Elektrische auto's, treinen, trams en boten bestaan al. Dat brengt logischerwijs de vraag met zich mee: waarom zien we geen grote elektrische vliegtuigen? En zullen we ze binnenkort zien?
Waarom hebben we elektrische auto's en treinen, maar weinig elektrische vliegtuigen? De belangrijkste reden is dat het veel eenvoudiger is om een auto of trein radicaal aan te passen, zelfs als ze erg lijken op traditionele voertuigen op fossiele brandstoffen aan de buitenkant.
Landvoertuigen kunnen de extra massa van elektriciteitsopslag of elektrische aandrijfsystemen gemakkelijk aan, maar vliegtuigen zijn veel gevoeliger.
Het vergroten van de massa van een auto met 35% leidt bijvoorbeeld tot een toename van het energieverbruik van 13-20%. Maar voor een vliegtuig is energieverbruik rechtstreeks evenredig met massa: het vergroten van de massa met 35% betekent dat het 35% meer energie nodig heeft (alle andere dingen zijn gelijk).
Maar dat is slechts een deel van het verhaal. Vliegtuigen reizen ook veel verder dan grondvoertuigen, wat betekent dat een vlucht veel meer energie vereist dan een gemiddelde autorit. Vliegtuigen moeten alle energie aan boord opslaan die nodig is om de massa voor elke vlucht te verplaatsen (in tegenstelling tot een trein die is aangesloten op een elektriciteitsnet). Het gebruik van een zware energiebron betekent dus dat er meer energie nodig is voor een vlucht, wat leidt tot extra massa, enzovoort.
Voor een vliegtuig is massa van cruciaal belang, daarom wegen luchtvaartmaatschappijen snel bagage. Elektrische vliegtuigen hebben batterijen nodig met voldoende energie per kilogram batterij, of de massasanctie betekent dat ze eenvoudigweg geen lange afstanden kunnen vliegen.
Vlakke vliegtuigen
Desondanks zijn elektrische vliegtuigen aan de horizon - maar je zult niet snel elektrische 747's zien.
De best beschikbare lithium-ionbatterijpakketten van vandaag bieden ongeveer 200 wattuur (Wh) per kilogram, ongeveer 60 keer minder dan de huidige vliegtuigbrandstof. Dit type batterij kan kleine elektrische luchttaxi's met maximaal vier passagiers over een afstand van ongeveer 100km van stroom voorzien. Voor langere reizen zijn meer energiedichte cellen nodig.
Elektrische forensvliegtuigen op korte afstand die tot 30 mensen vervoeren voor minder dan 800km, vereisen bijvoorbeeld specifiek tussen 750 en 2,000Wh / kg, wat een 6-17% is van de energie-inhoud van op kerosine gebaseerde vliegtuigbrandstof. Zelfs grotere vliegtuigen hebben steeds lichtere batterijen nodig. Bijvoorbeeld, een vliegtuig dat 140 passagiers vervoert voor 1,500km verbruikt ongeveer 30kg kerosine per passagier. Met de huidige batterijtechnologie is bijna 1,000kg batterijen nodig per passagier.
Om regionale forensvliegtuigen volledig elektrisch te maken, is een vier- tot tienvoudige vermindering van het batterijgewicht vereist. De historische verbetering van de batterij-energie op de lange termijn ligt rond de 3-4% per jaar, verdubbeling ongeveer om de twee decennia. Gebaseerd op een voortzetting van deze historische trend, zou de viervoudige verbetering die nodig is voor een volledig elektrisch forensenvliegtuig mogelijk rond het midden van de eeuw kunnen worden bereikt.
Hoewel dit misschien een ongelooflijk lange wachttijd lijkt, is dit consistent met het tijdsschema van verandering in de luchtvaartindustrie voor zowel de infrastructuur- als de ontwerplevenscyclus van vliegtuigen. Het duurt ongeveer 5-10 jaar om een nieuw vliegtuig te ontwerpen en zal dan twee tot drie decennia in dienst blijven. Sommige vliegtuigen vliegen nog 50 jaar na hun eerste vlucht.
Hier komen de hybriden
Betekent dit dat vliegen over lange afstand altijd afhankelijk zal zijn van fossiele brandstoffen? Niet noodzakelijk.
Terwijl volledig elektrische grote vliegtuigen een grote, nog uit te vinden verschuiving in energieopslag vereisen, zijn er andere manieren om de milieu-impact van vliegen te verminderen.
Hybride-elektrische vliegtuigen combineren brandstoffen met elektrische aandrijving. Deze klasse vliegtuigen omvat een ontwerp zonder batterijen, waarbij het elektrische aandrijfsysteem dient om de stuwkracht te verbeteren en de hoeveelheid benodigde brandstof te verminderen.
Hybride-elektrische vliegtuigen met batterijen zijn ook in ontwikkeling, waar de batterijen in bepaalde omstandigheden extra vermogen kunnen leveren. Batterijen kunnen dan bijvoorbeeld zorgen voor een schone start en landing om emissies in de buurt van luchthavens te verminderen.
Elektrische vliegtuigen zijn ook niet de enige manier om de directe koolstofvoetafdruk van vliegen te verminderen. Alternatieve brandstoffen, zoals biobrandstoffen en waterstof, worden ook onderzocht.
Biobrandstoffen, die zijn afgeleid van planten of algen, werden voor het eerst gebruikt op een commerciële vlucht in 2008 en verschillende luchtvaartmaatschappijen hebben proeven uitgevoerd met hen. Hoewel niet algemeen aanvaard, onderzoekt momenteel veel onderzoek naar duurzame biobrandstoffen die geen invloed hebben op zoetwaterbronnen of voedselproductie.
Hoewel biobrandstoffen nog steeds CO2 produceren, vereisen ze geen significante veranderingen aan de bestaande vliegtuig- of luchthaveninfrastructuur. Waterstof vereist daarentegen een volledig herontwerp van de tankinfrastructuur van de luchthaven en heeft ook een aanzienlijke impact op het ontwerp van het vliegtuig zelf.
Hoewel waterstof erg licht is, bevat waterstof drie keer meer energie per kilogram dan kerosine – de dichtheid is zeer laag, zelfs als deze als vloeistof bij -250°C wordt opgeslagen. Dit betekent dat brandstof niet langer in de vleugel kan worden opgeslagen, maar moet worden verplaatst naar relatief zware en omvangrijke tanks in de romp. Ondanks deze nadelen kunnen langeafstandsvluchten op waterstof veel energie verbruiken tot 12% minder energie dan kerosine.
Over de auteur
Dries Verstraete, senior docent ruimtevaartontwerp en voortstuwing, Universiteit van Sydney
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Video: Future Aircraft - NASA-documentaire
{besloten Y=Y1gAusOW-RU}
Verwante Boeken
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
door Paul Hawken en Tom Steyer
In het licht van de wijdverspreide angst en apathie, is een internationale coalitie van onderzoekers, professionals en wetenschappers bij elkaar gekomen om een reeks realistische en gewaagde oplossingen voor klimaatverandering aan te bieden. Honderd technieken en werkwijzen worden hier beschreven - sommige zijn bekend; sommigen heb je misschien nog nooit van gehoord. Ze variëren van schone energie tot het opleiden van meisjes in lagere inkomenslanden tot landgebruikspraktijken die koolstof uit de lucht halen. De oplossingen bestaan, zijn economisch levensvatbaar, en gemeenschappen over de hele wereld voeren ze momenteel uit met vaardigheid en vastberadenheid. Beschikbaar op Amazon
Ontwerp van klimaatoplossingen: een beleidsgids voor koolstofarme energie
door Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Nu de gevolgen van klimaatverandering al voor ons zijn, is de noodzaak om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen terug te dringen niets minder dan urgent. Het is een enorme uitdaging, maar de technologieën en strategieën om eraan te voldoen, bestaan tegenwoordig. Een klein aantal goed ontworpen en geïmplementeerde energiebeleidslijnen kan ons op weg helpen naar een koolstofarme toekomst. Energiesystemen zijn groot en complex, dus het energiebeleid moet gericht en kosteneffectief zijn. One-size-fits-all benaderingen zullen de klus gewoon niet klaren. Beleidsmakers hebben een duidelijke, alomvattende bron nodig die het energiebeleid schetst dat de grootste impact zal hebben op onze klimaattoekomst, en beschrijft hoe dit beleid goed vormgegeven kan worden. Beschikbaar op Amazon
Dit verandert alles: Kapitalisme versus The Climate
door Naomi Klein
In Dit verandert alles Naomi Klein betoogt dat klimaatverandering niet alleen een kwestie is die netjes moet worden ingediend tussen belastingen en gezondheidszorg. Het is een alarm dat ons oproept om een economisch systeem te repareren dat ons op veel manieren al tekortschiet. Klein bouwt nauwgezet op hoe massaal onze uitstoot van broeikasgassen wordt teruggedrongen, is onze beste kans om tegelijkertijd gapende ongelijkheden te verminderen, onze gebroken democratieën opnieuw te verbeelden en onze uitgeholde lokale economieën weer op te bouwen. Ze legt de ideologische wanhoop bloot van ontkenners van klimaatverandering, de messiaanse waanideeën van de zogenaamde geo-ingenieurs en het tragische defaitisme van te veel mainstream groene initiatieven. En ze laat precies zien waarom de markt de klimaatcrisis niet-kan en niet-kan oplossen, maar in plaats daarvan de zaken erger zal maken, met steeds extremere en ecologisch schadelijke extractiemethoden, vergezeld door een ongebreideld rampzalig kapitalisme. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
