In de geanimeerde sitcom The Jetsons uit de jaren 60, George Jetson pendelt naar zijn werk in zijn vliegende gezinsauto, die aan het einde van de reis op wonderbaarlijke wijze verandert in een aktetas.

Een nieuwe studie naar de ecologische duurzaamheidseffecten van vliegende auto's, formeel bekend als elektrische verticale start- en landingsvliegtuigen, of VTOL's, vindt dat ze niet geschikt zouden zijn voor een kort woon-werkverkeer in Jetsons-stijl.

Echter, VTOL's - die het gemak van verticaal opstijgen en landen als een helikopter combineren met de efficiënte aerodynamische vlucht van een vliegtuig - zouden een nicherol kunnen spelen in duurzame mobiliteit voor langere reizen, volgens de studie, gepland voor publicatie 9 april in Natuurcommunicatie . Verschillende bedrijven over de hele wereld ontwikkelen VTOL-prototypes.

Vliegende auto's zouden vooral waardevol zijn in drukke steden, of op plaatsen met geografische beperkingen, als onderdeel van een taxiservice met gedeelde rit, volgens studieauteurs van het Center for Sustainable Systems van de University of Michigan en van Ford Motor Co.

"Naar mij, het was zeer verrassend om te zien dat VTOL's in bepaalde scenario's concurrerend waren met betrekking tot energieverbruik en broeikasgasemissies, " zei Gregory Keoleian, senior auteur van de studie en directeur van het Centre for Sustainable Systems aan de UM's School for Environment and Sustainability.

"VTOL's met volledige bezetting kunnen beter presteren dan grondgebonden auto's voor reizen van San Francisco naar San Jose of van Detroit naar Cleveland, bijvoorbeeld, " hij zei.

De U-M-Ford-studie, de eerste uitgebreide duurzaamheidsbeoordeling van VTOL's, gekeken naar het energieverbruik, uitstoot van broeikasgassen en tijdsbesparing van VTOL's in vergelijking met personenauto's op de grond. Hoewel VTOL's tijdens de vlucht geen uitstoot veroorzaken, hun batterijen hebben elektriciteit nodig die wordt opgewekt in elektriciteitscentrales.

De onderzoekers ontdekten dat voor reizen van 100 kilometer (62 mijl), een volgeladen VTOL met een piloot en drie passagiers had een lagere uitstoot van broeikasgassen dan auto's op de grond met een gemiddelde voertuigbezetting van 1,54. De emissies gekoppeld aan de VTOL waren 52 procent lager dan benzinevoertuigen en 6 procent lager dan batterij-elektrische voertuigen.

Akshat Kasliwal, eerste auteur van de studie en een afgestudeerde student aan de UM School for Environment and Sustainability, zei dat de bevindingen kunnen helpen bij de duurzame inzet van een opkomend mobiliteitssysteem voorafgaand aan de commercialisering ervan.

"Met deze VTOL's, er een mogelijkheid is om de duurzaamheids- en businesscases op elkaar af te stemmen, Kasliwal zei. "Niet alleen is een hoge passagiersbezetting beter voor de uitstoot, het is ook gunstig voor de economie van vliegende auto's. Verder, consumenten kunnen worden gestimuleerd om reizen te delen, gezien de aanzienlijke tijdsbesparing van vliegen versus autorijden."

In de komende decennia zal de wereldwijde transportsector staat voor de uitdaging om te voldoen aan de groeiende vraag naar gemakkelijke passagiersmobiliteit en tegelijkertijd de congestie te verminderen, het verbeteren van de veiligheid en het tegengaan van klimaatverandering.

Elektrische voertuigen en automatisch rijden kunnen aan sommige van die doelen bijdragen, maar worden beperkt door congestie op bestaande wegen. VTOL's zouden mogelijk een aantal van die beperkingen kunnen overwinnen door beproefde taxidiensten of andere stedelijke en regionale luchtvervoerdiensten mogelijk te maken.

Verschillende ruimtevaartbedrijven en startende bedrijven - Airbus, Boeing, Joby Luchtvaart en Lilium, bijvoorbeeld - en instanties zoals NASA hebben VTOL-prototypes ontwikkeld. Een cruciale factor die de efficiëntie van deze vliegtuigen mogelijk maakt, is gedistribueerde elektrische voortstuwing, of DEP, waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende kleine, elektrisch aangedreven voortstuwingen.

De onderzoekers van U-M en Ford gebruikten openbaar beschikbare informatie uit deze en andere bronnen om een ​​op fysica gebaseerd model te creëren dat het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen voor elektrische VTOL's berekent.

"Ons model vertegenwoordigt algemene trends in de VTOL-ruimte en gebruikt parameters uit meerdere onderzoeken en vliegtuigontwerpen om gewicht te specificeren, hef-tot-sleepverhouding en batterijspecifieke energie, " zei Noah Furbush, studeer co-auteur en een masterstudent aan het U-M College of Engineering.

"In aanvulling, we hebben gevoeligheidsanalyses uitgevoerd om de grenzen van deze parameters te verkennen, naast andere factoren zoals de koolstofintensiteit van het net en de windsnelheid, " zei Furbush, die ook lid is van het U-M voetbalteam.

Het onderzoek begon toen Kasliwal en Furbush zomerstagiairs waren bij Ford. Het werk ging door toen de studenten terugkeerden naar Ann Arbor, met de hulp van een Ford-University of Michigan Alliance-beurs.

De onderzoekers analyseerden het primaire energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen tijdens de vijf fasen van de VTOL-vlucht:takeoff hover, beklimmen, cruise, afdaling en landing hover. Deze vliegtuigen verbruiken veel energie tijdens het opstijgen en klimmen, maar zijn relatief efficiënt tijdens de kruisfase, rijden met 150 mph. Als resultaat, VTOL's zijn het meest energiezuinig tijdens lange reizen, wanneer de cruisefase het totale aantal vliegmijlen domineert.

Maar voor kortere reizen - alles minder dan 35 kilometer (22 mijl) - verbruikten voertuigen met een interne verbrandingsmotor minder energie en produceerden ze minder broeikasgasemissies dan VTOL's voor één persoon. Dat is een belangrijke overweging, omdat het gemiddelde woon-werkverkeer over de grond slechts ongeveer 17 kilometer (11 mijl) is.

"Als resultaat, de reizen waarbij VTOL's duurzamer zijn dan benzineauto's slechts een klein deel uitmaken van de totale jaarlijkse afgelegde voertuigkilometers op de grond, " zei co-auteur van de studie Jim Gawron, een afgestudeerde student aan de UM School for Environment and Sustainability en de Ross School of Business. "Bijgevolg, VTOL's zullen beperkt zijn in hun bijdrage en rol in een duurzaam mobiliteitssysteem."

Niet verrassend, de VTOL voltooide de reis in het basisscenario van 100 kilometer veel sneller dan voertuigen op de grond. Een point-to-point VTOL vliegroute, gecombineerd met hogere snelheden, resulteerde in een tijdsbesparing van ongeveer 80 procent ten opzichte van voertuigen op de grond.

"Elektrificatie van vliegtuigen, in het algemeen, zal naar verwachting de lucht- en ruimtevaartindustrie in de nabije toekomst fundamenteel veranderen, ' zei Furbus.

De auteurs van de studie merken op dat er veel andere vragen moeten worden beantwoord om de levensvatbaarheid van VTOL's te beoordelen, inclusief kosten, lawaai en maatschappelijke en consumentenacceptatie.