אב הטיפוס של אליס. איאן לנגסון / EPA

ממשלת בריטניה מתכננת לאסור מכירת מכוניות בנזין וסולר קונבנציונליים חדשים על ידי 2040. ברור שהתוכנית היא שכל האזרחים ינהגו במכוניות חשמליות או היברידיות, או - עדיף - לרכוב על אופניים. אבל האם החשמל יכול לעזור בהפחתת פליטות מאותה צורה עתירת פחמן אחרת של הובלת נוסעים, בטיסה?

זו שאלה מורכבת ושאלה בה הגודל חשוב. ייתכן שמטוסים קטנים יונעו על ידי חשמל. למעשה כמה חברות כבר מפתחות מטוסים חשמליים קטנים והם עלולים לצאת לשוק בפנים השנים הבאות.

אבל עבור המטוסים הגדולים שכולנו משתמשים בהם בתדירות גבוהה יותר לא סביר שזה יקרה בקרוב. הבעיה אינה טכנולוגיית ההנעה אלא אחסון האנרגיה. דלק סילון מכיל פי 30 יותר אנרגיה לקילוגרם מאשר סוללת הליתיום-יון המתקדמת ביותר שקיימת כיום.

מטוס הנוסעים הגדול בעולם, איירבוס A380, יכול לטוס נוסעי 600 15,000 קילומטרים בטיסה יחידה. אבל, לפי החישובים שלי, עם סוללות זה יכול היה לטוס רק קצת יותר מ- 1,000 קילומטרים. גם אם כל הנוסעים והמטען יוחלפו בסוללות, הטווח עדיין יהיה פחות מ- 2,000 קילומטרים. כדי לשמור על טווח הנוכחי, המטוס יזדקק לסוללות שמשקלו פי XNUM יותר מצריכת הדלק הנוכחית שלו, כלומר הוא לעולם לא יירד מהאדמה.

הסחורה הזו גרועה במיוחד לטיסות ארוכות טווח מכיוון שהדלק מהווה מחצית ממשקלו של המטוס בזמן ההמראה. יתרה מזאת, מטוס קונבנציונאלי הופך קל יותר ככל שנצרך הדלק, אך מטוס חשמלי יצטרך לשאת את אותו משקל סוללה במשך כל הטיסה. כאמור, הגודל חשוב.

עבור מטוסים קלים עם חמישה עד עשרה מושבים, סביר להניח כי הדלק ירכיב בין 10% ל- 20% ממשקל המטוס. פשוט החלפת הדלק לסוללות עשויה עדיין להפחית את המרחק שהמטוס יכול לעוף בכמות בלתי מעשית. אך החלפת שניים או שלושה נוסעים בסוללות נוספות תעניק טווח של 500 ק"מ ל- 750 ק"מ, לעומת טווח המונע על דלק של מעל 1,000km.

מודל מסחרי ראשון

עם זאת, יכולה להיות אפשרות אחרת. משרד ישראלי התחמקות לאחרונה חשפה גרסת אב-טיפוס שלטענתה תהיה מטוס הנוסעים הכל-חשמלי המסחרי הראשון בעולם. המטוס, ששמו אליס, לא רק מחליף דלק סילוני לסוללות, אלא הוא מושג עיצוב חדש לחלוטין שמשפר את האופן בו משולבת מערכת ההנעה למסגרת האוויר. בהובלת תשעה נוסעים עם טווח של 1,000 ק"מ, אליס צפויה להיכנס לשירות ב- 2022.

אליס עשויה להוות אלטרנטיבה מעשית לנסיעות קטנות ואזוריות אך לא לרוב טיסות הנוסעים המתוזמנות, אפילו לא טיסות קצרות. אז איך החשמל יכול לעזור כאן? שיפור טכנולוגיית הסוללה הוא אפשרות אחת. טכנולוגיה חדשה המכונה סוללות ליתיום-אוויר תיאורטית יכולה להגיע לאותה צפיפות אנרגיה כמו דלק סילוני. עם זאת, הם עדיין בשלב המעבדה. בהתחשב באופי המודע הבטיחות ביותר של ענף התעופה, אין זה סביר שתכנן מטוסים עתידיים בטכנולוגיה לא מוכחת.

מה שסביר יותר שנראה עבור טיסות לטווח קצר בשנים 20 עד 30 הבאות הוא מטוסים היברידיים שמשלבים מנועי טורבופן קיימים עם מערכות הנעה חשמליות חדשות. ניתן לבצע אופטימיזציה של מערכת היברידית גמישה זו בכדי לספק את הדחף הגבוה הנדרש להמראה ואת צפיפות האנרגיה הדרושה להפלגה ארוכה.

ה- E-Fan ההיברידי. איירבוס

זהו אזור הנרדף באופן פעיל באזור E-FanX פרויקט, הכולל את איירבוס, רולס רויס ​​וסימנס בשיתוף פעולה לפיתוח מפגין טיסה של הנעה היברידית-חשמלית. בעזרת מטוס BAe 146, הנושא בדרך כלל נוסעי 100, הם מתכננים להחליף את אחד מארבעת מנועי הטורבופן של Honeywell במאוורר הנעה המונע על ידי מנוע חשמלי של שני מגה-וואט.

בשלבים הראשונים של הפרויקט, החשמל יסופק למעשה על ידי טורבינת גז רולס-רויס AE2100 ששוכנה בתוך גוף המטוס (גוף ראשי). אבל ה- E-FanX עדיין יהיה צעד חשוב בהתפתחות הטכנולוגיה החשמלית ההיברידית. איירבוס אומרת היא רוצה להנגיש את הטכנולוגיה הזו למטוסי מושב 100 על ידי ה- 2030.

אפשר גם לצייד מטוס במספר רב של הנעה חשמלית קטנה במערכת הנעה מבוזרת כביכול שהיא יעילה יותר מתכנונים מסורתיים המשתמשים בשני טורבופנים גדולים. ניתן להמשיך את הרעיון הזה על ידי שילוב גוף המטוס והכנפיים הנפרדים ל"יחיד "גוף כנף מעורבב", תוך שילוב יעיל יותר של הדחפים עם מסגרת האוויר בעיצוב אווירודינמי יותר. זה יכול להפחית את כמות האנרגיה שהמטוס יצטרך בשיעור של 20%.

אולם אף אחד משני יצרני המטוסים העיקריים בעולם, בואינג ואיירבוס לא רודף באופן פעיל אחר טכנולוגיות הכנפיים המעורבות. לשינוי עיצובי כה גדול יש אתגרים טכניים רבים מדי להפוך אותו למשהו מסחרי עכשיו. לדוגמה, מרבית שדות התעופה לא יוכלו להכיל כלי טיס מעורב.

אין ברירה

לרוע המזל לסוג הטיסות שרובנו מבצעים אין כרגע אלטרנטיבה מעשית לטורבופנים המונעים באמצעות סילון. מסיבה זו, יצרני מנועי המטוסים העיקריים משקיעים רבות בשיפור טכנולוגיית המנועים הנוכחית שלהם. האיגוד הבינלאומי לתובלה אווירית מעריך את זה כל דור מטוסים חדש הוא בממוצע 20% חסכוני יותר בדלק מהדגם שהוא מחליף וכי חברות התעופה ישקיעו טריליון 1.3 דולר במטוסים חדשים בעשור הקרוב.

לדוגמה, המנוע האחרון של רולס רויס, ה- טרנט XWB שמסמיך את החדש איירבוס A350, משווק כ"מנוע התעופה הגדול והיעיל ביותר בעולם". איירבוס טוענת שהמנוע יעזור ל-A350 להשיג "עלויות תפעול נמוכות ב-25%, שריפת דלק ו-CO? פליטות בהשוואה למטוסים מהדור הקודם".

הדור הבא של מנוע רולס רויס, ה- UltraFanTM, יציע הפחתה נוספת של 20% עד 25% בצריכת הדלק וה-CO? פליטות ואמור להיכנס לשירות ב-2025.

אבל כדאי לזכור שהתעופה תורמת כיום רק 2% עד 3% מה-CO העולמי? פליטות. זאת בהשוואה לכ-30% עד 35% לכל תחום התחבורה, ועוד 30% עד 35% לייצור חשמל.

מספר הנוסעים האוויריים הוא צפוי להכפיל בשני העשורים הבאים, אך כך גם פליטות מוחלטות, כך שלא סביר שזה יהפוך תעופה לחלק גדול יותר מהבעיה. הפחתת פליטות תעופה בשיעור של 20 לדור כלי טיס עשויה כנראה לא להיות שיפור בר-קיימא. אבל אם מטוסים היברידיים יהפכו למציאות, הרי שטסים באמת עשויים להיות תורמים אפילו פחות לסה"כ הפליטות ממה שהיא כיום.

על המחבר

דאנקן ווקר, מרצה בכיר לאוירודינמיקה יישומית, אוניברסיטת Loughborough

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.