اگر بدنبال مقابله با تغییرات آب و هوایی هستیم، باید همه چیز را برقی کنیم. سفرهای هوایی، منبع بزرگ و رو به رشد انتشار گازهای گلخانه ای هستند. هرچند، برخی پروازها را میتوان با مسافرتهای ریلی پرسرعت جایگزین کرد، اما برای مسافرتهای طولانی تر، مسافران هنوز هم به مسافرت هوایی نیاز دارند. لذا در هر حال، به هواپیماهای برقی نیاز هست. شاید فعلا، این موضوع، دور از ذهن به نظر برسد. اما نهایتا، راهی برای آن خواهیم داشت.
سال گذشته، نروژ اعلام کرد که می خواهد تمام پروازهای داخلی خود را تا سال 2040 برقی نماید. همچنین، شرکت Harbour Air، مستقر در ونکوور، در ماه مارس اعلام کرد که قصد دارد ناوگان هوایی تمام برقی را عملی سازد. در حال حاضر، این شرکت با 42 پرواز در 12 مسیر هوایی فعالیت دارد. و اکنون در حال تجهیز برخی از هواپیماهای موجود خود با یک پیشرانه برقی، از سازنده پیشران برقی magniX است.
اولین پروازهای برقی تجاری این شرکت، یک بازیگر کوچک در صنعت عظیم هواپیمایی است، در سال 2022 انجام خواهد شد. تصمیم این شرکت در برقی کردن هواپیماها، متخصصان فنی سراسر جهان را به وجد می آورد. آندریاس شفر، استاد انرژی و حمل و نقل در کالج دانشگاه لندن معتقد است که این یکی از داغترین موضوعات حال حاضر در مهندسی هواپیما میباشد.
برای رسیدن به این هدف، باتری های بسیار قدرتمند و ارزان تر نیاز است، که احتمالاً تا پیش از اواسط قرن حاضر در دسترس نخواهند بود. اما با عملی شدن این کار، الکتریسیته باعث تحول چشمگیر در طراحی هواپیما و تجارت هوایی خواهد شد و در عین حال، تاثیرات منفی محیطی سفرهای هوایی را کاهش خواهد داد.
سفر هوایی یکی از دشوارترین چالشها در تغییرات اقلیمی است. حمل و نقل هوایی، دو درصد از انتشار دی اکسید کربن جهان را ایجاد میکند. و اکسید نیتروژن وذراتی که توسط هواپیما در ارتفاعات بالا آزاد میشود در گرمایش زمین تاثیرگذار است.
طبق اعلام انجمن صنعتی Air Transport Action Group، صنعت هواپیمایی از اقتصاد جهانی، سهم 2.7 تریلیون دلار دارد و 63 میلیون شغل ایجاد کرده است. لذا هرچه اقتصاد جهانی رشد بیشتری داشته باشد، سهم حمل و نقل هوایی در تغییرات آب و هوایی نیز افزایش می یابد. براساس اعلام سازمان بین المللی هواپیمایی، تا اواسط قرن حاضر، تقاضا برای حمل و نقل هوایی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای بخش هواپیمایی را به میزان 700 درصد افزایش دهد.
هرچند که در توافق نامه اقلیمی پاریس هیچ مورد الزام آور برای حمل و نقل هوایی وجود ندارد، شرکتهای هواپیمایی می توانند با بهبود درراندمان سوخت، آیرودینامیک بهتر و انتخاب مسیرهای کوتاهتر، به تحقق اهداف این توافقنامه کمک نمایند. بیشترین هزینه برای شرکت های هواپیمایی، هزینه سوخت است، که منطق حال حاضر و انگیزه ای قوی دراستفاده عاقلانه از آن باشد.
گزینه های كاهش دی اکسیدکربن در حمل و نقل هواپیمایی، با در نظر گرفتن رشد سریع این صنعت، به اندازه کافی زیاد نیستند. برخی خطوط هوایی در حال آزمایش سوخت های زیستی هستند که از نظر تئوری می توانند مفید باشند. اما این نوع سوخت هزینه بالا و حجم تولید کمی دارند. گزینه مهم دیگر برق کردن حمل و نقل هوایی است.
هواپیمای برقی همانند خودروی برقی امکان سفر بدون انتشار گازهای گلخانه ای را فراهم میسازد. طراحی ها و مدلهای جدید هواپیما برای حمل و نقل هوایی مطرح شده اند. قبلاً شاهد شاهکار در ساخت هواپیماهای برقی بوده ایم. در سال 2016، هواپیمای Solar Impulse 2 سفری را در سراسر جهان انجام داد که فقط متکی بر تابش نور خورشید بود.
ساخت این هواپیما، 170 میلیون دلار هزینه داشت، و با سرعت 72 کیلومتر در ساعت به پرواز درآمد و نشان داد که چنین کاری امکان پذیر است. به یاد داشته باشیم که از پرواز 36 متری برادران رایت تا اولین پرواز بدون توقف بر روی اقیانوس اطلس جان آلکاک و آرتور براون، 16 سال طول کشید.
هم اکنون، هواپیماهای برقی آموزشی Alpha Electro Pipistrel، با دو سرنشین مورد استفاده قرار میگیرد.
Harbor Air نیز در حال جایگزینی یک موتور برقی با موتور پیستونی معمولی در هواپیمای شش سرنشین DHC-2 Beaver است.
دلیل اصلی این شرکت برای این کار، کوتاه بودن مسیرهای پروازی آن است که در کمتر از 30 دقیقه انجام میشوند. که تکنولوژی فعلی برای باتری جوابگوی نیاز اینکار میباشد. و مبلغ زیادی را برای این شرکت صرفه جویی می کند. کار یک موتور معمولی بین 300 تا 450 دلار در هر ساعت هزینه دارد. این رقم برای موتور برقی 12 دلار است.
موتورهای برقی، انجام کارهایی را ممکن میسازد که با موتور جت یا پیستونی انجام پذیر نیست. بنابراین مهندسان در حال آزمایش طراحی های جدید و جاه طلبانه و عجیبی هستند. ناسا با هواپیمای آزمایشی تمام برقی X-57 Maxwell ، برخی از این ایده ها را بکار میبندد.
این طرح، مسائل کلیدی تجارت هوایی، که بسیاری از هواپیماها با آن درگیر هستند، را حل می کند. یکی از این موارد، ملاحظات طراحی در نحوه فرود و برخاستن است. برخاستن از زمین و رسیدن به ارتفاع پروازی، به انرژی زیادی نیاز دارد. همچنین به مقدار زیادی نیروی بالا برنده احتیاج دارد. برای اکثر هواپیماها، این نیاز با سطح بال بزرگتر رفع میشود تا نیروی بالابر کافی در سرعت پایین تر فراهم شود. اما این سطح بزرگتربال، در اتفاع بالای پرواز و سرعت زیاد، باعث افزایش نیروی درگ شده و کارآمدی آن را کاهش میدهد.
علاوه بر مزیت ارزان تر بودن، توان موتور برقی به راحتی میتواند کم و زیاد شود. همچنین از نظر مکانیکی با مشکلات کمتری مواجه میباشد، زیرا نیازی به لوله کشی مسیر سوخت، دریچه ها و سیستم های اگزوز ندارد، و در یک فضای کوچکتر جای می گیرد.
هواپیمای برقی دارای پروانه هایی در امتداد بال است، که باعث توزیع یکنواخت نیرومی شود. و لذا نیروی بالابرزیاد در سرعت کم ایجاد میکند. برای برخاستن و فرود، پروانه های کوچک استارت میشوند، به این بمعنی که در مقایسه با هواپیمای معمولی مشابه، بال می تواند بسیار کوچکتر باشد که باعث صرفه جویی در انرژی مورد نیاز پرواز میگردد.
موتور برقی می تواند زمان برخاستن و فرود را بسیار کوتاه کند و حتی آنرا بصورت عمودی ممکن سازند، به این ترتیب، لزوما به باند بزرگ فرودگاهی نیاز نمیباشد. و به جای خطوط هوایی، این هواپیماها می توانند به عنوان تاکسی هوایی کار کنند. با یک تاکسی هوایی میتوان در آینده نزدیک، از جایی در یک کلانشهر تا کیلومترها دورتر بروید. شرکت Lilium، قبلاً چنین نمونه اولیه را آزمایش کرده است.
از طرفی، باتری ها، نگرانی های ایمنی برای هواپیماها با خود به همراه دارند. در سال 2014، بوئینگ به دلیل آتش سوزی در باتری های لیتیوم یونی خود مجبور شد تمام ناوگان هواپیمای 787 خود را متوقف کند.
محدودیت اصلی هواپیما چگالی انرژی سوخت آن است. هنگامی که فضا و وزن محدودی وجود دارد، تلاش بر این است که بیشترین مقدار انرژی در آن فضای کوچک ذخیره شود. در حال حاضر، برخی از بهترین باتری های لیتیوم یونی دارای انرژی ویژه 250 وات-ساعت در هر کیلوگرم هستند. برای پرواز در مسیرهای هوایی، حداکثر 100 کیلومتری در هواپیمای Boeing 737- یا Airbus A320، یک باتری با انرژی ویژه 800 وات-ساعت در کیلوگرم نیاز است. این را مقایسه کنید با سوخت جت، که دارای انرژی ویژه 11890 وات-ساعت در هر کیلوگرم است.
در حالی که پرواز با هواپیمای بین قاره ای، باتری فوق العاده قدرتمندتری نیاز دارد، مسیرهای کوتاه تر فعلا میتواند یک هدف امیدوار کننده باشند. پروازهای زیر هزار کیلومتری تقریباً نیمی از پروازهای جهانی را شامل می شود و میتواند تأثیرات زیست محیطی بزرگی به همراه داشته باشد.
در موقع اوج گرفتن و رسیدن به ارتفاع پرواز، راندمان سوخت کم است. با طی مسیر، راندمان سوخت به ازای هر مسافر افزایش می یابد، اما با طولانیترشدن پرواز، راندمان سوخت مجددا کاهش می یابد زیرا هواپیما نیاز دارد که حجم زیاد سوخت مورد مصرف در مسیر پروازی را با خود حمل نماید که نیاز به صرف انرژی زیادی دارد. عمده مصرف سوخت حمل و نقل هوایی در سفرهای طولانی است. اگر تمام هواپیماهای موجود، در مسیرهای کوتاه، برقی شوند، مصرف سوخت هواپیمایی، تنها 15 درصد کاهش می یابد.
انرژی ویژه باتری طی سالهای اخیر 3 تا 4 درصد در سال افزایش یافته است. اگر این روند ادامه یابد، تقریباً در اواسط قرن حاضر، شاهد ساخت باتری 800 وات بر ساعت به ازای هر کیلوگرم خواهیم بود.
عمر مفید هواپیماهای فعلی،20 تا 30 سال است، لذا ورود هواپیماهای برقی جدید را باید در سال 2050 انتظار داشته باشیم. شاید در این مدت هواپیماهای هیبریدی برقی نیز ساخته شود، اما این طرح ها همچنان گازهای گلخانه ای تولید می کنند و به باتری های قدرتمند و ارزان قیمت وابسته خواهند بود.
واقعیت حال حاضراین است که سوخت جت ارزان است و باتری ها گران. اگر قیمت سوخت جت بالا رود و قیمت باتری کاهش یاید، میتواند تحقق پروازهای ظولانی با هواپیماهای برقی را زودتر عملی سازد.
بازدیدها: 58
