อลิซต้นแบบของ Eviation Ian Langsdon / EPA

รัฐบาลสหราชอาณาจักรวางแผนที่จะห้ามการขายรถยนต์เบนซินและดีเซลแบบใหม่ โดย 2040. เห็นได้ชัดว่ามีแผนสำหรับประชาชนทุกคนที่จะขับขี่รถยนต์ไฟฟ้าหรือรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดหรือที่ยังดีกว่า - ขี่จักรยาน แต่การใช้พลังงานไฟฟ้าสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการขนส่งผู้โดยสารในรูปแบบอื่นได้หรือไม่

นี่เป็นคำถามที่ซับซ้อนและเป็นเรื่องที่ขนาดมีความสำคัญ เป็นไปได้ที่เครื่องบินขนาดเล็กจะใช้พลังงานไฟฟ้า ในความเป็นจริงหลาย บริษัท กำลังพัฒนาเครื่องบินไฟฟ้าขนาดเล็กอยู่แล้วและพวกเขาสามารถเข้ามาในตลาดได้ อีกไม่กี่ปีข้างหน้า.

แต่สำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่เราทุกคนใช้งานบ่อยขึ้นไม่น่าจะเกิดขึ้นเร็ว ๆ นี้ ปัญหาไม่ใช่เทคโนโลยีขับเคลื่อน แต่เป็นที่เก็บพลังงาน น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานมีพลังงานต่อกิโลกรัมมากกว่า 30 เท่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทันสมัยที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน

เครื่องบินโดยสารที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือแอร์บัส A380 สามารถบินผู้โดยสาร 600 15,000 กิโลเมตรได้ในเที่ยวบินเดียว แต่จากการคำนวณของฉันด้วยแบตเตอรี่มันสามารถบินได้ไกลแค่ 1,000 กิโลเมตร แม้ว่าผู้โดยสารและสินค้าทั้งหมดจะถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ช่วงจะยังคงน้อยกว่า 2,000 กิโลเมตร เพื่อรักษาช่วงปัจจุบันเครื่องบินจะต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีน้ำหนัก 30 มากกว่าปริมาณการใช้เชื้อเพลิงในปัจจุบันซึ่งหมายความว่ามันจะไม่ลงจากพื้นดิน

การแลกเปลี่ยนนี้ไม่ดีเป็นพิเศษสำหรับเที่ยวบินระยะไกลเนื่องจากเชื้อเพลิงคิดเป็นครึ่งหนึ่งของน้ำหนักเครื่องบินที่บินขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นเครื่องบินทั่วไปจะเบาลงเมื่อเชื้อเพลิงถูกใช้ไป แต่เครื่องบินไฟฟ้าจะต้องมีน้ำหนักแบตเตอรี่เท่ากันสำหรับเที่ยวบินทั้งหมด อย่างที่ฉันพูดขนาดมีความสำคัญ

สำหรับเครื่องบินไฟขนาดห้าถึงสิบที่นั่งเชื้อเพลิงมีแนวโน้มว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 10% ถึง 20% ของน้ำหนักเครื่องบิน เพียงเปลี่ยนเชื้อเพลิงสำหรับแบตเตอรี่อาจยังลดระยะทางที่เครื่องบินสามารถบินได้ในปริมาณที่ไม่สามารถทำได้ แต่การเปลี่ยนผู้โดยสารสองหรือสามคนด้วยแบตเตอรี่เพิ่มเติมจะให้ระยะทาง 500 กิโลเมตรเป็น 750 กิโลเมตรเมื่อเทียบกับช่วงเชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานมากกว่า 1,000km

รูปแบบการค้าครั้งแรก

อย่างไรก็ตามอาจมีตัวเลือกอื่น บริษัท อิสราเอล Eviation เมื่อเร็ว ๆ นี้เปิดเผยถึงรุ่นต้นแบบของสิ่งที่อ้างว่าเป็นเครื่องบินโดยสารไฟฟ้าเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก เครื่องบินชื่ออลิซไม่เพียง แต่เปลี่ยนเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ตเป็นแบตเตอรี่ แต่เป็นแนวคิดการออกแบบใหม่ทั้งหมดที่ปรับปรุงวิธีการรวมระบบขับเคลื่อนเข้ากับเฟรม อลิสคาดว่าจะมีผู้โดยสารจำนวนเก้าคนด้วยช่วง 1,000km ซึ่งจะเข้าใช้บริการใน 2022

อลิซอาจเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับการเดินทางขนาดเล็กในระดับภูมิภาค แต่ไม่ใช่สำหรับเที่ยวบินผู้โดยสารส่วนใหญ่ที่กำหนดเวลาแม้กระทั่งเส้นทางระยะสั้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจะช่วยได้อย่างไร การปรับปรุงเทคโนโลยีแบตเตอรี่เป็นทางเลือกหนึ่ง เทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมอากาศ ในทางทฤษฎีสามารถเข้าถึงความหนาแน่นพลังงานเช่นเดียวกับน้ำมันเครื่องบิน อย่างไรก็ตามพวกเขายังอยู่ในขั้นทดลอง ด้วยธรรมชาติที่ใส่ใจเรื่องความปลอดภัยอย่างมากของอุตสาหกรรมการบินจึงไม่น่าที่จะวางแผนเครื่องบินในอนาคตด้วยเทคโนโลยีที่ไม่ได้รับการพิสูจน์

สิ่งที่เราน่าจะเห็นสำหรับเที่ยวบินระยะใกล้ใน 20 ต่อไปถึง 30 ปีถัดไปคือเครื่องบินแบบไฮบริดที่รวมเครื่องยนต์ turbofan ปัจจุบันเข้ากับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าใหม่ ระบบไฮบริดที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้นนี้สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้แรงขับสูงที่จำเป็นสำหรับการบินขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานที่จำเป็นสำหรับการล่องเรือเป็นเวลานาน

ลูกผสม E-Fan X แอร์บัส

นี่คือพื้นที่ที่ถูกติดตามอย่างแข็งขันใน E-FanX โครงการที่เกี่ยวข้องกับแอร์บัสโรลส์ - รอยซ์และซีเมนส์ร่วมมือกันพัฒนาเครื่องสาธิตการบินด้วยไฟฟ้าแบบไฮบริด การใช้เครื่องบิน BAe 146 ซึ่งโดยปกติจะบรรทุกผู้โดยสาร 100 พวกเขาวางแผนที่จะแทนที่หนึ่งในสี่เครื่องยนต์ Honeywell turbofan ของเครื่องบินด้วยพัดลมใบพัดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าสองเมกะวัตต์

ในขั้นตอนเริ่มต้นของโครงการไฟฟ้าจะจ่ายให้โดยกังหันก๊าซของโรลส์ - รอยซ์ AE2100 ซึ่งตั้งอยู่ในลำตัวเครื่องบิน (ตัวหลัก) แต่ E-FanX จะยังคงเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีไฟฟ้าแบบไฮบริด แอร์บัสกล่าว มันต้องการทำให้เทคโนโลยีนี้พร้อมใช้งานสำหรับเครื่องบิน 100-seat โดย 2030

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะจัดเตรียมเครื่องบินที่มีตัวขับเคลื่อนไฟฟ้าขนาดเล็กหลายตัวในระบบขับเคลื่อนแบบกระจายที่เรียกว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าแบบดั้งเดิมที่ใช้กังหันขนาดใหญ่สองตัว ความคิดนี้สามารถนำไปเพิ่มเติมโดยการรวมลำตัวและปีกแยกเป็นหนึ่งเดียว”ผสมปีกร่างกาย” การรวมตัวขับเคลื่อนกับเฟรมในการออกแบบแอโรไดนามิกนั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้น สิ่งนี้สามารถลดปริมาณพลังงานที่เครื่องบินต้องการโดย 20%

แต่โบอิ้งและแอร์บัสไม่ได้เป็นผู้ผลิตเครื่องบินหลักสองรายในโลกที่ใช้เทคโนโลยีปีกแบบผสมผสาน การเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่สำคัญดังกล่าวมีความท้าทายด้านเทคนิคมากเกินไป เพื่อให้ทำงานได้ในเชิงพาณิชย์ ตอนนี้ ตัวอย่างเช่นสนามบินส่วนใหญ่จะไม่สามารถรองรับเครื่องบินปีกแบบผสมผสานได้

ไม่มีทางเลือก

น่าเสียดายสำหรับประเภทของเที่ยวบินส่วนใหญ่ที่เราทำอยู่ในขณะนี้ยังไม่มีทางเลือกอื่นในการใช้กังหันเทอร์ไบน์ ด้วยเหตุนี้ผู้ผลิตเครื่องยนต์อากาศยานหลักจึงลงทุนอย่างมากในการปรับปรุงเทคโนโลยีเครื่องยนต์ปัจจุบัน สมาคมขนส่งทางอากาศระหว่างประเทศ ประมาณว่า เครื่องบินรุ่นใหม่แต่ละลำจะมีประสิทธิภาพการประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่ารุ่นที่ใช้แทนที่ 20% และสายการบินจะลงทุน 1.3 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐในเครื่องบินใหม่ในทศวรรษหน้า

ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์ล่าสุดของโรลส์ - รอยซ์ เทรนต์ XWB ที่เพิ่มพลังใหม่ แอร์บัส A350ถูกวางตลาดว่าเป็น "เครื่องยนต์อากาศยานขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลก" แอร์บัสอ้างว่าเครื่องยนต์จะช่วยให้เครื่องบิน A350 บรรลุ “ต้นทุนการดำเนินงาน การเผาไหม้เชื้อเพลิง และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ลดลง 25%” การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องบินรุ่นก่อนหน้า”

เครื่องยนต์ Rolls-Royce รุ่นต่อไปคือ UltraFanTMจะเสนอการลดการใช้เชื้อเพลิงและ CO20 อีก 25% ถึง 2025% หรือไม่ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมีกำหนดเริ่มให้บริการในปี พ.ศ. XNUMX

แต่ก็ควรจำไว้ว่าปัจจุบันการบินมีส่วนช่วยเพียง 2% ถึง 3% ของ CO ทั่วโลก การปล่อยมลพิษ ซึ่งเปรียบเทียบกับประมาณ 30% ถึง 35% สำหรับภาคการขนส่งทั้งหมด และอีก 30% ถึง 35% สำหรับการผลิตไฟฟ้า

จำนวนผู้โดยสารทางอากาศคือ คาดว่าจะเป็นสองเท่า ในอีกสองทศวรรษข้างหน้า แต่มีการปล่อยมลพิษโดยรวมดังนั้นจึงไม่น่าจะทำให้การบินเป็นปัญหาใหญ่ การลดการปล่อยมลพิษทางอากาศโดย 20% ต่อรุ่นของเครื่องบินอาจไม่เป็นการพัฒนาที่ยั่งยืน แต่ถ้าเครื่องบินไฮบริดเกิดขึ้นจริงแล้วการบินอาจกลายเป็นผู้มีส่วนร่วมในการปล่อยมลพิษทั้งหมดน้อยกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

เกี่ยวกับผู้เขียน

Duncan Walker อาจารย์อาวุโสในสาขาวิชาอากาศพลศาสตร์ประยุกต์ มหาวิทยาลัยลัฟบะ

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.