перемещения его массы для каждого полета (в отличие от поезда, подключенного к электрической сети). Таким образом, использование источника тяжелой энергии означает, что для полета требуется больше энергии, что приводит к увеличению массы, и так далее, и тому подобное.

Для самолета масса имеет решающее значение, поэтому авиакомпании привередливо взвешивают багаж. Электрическим самолетам нужны батареи с достаточным количеством энергии на килограмм батареи, или массовый штраф означает, что они просто не могут летать на большие расстояния.

Самолеты ближнего действия

Несмотря на это, электрические самолеты на горизонте - но вы не увидите электрические 747 в ближайшее время.

Лучшие на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы обеспечивают около 200 ватт-часов (Вт) на килограмм, примерно 60 в разы меньше нынешнего авиационного топлива, Этот тип батареи может питать небольшие электрические воздушные такси с количеством пассажиров до четырех на расстоянии около 100км. Для дальних поездок нужны более плотные клетки.

Например, электрические пассажирские самолеты ближнего радиуса действия, которые перевозят пассажиров 30 менее чем за 800 км, особенно требуют от 750 до 2,000Wh / кг, что составляет некоторый 6-17% энергетического содержания реактивного топлива на основе керосина. Даже большие самолеты требуют все более легких батарей. Например, самолет, перевозящий пассажиров 140 за 1,500km, потребляет около 30kg керосина на пассажира. При использовании современных аккумуляторных технологий на пассажира требуется почти 1,000kg аккумуляторов.

Чтобы сделать региональный пригородный самолет полностью электрическим, требуется снижение массы аккумулятора в четыре-десять раз. Долгосрочные исторические темпы улучшения энергии аккумуляторов составляли около 3-4% в год, удваивая примерно каждые два десятилетия, Исходя из продолжения этой исторической тенденции, четырехкратное улучшение, необходимое для полностью электрифицированного пригородного самолета, потенциально может быть достигнуто к середине столетия.

Хотя это может показаться невероятно долгим ожиданием, это согласуется со шкалой изменений в авиационной отрасли как для жизненного цикла инфраструктуры, так и для проектирования самолетов. На разработку нового самолета уходит 5-10, а затем он будет эксплуатироваться в течение двух-трех десятилетий. Некоторые самолеты все еще летают 50 спустя годы после своего первого полета.

А вот и гибриды

Означает ли это, что полет на дальние расстояния всегда будет зависеть от ископаемого топлива? Не обязательно.

В то время как полностью электрические большие самолеты требуют значительного, но еще не изобретенного сдвига в хранении энергии, существуют и другие способы уменьшения воздействия полета на окружающую среду.

Гибридно-электрический самолет объединяет топливо с электрическим двигателем. Этот класс самолетов включает конструкцию без батарей, где электрическая силовая установка служит для повышения эффективности тяги, уменьшения количества необходимого топлива.

Также разрабатываются гибридные электрические самолеты с батареями, где батареи могут обеспечивать дополнительную мощность в определенных обстоятельствах. Батареи могут, например, обеспечить чистый взлет и посадку для сокращения выбросов вблизи аэропортов.

Электрические самолеты также не единственный способ уменьшить прямой углеродный след полета. Альтернативные виды топлива, такие как биотопливо и водород, также изучаются.

Биотопливо, которое является топливом, полученным из растения или водорослибыли впервые использованы коммерческим рейсом в 2008 и несколько авиакомпаний провели испытания с ними. Несмотря на то, что в настоящее время оно не получило широкого распространения, в настоящее время проводятся серьезные исследования в области устойчивого биотоплива, которое не влияет на источники пресной воды или производство продуктов питания.

Хотя биотопливо все еще производит CO₂, оно не требует значительных изменений в существующих самолетах или инфраструктуре аэропорта. Водород, с другой стороны, требует полной реконструкции топливной инфраструктуры аэропорта, а также оказывает существенное влияние на конструкцию самого самолета.

В то время как водород очень легкий - водород содержит в три раза больше энергии на килограмм чем керосин - его плотность очень низкая, даже при хранении в виде жидкости при -250 ℃. Это означает, что топливо больше не может храниться в крыле, а должно перемещаться в относительно тяжелые и громоздкие резервуары внутри фюзеляжа. Несмотря на эти недостатки, дальние полеты на водородном топливе могут потреблять до 12% меньше энергии, чем керосин.

Об авторе

Дрис Верстраете, старший преподаватель кафедры аэрокосмического дизайна и двигателестроения, Университет Сиднея

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

Видео: самолет будущего - документальный фильм НАСА

Книги по этой теме

Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления

Пол Хокен и Том Стейер
9780143130444Перед лицом широко распространенного страха и апатии международная коалиция исследователей, специалистов и ученых объединилась, чтобы предложить ряд реалистичных и смелых решений проблемы изменения климата. Здесь описаны сто методов и практик, некоторые из них хорошо известны; некоторые, о которых вы, возможно, никогда не слышали. Они варьируются от чистой энергии до обучения девочек в странах с низким уровнем дохода и практики землепользования, которая выбрасывает углерод из воздуха. Решения существуют, являются экономически жизнеспособными, и сообщества во всем мире в настоящее время принимают их с умением и решительностью. Доступно на Amazon

Проектирование климатических решений: руководство по политике для низкоуглеродной энергетики

Хэл Харви, Робби Орвис, Джеффри Риссман
1610919564Поскольку последствия изменения климата уже сказались на нас, необходимость сокращения глобальных выбросов парниковых газов является не менее чем насущной. Это сложная задача, но технологии и стратегии для ее решения существуют сегодня. Небольшой набор энергетической политики, хорошо спроектированный и реализованный, может поставить нас на путь к низкоуглеродному будущему. Энергетические системы большие и сложные, поэтому энергетическая политика должна быть целенаправленной и рентабельной. Подходы «один размер подходит всем» просто не справятся с работой. Политики нуждаются в четком, всеобъемлющем ресурсе, который описывает энергетическую политику, которая будет иметь наибольшее влияние на наше климатическое будущее, и описывает, как правильно разрабатывать эту политику. Доступно на Amazon

Это меняет все: Капитализм против Климатологической

Наоми Кляйн
1451697392In Это изменяет все Наоми Кляйн утверждает, что изменение климата - это не просто еще одна проблема, которую нужно аккуратно поставить между налогами и здравоохранением. Это тревога, которая призывает нас к налаживанию экономической системы, которая уже во многих отношениях подводит нас. Кляйн тщательно выверяет аргументы в пользу того, что массовое сокращение выбросов парниковых газов - это наш лучший шанс одновременно сократить неравенство, изменить наши разрушенные демократии и восстановить разрушенную местную экономику. Она разоблачает идеологическое отчаяние отрицателей изменения климата, мессианские заблуждения потенциальных геоинженеров и трагический пораженчество слишком многих основных зеленых инициатив. И она наглядно демонстрирует, почему рынок не смог - и не может - исправить климатический кризис, а вместо этого усугубит ситуацию, применяя все более экстремальные и экологически разрушительные методы добычи, сопровождаемые безудержным капитализмом бедствий. Доступно на Amazon

От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете пройдите по этой ссылке использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
by Мари Т. Рассел, Внутренний

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
by Мари Т. Рассел, Внутренний