Коли в электросамолетах з'явиться сенс?

В даний час світ з усіх сил намагається утримати вуглецеві викиди від стрімкого зростання. Але для досягнення довгострокових цілей, які ми поставили для стабілізації клімату, ми повинні зробити набагато більше, ніж заручитися якоюсь відновлювальною енергією. Утримання планети від потепління на 2 градуси вище доіндустріального рівня означає серйозну очищення від вуглецю використовуваної нами енергії. І це значить, що ми не тільки повинні стати абсолютно незалежними від вуглецю у виробництві електрики, але і почати використовувати ці чисті електрони для забезпечення наших потреб в обігріві і транспорті.

Якщо говорити про автомобілі та автобуси, цей процес вже почався. Але є один чутливий до ваги спосіб транспортування, де батареї нам не допоможуть: повітряні подорожі. Відносно низька енергетична щільність батарей означає, що вам знадобиться безліч таких, щоб живити літак. З цієї причини багато людей вирішили, що нам потрібно біопаливо для чистих повітряних перельотів. Проте існують компанії, які планують розробляти електричні пасажирські літаки.

Хто ж правий? Щоб з'ясувати це, міжнародна група інженерів справила оцінку того, чи зможуть електричні авіалайнери на акумуляторах злетіти і стати комерційно вигідними.

Електричні авіалайнери: в чому проблема?

Дослідники звернулися до низки пов'язаних проблем. По-перше, зможуть батареї досягати енергетичної щільності, достатньою для того, щоб їх можна було використовувати для авіаперельотів. По-друге, чи будуть вони економічними. Крім того, було розглянуто і питання того, чи зможуть літаки на батарейках допомогти нам досягти наших цілей у сфері викидів.

Більшість з цих проблем складніше, ніж здаються. Наприклад, літаки не тільки посилюють процес потепління внаслідок вуглецевих викидів; їх сліди також створюють висотні хмари, які володіють ізолюючим ефектом. Крім того, ступінь, з якою батареї можуть допомогти нам позбутися викидів, безпосередньо пов'язана з кількістю відновлюваної енергії, доступної для їх зарядки.

Масштаб проблеми, втім, легко зрозуміти. Кращі літій-іонні акумулятори в даний час мають щільність енергії 250 ват-годин на кілограм. Передбачається, що для робочого літака на батареях нам потрібно як мінімум в три, а може і у вісім разів більше щільності (2000 Вт-ч/кг). Ємність батарей збільшується на 3% в рік. Тобто, подвоюється приблизно через 25 років. Цей прогрес трохи прискорився останнім часом, але навіть якщо припустити більш швидкий прогрес, нам доведеться чекати до середини сторіччя перш ніж батареї стануть такими, як ми від них хочемо.

Втім, незрозуміло, як хімія приведе нас до таких батарей. Існують конструкції літій-повітряних і літій-сірчаних батарей з високою енергетичною щільністю, але вони можуть розряджатися недостатньо швидко, щоб живити інтенсивний зліт.

загалом, автори вирішили змоделювати батарею на 800 Вт-ч/кг, яка вважається мінімумом, необхідним для авіалайнера розміром з 727. Однак в якості оптимістичного прогнозу розглянули також 1200 Вт-ч/кг варіант. Перша батарея передбачає, що вага, що піднімається батареями майже в два рази більше, ніж у випадку з паливом. Однак це узгоджується з тим фактом, що електродвигуни більш ефективні, ніж двигуни згоряння. Крім того, батареї можуть живити бортові системи, спрощуючи конструкцію літака.

Скоротить це викиди вуглецю?

Якщо припустити, що ці електричні літаки вдасться побудувати, знизять вони викиди насправді? В даний час – ні. Враховуючи середній рівень викидів, пов'язаний з харчуванням, наприклад, енергосистеми США, викиди, пов'язані з харчуванням електричного літака (включаючи втрати при передачі), будуть приблизно на 20% вище, ніж викиди, вироблені сучасним, ефективним реактивним двигуном. Це не означає, що вони будуть абсолютно марні з точки зору клімату, немає. Як тільки додаткові ефекти на потепління будуть враховані, электросамолеты вийдуть вперед приблизно на 30%.

І все ж, майбутні міркування все досить швидко ускладнюють. Очікується, що ціна на поновлювані джерела енергії буде продовжувати знижуватися, що зробить поновлювані джерела енергії більшою частиною енергосистеми і призведе до зниження викидів. Автори дослідження оцінюють, що переважна більшість зарядки буде відбуватися в денний час – коли є сонячне світло. Якщо припускати, що майбутнє виробництво сонячної енергії призведе до знижку на використання електроенергії протягом дня, це може допомогти економіці електричних літаків; в даний час вони економічно вигідні тільки при ціні палива близько 100 доларів за барель.

Те, як все це вплине на авіапереліт, залежить від ємності майбутніх батарей. За оцінками авторів, ефективна дальність польоту у 1100 кілометрів дозволить електричним літакам покривати 15% від загальної кількості повітряних світ (і відповідний витрата палива) і майже половину від загальної кількості рейсів. Це збільшить загальний попит на електроенергію на один відсоток у всьому світі, хоча і торкнеться здебільшого промислово розвинені країни. Збільшення дальності до 2200 кілометрів дозволило б забезпечити 80% глобальних перельотів виключно електричними літаками.

Таким чином, в цілому, технологія знаходиться на межі комерційної життєздатності і може обмежити потепління, викликанеповітряними перевезеннями. Однак вкрай важливо, що обидві ці ситуації будуть поліпшуватися, оскільки відновлювана енергія захоплює більшу частку виробляє ринку. На жаль, єдине, що стримує розвиток всього цього — технології, оскільки батареї просто не мають необхідної ємності.

Можливо, пройде більше 30 років, перш ніж ми побачимо літаки, позбавлені рева реактивних двигунів.

Будете чекати? Розкажіть в нашому