전기 자동차, 기차, 트램 및 보트가 이미 존재합니다. 논리적으로 우리는 왜 대형 전기 비행기를 보지 않습니까? 그리고 우리는 그것들을 곧 보게 될까요?
왜 우리는 전기 자동차와 기차를 가지고 있지만 전기 비행기는 거의 없습니까? 주된 이유는 외부의 전통적인 화석 연료 차량과 매우 유사 해 보이지만 자동차 나 기차를 근본적으로 수정하는 것이 훨씬 간단하기 때문입니다.
육상 차량은 전기 저장 또는 전기 추진 시스템의 추가 질량에 쉽게 대처할 수 있지만 항공기는 훨씬 더 민감합니다.
예를 들어, 자동차의 질량을 35 %만큼 늘리면 13-20 %의 에너지 소비가 증가합니다. 그러나 비행기의 경우 에너지 사용은 질량에 정비례합니다. 질량을 35 % 증가 시키면 35 % 더 많은 에너지가 필요하다는 의미입니다 (다른 모든 것들은 동일 함).
그러나 그것은 이야기의 일부일뿐입니다. 항공기는 지상 차량보다 훨씬 더 많이 여행하므로 비행에는 일반 도로 여행보다 훨씬 많은 에너지가 필요합니다. 항공기는 전기 그리드에 연결된 열차와 달리 각 비행마다 질량을 이동시키는 데 필요한 모든 에너지를 선상에 저장해야합니다. 따라서 무거운 에너지 원을 사용한다는 것은 비행에 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 의미하며, 이는 추가 질량 등으로 이어집니다.
항공기의 경우 질량이 중요하므로 항공사의 수하물 무게가 빠릅니다. 전기 비행기는 배터리 1 킬로그램 당 충분한 에너지를 가진 배터리가 필요합니다. 또는 대량 페널티는 단순히 장거리를 날 수 없다는 것을 의미합니다.
단거리 비행기
그럼에도 불구하고 전기 항공기는 수평선에 있습니다. 그러나 곧 전기 747를 볼 수는 없습니다.
오늘날 가장 유용한 리튬 이온 배터리 팩은 약 킬로그램 당 약 200 와트시 (Wh)를 제공합니다. 현재 항공기 연료보다 60 배 적은. 이 유형의 배터리는 약 100km 거리에서 최대 4 명의 승객과 소형 전기 항공 택시에 전력을 공급할 수 있습니다. 더 긴 트립을 위해서는 더 많은 에너지 밀도 셀이 필요합니다.
예를 들어 30km 미만으로 최대 800 인원을 운송하는 단거리 전기 통근 항공기는 특히 750와 2,000Wh / kg 사이를 필요로합니다. 이는 등유 기반 제트 연료의 에너지 함량의 6-17 %입니다. 더 큰 항공기 일수록 점점 더 가벼운 배터리가 필요합니다. 예를 들어 140km의 1,500 승객을 태운 비행기는 승객 당 약 30kg의 등유를 소비합니다. 현재 배터리 기술을 사용하면 승객 당 거의 1,000kg의 배터리가 필요합니다.
지역 통근 항공기를 완전히 전기로 만들려면 배터리 무게가 4 ~ 10 배 감소해야합니다. 배터리 에너지의 장기적인 개선 률은 매년 약 3-4 %로 두 배가되었습니다. 대략 20 년마다. 이러한 역사적 추세가 지속됨에 따라 완전 전기 통근 항공기에 필요한 4 배 개선은 잠재적으로 세기 중반에 도달 할 수있었습니다.
대기 시간이 엄청나게 길어질 수 있지만, 이는 인프라 및 항공기 설계 수명주기 모두에 대한 항공 산업의 시간 변화와 일치합니다. 새로운 항공기는 설계에 약 5-10 년이 걸리며 20 년에서 30 년 동안 서비스를 계속 유지합니다. 일부 항공기는 첫 비행 후 여전히 50 년 동안 비행하고 있습니다.
여기 하이브리드가 온다
장거리 비행이 항상 화석 연료에 의존한다는 의미입니까? 반드시 그런 것은 아닙니다.
완전 전기 대형 항공기는 에너지 저장 분야에서 아직 발명되지 않은 주요 변화가 필요하지만 비행의 환경 영향을 줄이는 다른 방법이 있습니다.
하이브리드 전기 항공기는 연료를 전기 추진력과 결합합니다. 이 등급의 항공기에는 배터리가없는 설계가 포함되며, 전기 추진 시스템은 추력 효율을 개선하여 필요한 연료량을 줄입니다.
배터리가 장착 된 하이브리드 전기 항공기도 개발 중이며, 특정 상황에서 배터리가 추가 전력을 공급할 수 있습니다. 예를 들어 배터리는 공항 근처의 배출량을 줄이기 위해 깨끗한 이륙 및 착륙을 제공 할 수 있습니다.
전기 비행기가 비행의 직접적인 탄소 발자국을 줄이는 유일한 방법은 아닙니다. 바이오 연료 및 수소와 같은 대체 연료도 연구 중입니다.
바이오 연료 식물 또는 조류2008 상용 항공편에서 처음 사용되었으며 여러 항공사가 시험을 수행했습니다 그들과 함께. 널리 채택되지는 않았지만 현재 담수 원이나 식품 생산에 영향을 미치지 않는 지속 가능한 바이오 연료에 대한 중요한 연구가 진행되고 있습니다.
바이오 연료는 여전히 CO2를 생성하지만 기존 항공기나 공항 인프라에 큰 변화를 줄 필요는 없습니다. 반면에 수소는 공항의 연료 공급 인프라를 완전히 재설계해야 하며 항공기 자체 설계에도 큰 영향을 미칩니다.
수소는 매우 가벼운 반면 수소는 킬로그램 당 3 배 더 많은 에너지 등유보다 -250°C에서 액체로 보관하더라도 밀도가 매우 낮습니다. 이는 연료를 더 이상 날개에 저장할 수 없고 동체 내부의 상대적으로 무겁고 부피가 큰 탱크로 옮겨야 함을 의미합니다. 이러한 단점에도 불구하고 수소연료 장거리 비행은 등유보다 최대 12 % 적은 에너지.
저자에 관하여
항공 우주 설계 및 추진 분야의 수석 강사 인 Dries Verstraete, 시드니 대학교
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비디오 : 미래 항공기-NASA 다큐멘터리
{vembed Y=Y1gAusOW-RU}
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