电动飞机就在这里–但它们无法解决飞行的碳排放问题

电动飞机就在这里–但是它们无法解决飞行的Co2问题
Eviation的Alice原型。 Ian Langsdon / EPA

英国政府计划禁止销售新的常规汽油和柴油汽车 2040。 显然,该计划是让所有公民驾驶电动或混合动力汽车,或者最好是骑自行车。 但是,电气化能否帮助减少其他碳密集型客运飞行的排放呢?

这是一个复杂的问题,在大小上很重要。 小型飞机有可能由电力驱动。 实际上,有几家公司已经在开发小型电动飞机,它们可能会在 未来几年.

但是对于大型飞机来说,我们大家都更频繁地使用它,这不太可能很快发生。 问题不是推进技术,而是储能。 航空燃料每千克所含能量大约是当前最先进的锂离子电池的30倍。

世界上最大的客运飞机-空中客车A380,一次飞行可让600名乘客飞行15,000公里。 但是,根据我的计算,使用电池,它只能飞过​​1,000公里。 即使将所有乘客和货物都更换为电池,航程仍将小于2,000公里。 为了保持其当前范围,飞机需要的电池重量是当前燃油摄入量的30倍,这意味着它永远不会离开地面。

这种权衡对于长途飞行特别不利,因为燃料占起飞时飞机重量的一半。 而且,常规飞机会随着燃料的消耗而减轻重量,但是电动飞机在整个飞行过程中必须携带相同的电池重量。 正如我所说,大小很重要。

对于五到十个座位的轻型飞机,燃油可能占飞机重量的10%至20%。 简单地将燃料换成电池,仍可能使飞机可以飞行的距离减少不切实际的程度。 但是,以两到三名乘客替换额外的电池将使500公里到750公里,而燃料驱动的里程超过1,000公里。

第一个商业模式

但是,可能还有其他选择。 以色列公司 Eviation 最近,该公司声称将成为世界上第一架商用全电动客机的原型机。 这架名为爱丽丝(Alice)的飞机不仅将喷气燃料换成电池,而且是一种全新的设计理念,改进了推进系统与机身集成的方式。 Alice运载9名乘客,航程为1,000km,预计将在2022中投入使用。


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对于小范围的区域旅行,爱丽丝可能是一种实用的选择,但对于大多数定期客运航班(甚至是短途航班)而言,爱丽丝不是。 那么电气化在这里有什么帮助呢? 改进电池技术是一种选择。 一种称为的新技术 锂空气电池 理论上可以达到与喷气燃料相同的能量密度。 但是,它们仍处于实验室阶段。 鉴于航空业极为注重安全的本质,不太可能使用未经验证的技术来计划未来的飞机。

在接下来的20到30年中,我们更可能看到短途飞行的是混合动力飞机,它将当前的涡扇发动机与新的电动推进器系统结合在一起。 可以对这种更加灵活的混合动力系统进行优化,以提供起飞所需的高推力和长时间巡航所需的能量密度。

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混合动力电子风扇X。 空中客车公司

这是该领域积极追求的领域 电子传真 该项目由空客,罗尔斯·罗伊斯公司和西门子组成,共同开发混合动力推进飞行演示器。 他们计划使用BAe 146飞机(通常载有100乘客),计划用由两兆瓦电动机驱动的推进器风扇取代飞机的四台霍尼韦尔涡轮风扇发动机之一。

在该项目的初始阶段,电力实际上将由飞机机身(主体)中的罗尔斯·罗伊斯公司的AE2100燃气轮机提供。 但是E-FanX仍将是混合动力技术发展的重要一步。 空客说 它希望100可以将这种技术用于2030座飞机。

在所谓的分布式推进系统中,还可以为飞机配备多个小型电动推进器,这比使用两个大型涡轮风扇的传统设计效率更高。 通过将单独的机身和机翼组合成一个单独的“混合翼体”,以更符合空气动力学的设计将推进器与机身更有效地集成在一起。 这样可以将飞机所需的能量减少20%。

但是,世界上两个主要的飞机制造商,波音和空中客车公司都没有积极追求混合机翼技术。 如此重大的设计变更具有太多的技术挑战 使它在商业上可行 马上。 例如,大多数机场将无法容纳混合翼飞机。

别无选择

不幸的是,对于我们大多数人进行的飞行类型,目前没有其他替代喷气燃料的涡轮风扇的选择。 因此,主要的飞机发动机制造商正在大力投资以改善其当前的发动机技术。 国际航空运输协会 估计那个 每架新一代飞机的燃油效率平均比其替代机型高20%,并且航空公司在未来十年内将在新飞机上投资1.3万亿美元。

例如,劳斯莱斯(Rolls-Royce)最新的引擎 特伦特XWB 为新动力 空中客车公司A350被誉为“世界上最高效的大型航空发动机”。 空中客车公司声称,该发动机将帮助A350实现“与上一代飞机相比,可将运行成本,燃油消耗和CO 2排放量降低25%”。

下一代劳斯莱斯发动机 UltraFanTM,将进一步减少20%到25%的燃料消耗和CO2排放,并将在2025中投入使用。

但值得记住的是,航空业目前仅占全球CO2排放量的2%。 相比之下,整个交通运输部门大约占3%到30%,发电量则占另外35%到30%。

航空乘客人数是 有望翻一番 在接下来的二十年中,总排放量也是如此,因此这不太可能使航空成为更大的问题。 每代飞机减少20%的航空排放可能不是可持续的改进。 但是,如果将混合动力飞机变成现实,那么飞行对排放总量的贡献实际上将比现在更少。

关于作者

邓肯·沃克(Duncan Walker),应用空气动力学高级讲师, 英国拉夫堡大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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