Mało kto wątpi już, że elektryfikacja transportu kołowego jest w zasadzie kwestią czasu, a głównym czynnikiem hamującym rozwój są baterie, w tym ich pojemność i cena. Czy podobnie stanie się z lotnictwem? Pierwsze oznaki przeniesienia elektrycznego trendu w powietrze już się pojawiają.
Najbardziej elektromobilny chyba kraj świata, Norwegia ogłosiła niedawno, że od 2040 r. wszystkie krajowe połączenia lotnicze z czasem lotu poniżej 1,5 h powinny być już wykonywane samolotami o napędzie elektrycznym. Akurat Norwegia wyjątkowo do tego się nadaje, leżące w niewielkiej odległości od siebie miejscowości oddzielone są fiordami i górami. Krótki skok samolotem zastępuje uciążliwą drogę lądową albo i morską. Maszyna do takich połączeń nie musi więc mieć wielkiego zasięgu, a jak powszechnie wiadomo, to właśnie zasięg jest piętą achillesową elektrycznego napędu, zasilanego z baterii. Wydaje się, że odpowiednie technologie już istnieją, ale ich wdrożenie i rozpowszechnienie dalej jest wyzwaniem.
W wyścigu o palmę elektrycznego pierwszeństwa ustawili się już potentaci tradycyjnego lotnictwa – Airbus, Boeing oraz Rolls-Royce. Pojawia się jednak wielu nowych graczy i startupów, które chcą zawalczyć o ten segment rynku.
Elektryczny samolot – po co?
Ruch lotniczy odpowiada w tej chwili za 2,5 proc. całej światowej emisji dwutlenku węgla[1], przy czym udział ten ma się nawet podwoić w ciągu najbliższych 20 lat[2]. Trwają co prawda intensywne prace nad redukcją emisji, ale choć nadal głównym narzędziem mającym zrównoważyć negatywny wpływ samolotów na środowisko są działania tak odległe jak nasadzenia drzew[3].
Teoretycznie zastosowanie napędu elektrycznego w samolocie niesie ze sobą podobne korzyści jak w przypadku samochodów elektrycznych. To przede wszystkim ograniczenie emisji w trakcie użytkowania oraz możliwość przeniesienia generowania szkodliwych substancji na producenta energii, który może pozwolić sobie na instalację różnych filtrów oraz zabezpieczeń.
Wyzwania dla samolotów elektrycznych
Najważniejszym parametrem dla statków powietrznych jest masa. Zbyt ciężkie po prostu nie wzniosą się w powietrze. Baterie nie mogą być więc zbyt ciężkie, dla zasięgu maszyny decydujące znaczenie ma gęstość zmagazynowanej energii – jej ilość na jednostkę masy. Podobnie jak w przypadku motoryzacji, tradycyjne paliwa lotnicze pod względem gęstości energii biją baterie na głowę. Kilogram typowego paliwa lotniczego to 43 MJ (megadżuli) lub 12 tys. watogodzin (12 kWh). Tymczasem znany z samochodów akumulator kwasowo-ołowiowy gromadzi zaledwie 30 watogodzin na kilogram[4]. Na szczęście akumulatory tego typu stosowane są już tylko do rozruchu samochodów spalinowych. Jeżeli chodzi o gęstość energii dysponujemy już znacznie bardziej zaawansowanymi technologiami.
Bateria sodowo-jonowa jest w stanie zgromadzić 650 Wh na kilogram. Baterie magnezowo-jonowe osiągają gęstość nawet 750 Wh na kilogram. A gęstość energii w bateriach litowo-powietrznych sięga nawet 2 tys. Wh na kilogram.
Są to jednak wciąż prototypy, które wymagają dopracowania, zarówno pod kątem bezpieczeństwa jak i ceny. Wiele do zrobienia pozostaje też w obszarze poprawy wydajności silników elektrycznych. Właśnie tego typu badania mogą być polem do popisu dla różnych startupów. Przykładem może być estoński Zubax Robotics, którego rozwiązania zmniejszają nawet o 10 proc. prądożerność silników elektrycznych przy zachowaniu innych parametrów.
[1] http://theconversation.com/its-time-to-wake-up-to-the-devastating-impact-flying-has-on-the-environment-70953
[2] http://www.iata.org/pressroom/pr/Pages/2017-10-24-01.aspx
[3] https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-37573434
[4] https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/material-matters/metal-hydrides-nimh-batteries.html
