Eviation의 Alice 프로토 타입. 이안 랭스 돈 / EPA
영국 정부는 새로운 기존 가솔린 및 디젤 자동차의 판매를 금지 할 계획이다 2040로. 분명히 모든 시민들이 전기 자동차 나 하이브리드 전기 자동차를 운전하거나 자전거를 타는 것이 좋습니다. 그러나 전기를 통하는 다른 탄소 집약적 인 형태의 여객 운송에서 배출을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니까?
이것은 복잡한 질문이며 크기가 중요한 질문입니다. 소형 항공기는 전기로 동력을 공급받을 수 있습니다. 실제로 몇몇 회사는 이미 소형 전기 항공기를 개발하고 있으며 그 안에서 시장에 나올 수 있습니다 다음 몇 년.
그러나 대형 항공기의 경우 우리 모두가 더 자주 사용하므로 조만간 발생하지 않을 것입니다. 문제는 추진 기술이 아니라 에너지 저장입니다. 제트 연료에는 현재 이용 가능한 가장 진보 된 리튬 이온 배터리보다 킬로그램 당 약 30 배 더 많은 에너지가 포함되어 있습니다.
세계에서 가장 큰 여객기 인 Airbus A380는 600 승객을 한 번에 15,000 킬로미터 비행 할 수 있습니다. 그러나 내 계산에 따르면 배터리를 사용하면 1,000 킬로미터를 약간 넘을 수 있습니다. 모든 승객과화물이 배터리로 교체 되더라도 여전히 2,000 킬로미터 미만입니다. 현재 범위를 유지하려면 비행기가 현재 연료 흡입량보다 30 배 더 큰 배터리가 필요합니다.
이 장단점은 연료가 이륙시 항공기 중량의 절반을 차지하기 때문에 장거리 비행에 특히 나쁩니다. 게다가, 기존의 비행기는 연료가 소비됨에 따라 더 가벼워 지지만, 전기 항공기는 전체 비행에 대해 동일한 배터리 무게를 지녀야합니다. 내가 말했듯이, 크기가 중요합니다.
5 ~ 10 석 경량 항공기의 경우, 연료는 항공기 중량의 10 % ~ 20 %를 구성 할 가능성이 있습니다. 배터리를 연료로 바꾸는 것만으로도 비행기가 비행 할 수있는 거리를 비실용적으로 줄일 수 있습니다. 그러나 2 ~ 3 명의 승객을 추가 배터리로 교체하면 500km 이상의 연료로 작동되는 범위와 비교하여 750 킬로미터에서 1,000 킬로미터까지의 범위가됩니다.
최초의 상용 모델
그러나 다른 옵션이있을 수 있습니다. 이스라엘 회사 퇴거 최근에는 세계 최초의 상용 전기 여객기가 될 것이라고 주장하는 프로토 타입 버전을 공개했습니다. Alice라는 항공기는 제트 연료를 배터리로 교체 할뿐만 아니라 추진 시스템이 기체에 통합되는 방식을 개선하는 완전히 새로운 디자인 컨셉입니다. 1,000km 범위의 9 명의 승객을 태우는 Alice는 2022에서 서비스를 시작할 것으로 예상됩니다.
Alice는 소규모 지역 여행에 대한 실질적인 대안이 될 수 있지만 대부분의 정기 여객 비행, 단거리 운항 항공편에는 적합하지 않습니다. 그렇다면 어떻게 통전이 도움이 될까요? 배터리 기술을 향상시키는 것이 하나의 옵션입니다. 로 알려진 새로운 기술 리튬 공기 배터리 이론적으로 제트 연료와 동일한 에너지 밀도에 도달 할 수 있습니다. 그러나 그들은 여전히 실험실 단계에 있습니다. 항공 산업의 안전에 매우 민감한 특성을 고려할 때, 입증되지 않은 기술로 미래 항공기를 계획 할 것 같지 않습니다.
향후 20에서 30 년까지 단거리 항공편에 대해 더 많이 볼 수있는 것은 현재 터보 팬 엔진과 새로운 전기 추진 시스템을 결합한 하이브리드 항공기입니다. 이보다 유연한 하이브리드 시스템은 이륙에 필요한 높은 추력과 긴 크루즈에 필요한 에너지 밀도를 제공하도록 최적화 될 수 있습니다.
하이브리드 E- 팬 X 에어 버스
이것은 적극적으로 추구하는 분야입니다 전자 팬 Airbus, Rolls-Royce 및 Siemens와 협력하여 하이브리드-전기 추진 비행 시연 기 개발을위한 프로젝트. 그들은 일반적으로 146 승객을 운반하는 BAe 100 항공기를 사용하여 항공기의 4 개의 Honeywell 터보 팬 엔진 중 하나를 2 메가 와트 전기 모터로 구동되는 추진기 팬으로 교체 할 계획입니다.
프로젝트의 초기 단계에서 실제로 전기는 항공기 동체 (본체)에 장착 된 롤스 로이스 AE2100 가스 터빈에 의해 공급됩니다. 그러나 E-FanX는 하이브리드 전기 기술의 진화에서 여전히 중요한 단계가 될 것입니다. 에어 버스는 말한다 100가 2030 좌석 항공기에이 기술을 사용할 수 있기를 원합니다.
두 개의 대형 터보 팬을 사용하는 기존 설계보다 효율적인 소위 분산 추진 시스템에 여러 개의 작은 전기 추진기가 장착 된 평면을 장착 할 수도 있습니다. 이 아이디어는 별도의 동체와 날개를 하나의 "혼합 날개 몸보다 공기 역학적 설계로 추진기와 기체를보다 효율적으로 통합합니다. 이는 항공기에 필요한 에너지 양을 20 %만큼 줄일 수 있습니다.
그러나 세계 2 대 항공기 제조업체 인 Boeing과 Airbus는 혼합 날개 기술을 적극적으로 추구하고 있지 않습니다. 이러한 주요 설계 변화에는 너무 많은 기술적 과제가 있습니다 상업적으로 실행 가능하게하기 위해 지금. 예를 들어, 대부분의 공항은 혼합 날개 항공기를 수용 할 수 없습니다.
대안 없음
불행히도, 대부분의 항공편은 제트 연료 터보 팬에 대한 실질적인 대안이 없습니다. 이러한 이유로 주요 항공기 엔진 제조업체는 현재 엔진 기술을 개선하는 데 많은 투자를하고 있습니다. 국제 항공 운송 협회 저것을 견적한다 각각의 차세대 항공기는 대체하는 모델보다 연비가 평균 20 % 더 높으며, 항공사는 향후 10 년 동안 새로운 비행기에 미화 1.3 조 달러를 투자 할 것입니다.
예를 들어 Rolls-Royce의 최신 엔진 인 트렌트 XWB 그 새로운 힘 에어 버스 A350, is marketed as “the world’s most efficient large aero-engine”. Airbus claims the engine will help the A350 to achieve “25% lower operating costs, fuel burn and CO? emissions when compared with previous-generation aircraft”.
차세대 롤스 로이스 엔진 인 UltraFanTM, will offer a further 20% to 25% reduction in fuel consumption and CO? emissions and is due to enter into service in 2025.
But it’s worth remembering that aviation currently contributes only 2% to 3% of global CO? emissions. This compares to about 30% to 35% for the whole transport sector, and another 30% to 35% for electricity generation.
항공 승객 수는 두 배로 예상 향후 20 년 동안 총 배출량도 마찬가지이므로 항공 문제를 더 큰 문제로 만들지 않을 것입니다. 항공기 세대당 항공 배출량을 20 % 감소시키는 것은 지속 가능한 개선이 아닐 수 있습니다. 그러나 하이브리드 항공기가 현실화되면 비행은 오늘날보다 총 배출량에 크게 영향을 줄 수 있습니다.
저자에 관하여
응용 공기 역학의 선임 강사 인 Duncan Walker, 러프 버러 대학
이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.
