الطائرات الكهربائية قادمة:يمكن تشغيل الرحلات الجوية الإقليمية بالبطاريات في غضون سنوات قليلة

قد تبدو الطائرات الكهربائية مستقبلية، لكنها ليست بعيدة جدًا، على الأقل للقفزات القصيرة.

إن شركة Velis Electros ذات المقعدين موجودة بالفعل يطن بهدوء في جميع أنحاء أوروبا, الطائرات البحرية الكهربائية ويجري اختبارها في كولومبيا البريطانية، وستأتي طائرات أكبر. طيران كندا أعلن في سبتمبر.وفي 15 أكتوبر 2022، ستشتري 30 طائرة إقليمية هجينة كهربائية من شركة Heart Aerospace السويدية، التي تتوقع أن تدخل طائرتها ذات 30 مقعدًا في الخدمة بحلول عام 2028.المحللون في الولايات المتحدةلاحظ المختبر الوطني للطاقة المتجددة أن أول سيارة هجينة كهربائية تتسع لـ50 إلى 70 مقعدًا طائرة ركاب يمكن أن تكون جاهزة لم يمض وقت طويل بعد ذلك.ويقولون إنه في ثلاثينيات القرن الحالي، يمكن للطيران الكهربائي أن ينطلق بالفعل.

وهذا مهم لإدارة تغير المناخ.حوالي 3% من الانبعاثات العالمية تأتي من الطيران اليوم، ومع توقع المزيد من الركاب والرحلات الجوية مع التوسع السكاني، يمكن أن ينتج الطيران ثلاث إلى خمس مرات أكثر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050 عما كانت عليه قبل جائحة كوفيد-19.

مهندس طيران وأستاذ مساعد جوكشين جينار يقوم بتطوير مفاهيم الطيران المستدام، بما في ذلك الطائرات الكهربائية الهجينة وبدائل وقود الهيدروجين، في جامعة ميشيغان.سألناها عن الطرق الرئيسية لخفض انبعاثات الطيران اليوم وإلى أين تتجه تقنيات مثل الكهرباء والهيدروجين.

لماذا يصعب كهربة الطيران؟

تعد الطائرات من أكثر المركبات تعقيدًا، ولكن المشكلة الأكبر في جعلها كهربائية هي وزن البطارية.

إذا حاولت تزويد طائرة 737 بالكهرباء بالكامل باستخدام بطاريات اليوم، فسيتعين عليك إخراج جميع الركاب والبضائع وملء تلك المساحة بالبطاريات فقط للطيران لمدة أقل من ساعة.

يمكن أن يحتوي وقود الطائرات على طاقة أكبر بحوالي 50 مرة مقارنة بالبطاريات لكل وحدة كتلة.لذلك، يمكنك الحصول على رطل واحد من وقود الطائرات أو 50 رطلاً من البطاريات.لسد هذه الفجوة، نحتاج إما إلى جعل بطاريات الليثيوم أيون أخف وزنا أو تطوير بطاريات جديدة تحمل المزيد من الطاقة.ويجري تطوير بطاريات جديدة، لكنها ليست جاهزة بعد للاستخدام في الطائرات.

ان بديل كهربائي هو الهجينة.

على الرغم من أننا قد لا نكون قادرين على تزويد طائرة 737 بالكهرباء بالكامل، إلا أنه يمكننا الحصول على بعض فوائد حرق الوقود من البطاريات الموجودة في الطائرات الأكبر حجمًا باستخدام أنظمة الدفع الهجين.ونحن نحاول تحقيق ذلك على المدى القصير، مع هدف 2030-2035 للطائرات الإقليمية الأصغر.كلما قل الوقود الذي يتم حرقه أثناء الطيران، قلت انبعاثات الغازات الدفيئة.

كيف يعمل الطيران الهجين على خفض الانبعاثات؟

تشبه الطائرات الكهربائية الهجينة السيارات الكهربائية الهجينة من حيث أنها تستخدم مزيجًا من البطاريات ووقود الطيران.المشكلة هي أنه لا توجد صناعة أخرى لديها قيود الوزن التي نطبقها في صناعة الطيران.

لهذا السبب يجب أن نكون أذكياء للغاية بشأن كيفية ومدى تهجين نظام الدفع.

يعد استخدام البطاريات كمساعد للطاقة أثناء الإقلاع والتسلق من الخيارات الواعدة للغاية.يمكن أن يؤدي استخدام سيارات الأجرة إلى المدرج باستخدام الطاقة الكهربائية فقط إلى توفير كمية كبيرة من الوقود وتقليل الانبعاثات المحلية في المطارات.هناك نقطة جيدة بين الوزن الإضافي للبطارية ومقدار الكهرباء الذي يمكنك استخدامه للحصول على فوائد الوقود الصافية.مشكلة التحسين هذه هي محور بحثي.

ستظل السيارات الهجينة تحرق الوقود أثناء الطيران، ولكن قد يكون ذلك أقل بكثير من مجرد الاعتماد بالكامل على وقود الطائرات.

أرى أن التهجين هو خيار متوسط ​​المدى للطائرات الأكبر حجمًا، ولكنه حل قصير المدى للطائرات الإقليمية.

بالنسبة للفترة من 2030 إلى 2035، نركز على المحركات التوربينية الهجينة، والتي عادةً ما تكون طائرات إقليمية تتسع لـ 50-80 راكبًا أو تُستخدم للشحن.يمكن لهذه الهجينة خفض استهلاك الوقود بنحو 10%.

مع السيارات الهجينة الكهربائية، يمكن لشركات الطيران أن تفعل ذلك أيضًا الاستفادة بشكل أكبر من المطارات الإقليمية, مما يقلل الازدحام والوقت الذي تقضيه الطائرات الأكبر حجمًا في وضع الخمول على المدرج.

ماذا تتوقع أن ترى على المدى القريب من الطيران المستدام؟

على المدى القصير، سنشهد المزيد من استخدام وقود الطيران المستدام، أو SAF.باستخدام محركات اليوم، يمكنك تفريغ وقود الطيران المستدام في نفس خزان الوقود وحرقه.الوقود المصنوع من الذرة والبذور الزيتية, الطحالب ويتم بالفعل استخدام الدهون الأخرى.

يمكن لوقود الطيران المستدام أن يقلل من صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون للطائرة بحوالي 80%, لكن العرض محدود، واستخدام المزيد من الكتلة الحيوية للوقود يمكن أن ينافس إنتاج الغذاء ويؤدي إلى إزالة الغابات.

والخيار الثاني هو استخدام وقود الطيران الاصطناعي المستدام، والذي يتضمن احتجاز الكربون من الهواء أو العمليات الصناعية الأخرى وتوليفه مع الهيدروجين.لكن هذه عملية معقدة ومكلفة وليس لها نطاق إنتاج مرتفع حتى الآن.

يمكن لشركات الطيران أيضًا تحسين عملياتها على المدى القصير، مثل تخطيط الطريق لتجنب التحليق بطائرات شبه فارغة.ويمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى تقليل الانبعاثات.

هل الهيدروجين خيار للطيران؟

لقد كان وقود الهيدروجين موجودًا منذ فترة طويلة جدًا، وعندما حدث ذلك الهيدروجين الأخضر – يتم إنتاجه باستخدام الماء والتحليل الكهربائي بالطاقة المتجددة – ولا ينتج ثاني أكسيد الكربون.ويمكنه أيضًا الاحتفاظ بقدر أكبر من الطاقة لكل وحدة كتلة مقارنة بالبطاريات.

هناك طريقتان لاستخدام الهيدروجين في الطائرة:إما بدلاً من وقود الطائرات العادي في المحرك، أو دمجه مع الأكسجين لتشغيل خلايا وقود الهيدروجين، والتي تقوم بعد ذلك بتوليد الكهرباء لتشغيل الطائرة.

المشكلة هي الحجم، فغاز الهيدروجين يشغل مساحة كبيرة.ولهذا السبب يبحث المهندسون عن طرق مثل إبقائه باردًا جدًا بحيث يمكن تخزينه كسائل حتى يتم حرقه كغاز.هو - هي لا يزال يشغل مساحة أكبر من وقود الطائرات، كما أن صهاريج التخزين ثقيلة، لذا لا يزال العمل جاريًا على كيفية تخزينه أو التعامل معه أو توزيعه على الطائرات.

تجري شركة إيرباص الكثير من الأبحاث حول احتراق الهيدروجين باستخدام محركات توربينية غازية معدلة مع منصة A380، و تهدف إلى الحصول على تكنولوجيا ناضجة بحلول عام 2025.تتوقع شركة طيران ريكس الأسترالية أن تبدأ اختبار طائرة هيدروجينية كهربائية ذات 34 مقعدًا للقفزات القصيرة في السنوات القليلة المقبلة.

ونظرًا لتنوع الخيارات، أرى أن الهيدروجين هو أحد التقنيات الرئيسية للطيران المستدام.

فهل ستكون هذه التقنيات قادرة على تحقيق أهداف صناعة الطيران للحد من الانبعاثات؟

المشكلة في انبعاثات الطيران لا تكمن في مستوياتها الحالية، بل في الخوف من أن انبعاثاتها ستزداد بسرعة مع زيادة الطلب.بحلول عام 2050، يمكن أن نشهد زيادة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الطيران بمقدار ثلاثة إلى خمسة أضعاف عما كانت عليه قبل الوباء.

ال منظمة الطيران المدني الدولي, ، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة، تحدد بشكل عام أهداف الصناعة، وتنظر إلى ما هو ممكن وكيف يمكن للطيران أن يتجاوز الحدود.

هدفها على المدى الطويل هو خفض صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 50% بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2005.سيتطلب الوصول إلى هناك مزيجًا من التقنيات المختلفة والتحسين.لا أعرف ما إذا كنا سنكون قادرين على تحقيق ذلك بحلول عام 2050، ولكن أعتقد أنه يتعين علينا أن نفعل كل ما في وسعنا لجعل الطيران المستقبلي مستدامًا بيئيًا.