电动飞机来了：几年后支线航班可能会使用电池运行

电动飞机可能看起来很未来，但它们离我们并不遥远，至少对于短途飞行来说是这样。

两座 Velis Electros 已经 在欧洲悄然响起, 电动水上飞机 正在不列颠哥伦比亚省进行测试，更大的飞机即将推出。 加拿大航空 九月份宣布2022 年 12 月 15 日，它将从瑞典 Heart Aerospace 购买 30 架电动混合动力支线飞机，预计到 2028 年其 30 座飞机将投入使用。美国分析师国家可再生能源实验室指出 第一款 50 至 70 座混合动力电动车 通勤飞机 可以准备好了 不久之后。他们表示，到 2030 年代，电动航空可能真正起飞。

这对于管理气候变化很重要。目前，全球约 3% 的排放量来自航空业，随着人口的增长，预计乘客和航班数量将会增加，航空业可能会产生 三到五倍 到 2050 年，二氧化碳排放量将超过 COVID-19 大流行之前的水平。

航空航天工程师和助理教授 格克辛·恰纳尔 密歇根大学开发可持续航空概念，包括混合动力飞机和氢燃料替代品。我们向她询问了当今减少航空排放的关键方法以及电气化和氢能等技术的发展方向。

为什么航空业的电气化如此困难？

飞机是最复杂的交通工具之一，但其电气化的最大问题是电池重量。

如果您尝试使用当今的电池对 737 进行完全电动化，则必须取出所有乘客和货物，并用电池填充该空间，才能飞行不到一个小时。

每单位质量的喷气燃料可容纳的能量是电池的约 50 倍。因此，您可以拥有 1 磅喷气燃料或 50 磅电池。为了缩小这一差距，我们需要要么让锂离子电池变得更轻，要么开发能够容纳更多能量的新电池。新电池正在开发中，但尚未准备好用于飞机。

一个 电动替代品 是杂交种。

尽管我们可能无法使 737 完全电气化，但通过使用混合动力推进系统，我们可以从大型喷气式飞机的电池中获得一些燃油燃烧效益。我们正努力在短期内实现这一目标，并制定了 2030-2035 年小型支线飞机的目标。飞行过程中燃烧的燃料越少，温室气体排放就越少。

混合动力航空如何减少排放？

混合动力飞机与混合动力电动汽车类似，它们使用电池和航空燃料的组合。问题是没有其他行业像我们在航空航天行业那样受到重量限制。

这就是为什么我们必须非常明智地了解推进系统的混合方式和程度。

在起飞和爬升期间使用电池作为动力辅助是非常有前途的选择。仅使用电力滑行到跑道还可以节省大量燃料并减少机场的当地排放。电池的增加重量和您可以使用多少电量来获得净燃油效益之间存在一个最佳平衡点。这个优化问题是我研究的核心。

混合动力飞机在飞行过程中仍然会燃烧燃料，但它可能比完全依赖喷气燃料要少得多。

我认为混合动力是大型喷气式飞机的中期选择，但对于支线飞机来说是近期的解决方案。

2030 年至 2035 年，我们的重点是混合动力涡轮螺旋桨飞机，通常是载有 50-80 名乘客或用于货运的支线飞机。这些杂交品种可以 减少约 10% 的燃料消耗.

借助电动混合动力，航空公司还可以 更多地利用支线机场, ，减少拥堵和大型飞机在跑道上空转的时间。

您期望近期从可持续航空中看到什么？

短期内，我们将看到更多地使用可持续航空燃料（SAF）。借助当今的发动机，您可以将可持续航空燃料倒入同一个油箱中并燃烧。燃料由 玉米、油籽, 藻类 和其他脂肪已经被使用。

可持续航空燃料可以减少飞机的二氧化碳净排放量 约80%, 但供应有限，使用更多生物质作为燃料可能会与粮食生产竞争并导致森林砍伐。

第二种选择是使用合成的可持续航空燃料，其中涉及从空气或其他工业过程中捕获碳并将其与氢合成。但这是一个复杂且成本高昂的过程，而且目前还没有达到很高的生产规模。

航空公司还可以在短期内优化其运营，例如 路线规划 以避免驾驶几乎空的飞机。这也可以减少排放。

氢能是航空的选择吗？

氢燃料已经存在很长时间了，当它出现时 绿色氢 – 由可再生能源驱动的水和电解生产 – 它不产生二氧化碳。与电池相比，它每单位质量还可以容纳更多的能量。

在飞机上使用氢气有两种方法：要么代替发动机中的常规喷气燃料，要么与氧气结合为氢燃料电池提供动力，然后氢燃料电池发电为飞机提供动力。

问题在于体积——氢气占据大量空间。这就是为什么工程师们正在寻找一些方法，比如保持它非常凉爽，这样它就可以作为液体储存，直到它作为气体燃烧。它 仍然占用更多空间 比喷气燃料还重，而且储罐很重，因此如何在飞机上储存、处理或分配它仍在研究中。

空中客车公司正在利用 A380 平台的改进型燃气涡轮发动机对氢燃烧进行大量研究，并且 目标是到2025年技术成熟. 。澳大利亚雷克斯航空公司预计开业 测试 34 座氢电动飞机 未来几年的短暂跳跃。

由于选择多种多样，我认为氢是可持续航空的关键技术之一。

这些技术能否实现航空业的减排目标？

航空排放的问题不在于其当前的水平，而在于人们担心其排放量将随着需求的增加而迅速增加。到 2050 年，航空业二氧化碳排放量可能比疫情爆发前增加三到五倍。

这 国际民用航空组织, 联合国机构总体上定义了行业的目标，研究可行的方法以及航空业如何突破界限。

其长期目标是 二氧化碳净排放量减少 50% 到 2050 年，与 2005 年的水平相比。实现这一目标需要结合不同的技术和优化。我不知道我们是否能够在 2050 年之前实现这一目标，但我相信我们必须尽一切努力使未来的航空业实现环境可持续发展。