Lám az elektromos repülőgépek újabb mérföldkőhöz értek, a Future Planet pedig azt kérdezi, mennyi ideig tarthat még, hogy készen álljanak a mindennapi repüléshez? És milyen messzire tudnak majd repülni?

A hatalmas földterülettel körülvett nagy repülőtéren Washington központjában, egy elektromos repülőgép a közelmúltban történelmet írt. Ez a legnagyobb kereskedelmi repülőgép, amely valaha felszállt és repült csak elektromos hajtással.
Május 28-án 30 perc időtartamig emelkedett fel a Grant megyei nemzetközi repülőtér fölé, a nézők tömegének tapsa és vidámságának közepette.

A valaha volt legnagyobb elektromos repülőgép, hú? Nos, ez egy módosított Cessna Caravan 208B volt – amely maximum kilenc utast képes befogadni. És a teszt repülőgépnek csak egy ülése volt pilóta számára.

Ez messze van a 200-300 férőhelyes repülőgéptől, amellyel hétvégére, városi szünetekre vagy munkába utazunk, nem is beszélve a kontinenseket átszelő hatalmas emeletes repülőgépekről. De az „eCaravan” tesztrepülése siker volt.
A dolgok mögött meghúzódó két társaság, az AeroTEC és a magniX, amelyek az elektromos motort szállították, meg vannak elégedve az eredményekkel. Roei Ganzarski, a magniX vezérigazgatója kijelentette, hogy a Cessna repülésének ára mindössze 6 dollár (4,80 font) volt. Ha hagyományos motor üzemanyagát használtak volna, a 30 perces repülés 300-400 dollárba (240-320 fontba) kerülne.

Ez a tesztrepülés korábbi kísérletekre épült olyan kisebb repülőgéppel, amely szintén a magniX által gyártott elektromos motorral volt felszerelve. És felmerül a kérdés: mikor fogunk repülni egy nagyobb utasszállító repülőgépen, amely nem fosszilis tüzelőanyaggal, hanem villamos energiával működik?

Akár ez is tetszhet:

• Elektromos repülőgép amely a forradalmat vezeti
• következő lépés, hidrogénüzemű vonatok,
• aztán a világ legvalószínűtlenebb napfarmjai.

Az első dolog, amit meg kell jegyezni, hogy a nagy repülőgépekkel végzett hosszú távú járatok nem hamarosan válnak teljesen elektromossá.
Természetesen nem a következő 50 évben – és a zsűri meg fogja vizsgálni, hogy ez megtörténhet-e még ebben a században. Ennek oka az energia sűrűsége.

Az energia sűrűségét általában a wattóra (Wh) számával fejezik ki, amelyet kilogrammonként (kg) kapsz.
A jelenlegi lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége eléri a 250 Wh/kg-ot, míg a sugárhajtómű üzemanyag vagy a kerozin energiasűrűsége körülbelül 12.000 Wh/kg.

Az e-Caravánt összesen kilenc utas elhelyezésére lehetett kialakítani,
de a próbarepülésen csak egy ülés volt a pilóta számára (Forrás: MagniX)

Úgy tűnik, hogy az elektromos repülőgépek alig reménykedhetnek a felzárkózásban. A különbség azonban nem olyan szörnyű, mint amilyennek látszik, mivel az elektromos meghajtó rendszereket úgy lehet megtervezni, hogy azok hatékonyabbak legyenek, vagyis kevesebb energiával több mérföldet tudnak megtenni.
A jelenlegi helyzet azonban továbbra is a fosszilis tüzelőanyag-rendszereket teszi körülbelül 14-szer energia gazdagabbá, mint az akkumulátorral működő alternatívák. Az akkumulátorok, amelyek nem tudnak folyadékként tetszőlegesen elhelyezkedni, alakjuk és ömlesztettségük szempontjából is kellemetlenek. „Jelenleg az üzemanyag szépen beleidomul a szárnyba” – mondja Susan Liscouët-Hanke, a montreali Concordia Egyetem repülőgépmérnöke.

A jelenlegi repülési tartomány megtartása érdekében a repülőgépnek annyi akkumulátorra lenne szüksége, amelynek súlya meghaladja a jelenlegi üzemanyag-fogyasztás súlyának 30-szorosát, vagyis soha nem emelkedik el a földtől

– Duncan Walker.

Ráadásul egy további akadály az, hogy az akkumulátor súlya változatlan marad még ha elhasználódott is.
Ahogy a hagyományos repülőgép repül, a kerozin elhasználódik, így a repülőgép könnyebbé válik. Ez viszont csökkenti a levegőben maradásához szükséges üzemanyag mennyiségét.

Duncan Walker a Loughborough Egyetemről, egy azok közül, akik kiszámították, hogy mit jelent ez az elektromos repülőgépek tényleges levegőbe juttatásában. Kiderült, hogy a világ legnagyobb utasszállító repülőgépe, az Airbus A380 csak 1,000 kilométert tud repülni akkumulátorokkal, szemben a szokásos 15 000 km-es távolsággal.
„A jelenlegi repülési tartomány megtartása érdekében, a repülőgépnek annyi akkumulátorra lenne szüksége, amelynek súlya meghaladja a jelenlegi üzemanyag-fogyasztás súlyának 30-szorosát, vagyis soha nem emelkedik el a földtől.” – írja.

Ezek a korlátozó tényezők azt jelentik, hogy a legtöbb iparági szakértő úgy véli, vannak olyan speciális típusok, amelyeket először kell villamosítani. Ez elsősorban azt jelenti, hogy kicsik lesznek, de nem feltétlenül apróak.

A mérnökök jelenleg egy 180 üléses teljesen elektromos sugárhajtású repülőt próbálnak felépíteni, amely körülbelül 500 km-re képes repülni. Az olcsó légitársaság, az EasyJet, a Wright Electric repüléssel foglalkozó induló légitársasággal együttműködve, kidolgoz és kifejleszt egy olyan prototípus repülőgépet, amely sikeressége esetén már 2030-ban belép a kereskedelmi szolgáltatásba. Utazási útvonalai korlátozottak lesznek – például Párizs és London között, nem sokkal hosszabbak – azonban a keskeny karosszériájú repülőgépek, amelyek rövidebb, akár 1500 km hosszú távolságra repülnek, a repülés káros anyag kibocsátásának mintegy egyharmadát okozzák, Roland Berger vezetési tanácsadó szerint.

Azáltal, hogy fokozatosan bevezetik az elektromos repülőgépeket, amelyek helyettesíthetik a hagyományos repülőgépeket ezeken a rövid távú utakon, a repülés környezeti hatása jelentősen javulhat.

Azonban ez nem következik be hamarosan, mert – amint azt Roland Berger is megjegyzi – a repülés az egyetlen jelentős iparág az EU-ban, ahol a széndioxid kibocsátás jelentősen növekszik. Noha az ipar ma a globális szén-dioxid-kibocsátás mindössze 3%-át teszi ki, 2050-re a kereskedelmi repülőgépek az ágazat várható növekedése miatt, a világméretű kibocsátások akár 24% -át is elérhetik.

A teljesen elektromos 180 férőhelyes repülőgép 2030-ra tervezett repülés képessége „nagyon ambiciózus” – mondta Robert Thomson, Roland Berger partnere. A józan vélemény szerint 2030-ra valószínűleg hibrid elektromos repülőgépek kerülnek forgalomba. Ezekben a repülőkben a meghajtást akkumulátorok és villamos motorok biztosítják, a hagyományos égésű rendszerek mellett. “Egy 50 üléses repülőgép hibridként életképes lenne, talán 2030-ra, a 2020-as évek végére – azt hiszem, ez a fajta időkeret, az amely valószínűsíthető” – mondja Thomson.

Hozzáteszi, hogy cége több mint 200 elektromos meghajtású repülőgép fejlesztésében vállalt szerepet, és ezeknek a projekteknek a száma 30% -kal növekedett 2018 és 2019 között. Ezeknek a repülőgépeknek nagy része hibrid modell. Mindenféle “választékban” vannak, mondja Thomson, ahol az elektromosság a repülőgép hajtóerejének mindössze 10-20% -át biztosíthatja. Ennek ellenére elvileg ezeket a terveket könnyebb lehet kidolgozni, a meglévő repülőgép-testek felhasználásával.

A világ első teljesen elektromos kereskedelmi repülőgépe, 2019 decemberében szállt fel. (Kép: MagniX)

Az elmúlt évek egyik legközelebbről megfigyelt hibrid repülőgép-kísérlete az E-Fan X, az Airbus, a Siemens és a Rolls-Royce közös projektje. A repülőgép koncepciójában egy 100 üléses BAE 146 repülőgép szerepelt, amelyet úgy kellett módosítani, hogy négy motorjának egyikét egy 2 megawatt teljesítményű motor hajtja meg – ez elég energia ahhoz, hogy körülbelül 2000 házat ellásson árammal. A terv az volt, hogy idén próbarepülést hajtson végre a repülőgép, de a projektet áprilisban hirtelen leállították.

A legnagyobb fejlesztés akkor történhet meg, ha a repülőgépek testét úgy alakítják át, hogy a szokásosnál több motor kerüljön rá.

– Riona Armesmith

Riona Armesmith, a Rolls-Royce hibrid elektromos hajtómű vezető főmérnöke szerint az E-Fan X-hez kifejlesztett technológia nem volt teljesen odatéve. „Azt hiszem, csak tettünk egy lépést hátra, és megvizsgáltuk, vajon valóban szükségünk van-e ezen rendszerek repültetésére” – mondja. „Azt hiszem, úgy éreztük, hogy eleget tanultunk.”

Armesmith elismeri, hogy jelenleg nem tervezik egy másik prototípus repülőgép repülését az E-Fan X rendszer technológiájának felhasználásával, de ennek ellenére sokat tanultak ebből. Nem utolsósorban azt, hogy az olyan alkatrészeket, mint például az elektromos generátorokat, kábeleket és a kapcsoló rendszereket, hogyan kell újratervezni vagy megépíteni teljesen a semmiből, hogy megbízhatóak és biztonságosak legyenek a repüléshez, mondja. Az igazat megvallva, aligha alkalmaztak elektromos rendszereket ilyen méretű repülőgépek kiszolgálására korábban.

Az elektromos alkatrészek további szigetelést igényelnek annak biztosítása érdekében, hogy ne okozzanak tüzet például, mondja Armesmith. És a nagy tengerszint feletti magasságban a magas feszültség nagyobb mértékben veszi igénybe ezt a szigetelést, ezért annak nagyon robusztusnak kell lennie, hogy repülésre megfelelő legyen.
Ez azt jelentette, hogy neki és csapatának vadonatúj kábeleket és kapcsolótáblákat kellett terveznie. „Valahogy haladnod kell ‘Ah, valójában ez sokkal nagyobb kihívást jelent, mint gondoltuk’ ”– mondja.

A Rolls-Royce-nak vannak még kísérleti elektromos repülőgépei is fejlesztés alatt, beleértve a teljesen elektromos ACCEL repülőgépet, amelynek várhatóan idén lesz a próba repülése azzal a céllal, hogy rekordot állítson fel a leggyorsabb elektromos repülőgépként. Noha kicsi együléses, közel 500 km/h sebességre tervezték és 320 km-nél nagyobb távolság megtételére képes.

Mint sokan az iparágban, Armesmith szerint a legnagyobb fejlesztés akkor történhet meg, ha a repülőgépek testét úgy alakítják át, hogy a szokásosnál több motor kerüljön rá. Az elméleti tanulmányok azt sugallják, hogy több, kisebb motor használata csökkentheti a tehetetlenséget, és javíthatja az általános hatékonyságot – az ilyen formatervek potenciálisan jobb lehetőségeket biztosítanak az elektromos repülőgépek számára.
Ez az egyik alapelve a Wright Electric munkájának az EasyJet-tel koordinálva.

A Rolls-Royce ACCEL repülőgépe várhatóan idén repül még azzal a céllal, hogy a
leggyorsabb elektromos repülőgép legyen (Kép: Rolls-Royce).

Liscouët-Hanke szerint az elektromos repülőgépekkel kapcsolatos projektek és kísérletek hatalmas köre továbbra is bátorító. Ez azt jelenti, hogy több lehetőség van ezen repülőgépek egyikének sikerére. Fontos azonban, hogy ne kerüljünk bele minden hype-be – tette hozzá Richard Aboulafia, a Teal Group légiközlekedési piackutató cégének elemzési alelnöke.

Noha a nagyobb repülőgépekkel kapcsolatos technológiai korlátok kétségtelenül jelentősek, mégis dicséri a legutóbbi eCaravan kísérletet. Olyan kicsi repülőgépek számára, amelyek maroknyi utast vagy kevés rakományt szállítanak, egy kicsi piac van, évente körülbelül 100 járművel. Az ilyen típusú elektromos repülőgépek nem igényelnek nagy változtatásokat az akkumulátor-technológiában a működéshez, és a repülések kipróbálhatók kevésbé beépített területeken, ami végső soron biztonságosabb. “Ez az ideális tesztpiac” – mondja.

Ez nem izgatja azokat az embereket, akik elektromos sugárhajtású repülővel történő nyaralásról álmodnak (vagy azokat, akik a forgalmas repülőterek közelében élnek, csendesebb égboltot remélve). De lehet hogy ez, néhány kritikus csecsemőlépést képvisel az úton a cél felé.

Időközben másik két technológia került vizsgálat alá a repülőgépek kibocsátásának csökkentése területén, a bioüzemanyagok és a hidrogénmeghajtó rendszerek. Mindegyiknek megvan a maga saját problémája.
A szerves anyagból készült bioüzemanyagokat a meglévő repülőgépek felhasználhatják, és zöldebbek lehetnek, mint a kerozinnal, ám ennek ellenére a piac kicsi, és sok bioüzemanyagnak megvannak a maga környezeti hátrányai.

És a hidrogén, bár potenciálisan tiszta, ha megújuló forrásból nyerik, ugyanattól a problémától szenved, mint az elektromos akkumulátorok. „Szükség van valamire a repülőgépben a hidrogén tárolására, ami háromszoros nagyságú a kerozin helyigényéhez képest” – mondja Thomson. „A mai repülőgép-építészetet figyelembe véve, sehová sem lehet ezt elhelyezni.”

Más szavakkal: a reményteljes technológiák mindhárom eleme – az akkumulátorok, a bioüzemanyagok és a hidrogén – jelentős áttöréseket igényelnek, mielőtt a repülést forradalmasíthatnák. És a Covid-19 világjárvány, amely nagyon súlyosan sújtotta a légi-közlekedési ágazatot, még tovább hátráltathatja a fejleményeket.

A környezetbarátabb utazás iránti érdeklődés azonban fokozódik. Az elektrifikáció politikai támogatásával az Airbus, az EasyJet, a Rolls-Royce és még sok más kísérleti projekt lendületét fel lehet használni – mondja Liscouët-Hanke.

“Ha a […] szabályozások támogatják, azt hiszem, látni fogjuk még ezt” – mondja.

Bármely repülő tekintetében nagyon sok erőfeszítés szükséges, hogy felszálljon a földről.

A riport megírásához szükséges utazási káros-anyag kibocsátás 0 kg szén-dioxidot volt: az író távolról készített interjút a forrásokkal. Ennek a riportnak a digitális kibocsátása becslések szerint 1,2 g – 3,6 g szén-dioxidot volt oldalanként. Tudjon meg többet arról, hogy hogyan lehet kiszámolni ezt a mennyiséget, itt.

Forrás: BBC Future Planet – Írta: Chris Baraniuk
Fordította: Rasid Said