Elektroflugzeuge kommen:Regionalflüge könnten in ein paar Jahren mit Batterien betrieben werden

Elektroflugzeuge mögen futuristisch erscheinen, aber sie sind nicht so weit weg, zumindest für kurze Sprünge.

Zweisitzer Velis Electros gibt es bereits leise durch Europa schwirren, elektrische Wasserflugzeuge werden in British Columbia getestet und größere Flugzeuge kommen. Air Canada angekündigt am Sept.Am 15. Februar 2022 kündigte das Unternehmen an, 30 Elektro-Hybrid-Regionalflugzeuge von der schwedischen Firma Heart Aerospace zu kaufen, die damit rechnet, ihr 30-sitziges Flugzeug bis 2028 im Einsatz zu haben.Analysten der USADas National Renewable Energy Lab stellt fest, dass die erster hybridelektrischer 50- bis 70-Sitzer Pendlerflugzeug könnte fertig sein nicht lange danach.In den 2030er Jahren, so sagen sie, könnte die elektrische Luftfahrt richtig durchstarten.

Das ist wichtig für die Bewältigung des Klimawandels.Ungefähr 3 % der weltweiten Emissionen stammen heute aus dem Luftverkehr, und da mit dem Bevölkerungswachstum mehr Passagiere und Flüge erwartet werden, könnte der Luftverkehr einen Beitrag dazu leisten drei- bis fünfmal mehr Die Kohlendioxidemissionen werden bis 2050 niedriger ausfallen als vor der COVID-19-Pandemie.

Luft- und Raumfahrtingenieur und Assistenzprofessor Gökçin Çınar entwickelt an der University of Michigan nachhaltige Luftfahrtkonzepte, darunter Hybrid-Elektroflugzeuge und Wasserstoff-Kraftstoffalternativen.Wir fragten sie nach den wichtigsten Möglichkeiten, die Luftverkehrsemissionen heute zu senken und wohin sich Technologien wie Elektrifizierung und Wasserstoff entwickeln.

Warum ist die Luftfahrt so schwer zu elektrifizieren?

Flugzeuge gehören zu den komplexesten Fahrzeugen auf dem Markt, doch das größte Problem bei der Elektrifizierung ist das Gewicht der Batterie.

Wenn Sie versuchen würden, eine 737 mit den heutigen Batterien vollständig zu elektrifizieren, müssten Sie alle Passagiere und Fracht herausnehmen und diesen Raum mit Batterien füllen, um weniger als eine Stunde fliegen zu können.

Düsentreibstoff kann im Vergleich zu Batterien pro Masseneinheit etwa 50-mal mehr Energie speichern.Sie können also 1 Pfund Kerosin oder 50 Pfund Batterien haben.Um diese Lücke zu schließen, müssen wir entweder Lithium-Ionen-Batterien leichter machen oder neue Batterien entwickeln, die mehr Energie speichern.Neue Batterien werden entwickelt, sind aber noch nicht bereit für den Einsatz im Flugzeug.

Ein elektrische Alternative ist Hybriden.

Auch wenn wir eine 737 möglicherweise nicht vollständig elektrifizieren können, können wir durch den Einsatz von Hybridantriebssystemen durch die Batterien in den größeren Jets einige Vorteile beim Kraftstoffverbrauch erzielen.Wir versuchen, dies kurzfristig zu erreichen, mit einem Ziel für 2030–2035 für kleinere Regionalflugzeuge.Je weniger Treibstoff während des Fluges verbrannt wird, desto geringer sind die Treibhausgasemissionen.

Wie trägt die hybride Luftfahrt zur Emissionsreduzierung bei?

Hybrid-Elektroflugzeuge ähneln Hybrid-Elektroautos darin, dass sie eine Kombination aus Batterien und Flugkraftstoffen verwenden.Das Problem besteht darin, dass in keiner anderen Branche die gleichen Gewichtsbeschränkungen gelten wie in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Deshalb müssen wir sehr klug sein, wie und in welchem ​​Ausmaß wir das Antriebssystem hybridisieren.

Der Einsatz von Batterien als Antriebsunterstützung beim Start und Steigflug ist eine vielversprechende Option.Auch das rein elektrische Rollen zur Landebahn könnte eine erhebliche Menge Treibstoff einsparen und die lokalen Emissionen an Flughäfen reduzieren.Es gibt einen Kompromiss zwischen dem zusätzlichen Gewicht der Batterie und der Menge Strom, die Sie verbrauchen können, um Netto-Kraftstoffvorteile zu erzielen.Dieses Optimierungsproblem steht im Mittelpunkt meiner Forschung.

Hybride würden während des Fluges immer noch Treibstoff verbrauchen, aber es könnte deutlich weniger sein, als wenn sie sich ausschließlich auf Kerosin verlassen würden.

Ich sehe die Hybridisierung als mittelfristige Option für größere Jets, aber als kurzfristige Lösung für Regionalflugzeuge.

Für 2030 bis 2035 konzentrieren wir uns auf Hybrid-Turboprops, typischerweise Regionalflugzeuge mit 50–80 Passagieren oder für den Güterverkehr.Diese Hybriden könnten Reduzieren Sie den Kraftstoffverbrauch um etwa 10 %.

Mit Elektrohybriden könnten auch Fluggesellschaften dies tun Regionalflughäfen stärker nutzen, wodurch Staus und die Zeit, die größere Flugzeuge im Leerlauf auf der Landebahn verbringen, reduziert werden.

Was erwarten Sie in naher Zukunft von der nachhaltigen Luftfahrt?

Kurzfristig werden wir einen stärkeren Einsatz nachhaltiger Flugkraftstoffe (SAF) erleben.Mit den heutigen Triebwerken können Sie nachhaltigen Flugtreibstoff in denselben Treibstofftank füllen und verbrennen.Kraftstoffe aus Mais, Ölsaaten, Algen und andere Fette werden bereits verwendet.

Nachhaltige Flugkraftstoffe können den Netto-Kohlendioxidausstoß eines Flugzeugs reduzieren um rund 80 %, aber das Angebot ist begrenzt, und die Verwendung von mehr Biomasse als Brennstoff könnte mit der Nahrungsmittelproduktion konkurrieren und zur Entwaldung führen.

Eine zweite Option ist die Verwendung synthetischer nachhaltiger Flugkraftstoffe, bei der Kohlenstoff aus der Luft oder anderen industriellen Prozessen abgeschieden und mit Wasserstoff synthetisiert wird.Aber das ist ein komplexer und kostspieliger Prozess und hat noch keinen großen Produktionsmaßstab.

Fluggesellschaften können ihren Betrieb auch kurzfristig optimieren, z Routenplanung um zu vermeiden, dass fast leere Flugzeuge geflogen werden.Dadurch können auch Emissionen reduziert werden.

Ist Wasserstoff eine Option für die Luftfahrt?

Wasserstoffkraftstoff gibt es schon sehr lange, und das auch schon seit langem grüner Wasserstoff – hergestellt mit Wasser und Elektrolyse mit erneuerbarer Energie – es entsteht kein Kohlendioxid.Außerdem kann es mehr Energie pro Masseneinheit speichern als Batterien.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Wasserstoff in einem Flugzeug zu nutzen:entweder anstelle von normalem Kerosin in einem Triebwerk oder in Kombination mit Sauerstoff, um Wasserstoff-Brennstoffzellen anzutreiben, die dann Strom für den Antrieb des Flugzeugs erzeugen.

Das Problem ist das Volumen – Wasserstoffgas nimmt viel Platz ein.Aus diesem Grund suchen Ingenieure nach Methoden wie der sehr kühlen Lagerung, damit es als Flüssigkeit gelagert werden kann, bis es als Gas verbrannt wird.Es nimmt immer noch mehr Platz ein als Flugzeugtreibstoff, und die Lagertanks sind schwer, so dass die Art und Weise, wie es gelagert, gehandhabt oder in Flugzeugen verteilt werden soll, noch ausgearbeitet wird.

Airbus forscht intensiv an der Wasserstoffverbrennung mithilfe modifizierter Gasturbinentriebwerke mit einer A380-Plattform Ziel ist es, bis 2025 über eine ausgereifte Technologie zu verfügen.Die australische Fluggesellschaft Rex rechnet mit dem Start Erprobung eines wasserstoffelektrischen Flugzeugs mit 34 Sitzplätzen für kurze Sprünge in den nächsten Jahren.

Aufgrund der Vielfalt an Möglichkeiten sehe ich Wasserstoff als eine der Schlüsseltechnologien für eine nachhaltige Luftfahrt.

Werden diese Technologien in der Lage sein, die Ziele der Luftfahrtindustrie zur Emissionsreduzierung zu erreichen?

Das Problem mit den Luftverkehrsemissionen ist nicht ihr aktuelles Niveau – es ist die Befürchtung, dass ihre Emissionen mit steigender Nachfrage schnell ansteigen werden.Bis 2050 könnten wir drei- bis fünfmal mehr Kohlendioxidemissionen aus der Luftfahrt erleben als vor der Pandemie.

Der Internationale Zivilluftfahrtorganisation, eine Organisation der Vereinten Nationen, definiert im Allgemeinen die Ziele der Branche und prüft, was machbar ist und wie die Luftfahrt die Grenzen überschreiten kann.

Ihr langfristiges Ziel ist es Reduzierung der Netto-Kohlendioxidemissionen um 50 % bis 2050 im Vergleich zu 2005.Um dorthin zu gelangen, ist ein Mix verschiedener Technologien und Optimierungen erforderlich.Ich weiß nicht, ob wir es bis 2050 schaffen werden, aber ich glaube, wir müssen alles tun, um die zukünftige Luftfahrt umweltverträglich zu gestalten.