Toen Chitty Chitty Bang Bang 50 jaar geleden werd uitgebracht, vliegende auto's waren een vlucht van fantasie. Nutsvoorzieningen, deze futuristische voertuigen betreden de buitenste randen van de werkelijkheid. Volgens een nieuwe studie gepubliceerd in Nature, voor sommige reizen kunnen vliegende auto's uiteindelijk groener zijn dan zelfs elektrische auto's, uitstoot te verminderen en tegelijkertijd het verkeer op steeds drukker wordende wegen te verminderen.

Echter, hiaten in de noodzakelijke technologie en praktische onzekerheden die verder gaan dan de veelbelovende fysica van de auto's, betekenen dat ze misschien niet op tijd arriveren om een ​​grootschalige oplossing te zijn voor de energiecrisis en congestie - of helemaal niet.

Hoe maak je een auto vliegen?

Het lijkt in eerste instantie misschien gek dat een vliegende auto efficiënter kan zijn dan een wegauto, vooral wanneer conventionele vliegtuigen zo'n reputatie hebben als gasslurpers. Maar vliegen is niet per se inefficiënt – per slot van rekening vogels kunnen tussen continenten vliegen zonder te eten. Natuurlijk, een kleine, vierpersoonsauto is geen albatros, maar het is ook geen Boeing 737.

Er zijn veel manieren om een ​​auto te laten vliegen, maar de meeste zijn te problematisch om van de grond te komen. Misschien wel de meest veelbelovende optie is die in deze studie, gebaseerd op de fysica van verticale start- en landingsvliegtuigen (VTOL). Het zijn behoorlijk geweldige beesten.

Als je van VTOL hebt gehoord, iets als een Harrier Jump Jet komt waarschijnlijk voor de geest, met twee enorme motoren die de stuwkracht sturen die verticaal of horizontaal kan worden gekanteld. Maar deze veel kleinere en lichtere vliegende auto's werken anders, met veel kleine elektrische ventilatoren die lucht van veel plaatsen blazen. Deze snel ontwikkelende technologie voor gedistribueerde elektrische voortstuwing (DEP) is essentieel voor efficiëntie tijdens het cruisen, en het creëert ook mogelijkheden voor stiller opstijgen en zweven, omdat meerdere kleine geluidsbronnen beter kunnen worden beheerd.

Vleugel- en propellerontwerp kunnen ook worden geoptimaliseerd om lang te zijn, dun, en hebben veel bewegende oppervlakken, net zoals vogels dat doen om efficiënt te kunnen vliegen. Het doel van al deze technische verbeteringen is om maximale lift te bereiken voor minimale weerstand - de kracht die de beweging van een object door de lucht tegenwerkt en vertraagt. Een betere verhouding tussen heffen en slepen betekent een lager stroomverbruik, en dus minder uitstoot.

Deze energiebesparende innovaties maken cruisen een fluitje van een cent, maar ze helpen niet veel bij het opstijgen, zweven, of landen, die nog steeds inherent inefficiënt zijn. Dus hoewel VTOL-vliegende voertuigen nog steeds levensvatbaar zijn voor korte reizen binnen de stad en pizzabezorging, ze zullen de energiecrisis niet oplossen.

Voor ritten van 100 km, elektrische vliegende voertuigen kunnen 35% efficiënter zijn dan een auto op benzine - hoewel, uitgaande van hetzelfde aantal passagiers, nog steeds minder efficiënt dan een elektrische straatauto. Echter, het is redelijk om aan te nemen dat vliegende auto's voornamelijk zullen dienen als taxidiensten in vooraf gedefinieerde luchtcorridors, en zullen daarom waarschijnlijk consequent meer mensen vervoeren. Hiermee rekening houdend, voor een reis van 100 km zou de uitstoot van vliegende auto's 6% minder kunnen zijn dan die van elektrische auto's.

Naarmate de reisafstand toeneemt, dat geldt ook voor de efficiëntiewinsten ten opzichte van stop-start-auto's, die te maken hebben met rolweerstand en minder efficiënte luchtstroom. Maar helaas, range is de achilleshiel voor de elektrische luchtvaart. De studie kijkt naar een bereik tot ongeveer 200 km en hier zouden vliegende auto's goed kunnen presteren. Maar terwijl vliegtuigen op straalmotoren tijdens de vlucht wel 70% van hun gewicht kunnen verliezen (zij het tegen een kostprijs van 100 kg CO₂ per passagier per uur), batterijen worden niet lichter als ze ontladen. Dit betekent dat meer dan 200 km of zo, het dragen van batterijen wordt een duidelijk nadeel.

De algemeen aanvaarde opvatting is dat elektrische vliegtuigen alleen levensvatbaar zullen zijn voor korteafstandsvluchten. Het is de energiedichtheid die ertoe doet, gemeten in wattuur per kilogram. Direct, de beste batterijen leveren ongeveer 250 W-h/kg, slechts een schaduw van vliegtuigbrandstof en benzine 12, 000 W-u/kg. Batterijen zouden tegen het midden van deze eeuw kunnen oplopen tot 800 W-h/kg, het vergroten van hun haalbare bereik tot 700 mijl - de helft van alle wereldwijde vluchten valt binnen deze afstand. Maar zonder meer dramatische innovatie in batterijtechnologie, biobrandstoffen en vloeibare brandstof uit de luchtafvang van CO₂ zullen waarschijnlijk een substantiële rol moeten spelen bij langeafstandsvluchten.

Problemen in de praktijk

Door zich volledig te concentreren op de fysica van vliegende auto's, het papier vermijdt een aantal praktische zaken die moeten worden overwogen voordat we VTOL-vliegende auto's omarmen als een duurzame vorm van vervoer voor de toekomst. Bijvoorbeeld, het is belangrijk om rekening te houden met de koolstofkosten van de productie, onderhoud en stilstand, levenscyclusanalyse (LCA) genoemd. Elektrische voertuigen zijn bekritiseerd vanwege zowel de energie- als de milieukosten van de winning van primaire materialen voor batterijen, zoals lithium en kobalt. Added infrastructure required for flight may worsen the problem for flying cars. And of course, a grid powered by low-carbon sources is essential to make battery-powered vehicles part of the solution to our climate crisis.

Aircraft also have highly stringent criteria for maintenance and downtime, which can often offset gains in performance and emissions. As an entirely new breed of planes, it's impossible to predict how much it might cost to keep them air-worthy. Unforeseen maintenance complications can cost billions – just ask Boeing.

Eindelijk, weather matters. A tailwind of 35mph reduces power use and emissions by 15%, but a 35mph headwind increases them by 25%. Having to carry heavy extra batteries to avoid the potential catastrophe of running out of charge before encountering a suitable landing place could offset emissions savings. Road cars, daarentegen, can easily pull over to the side of the road when needed, without consequence.

So when it comes down to CO₂ emissions per passenger kilometre, at present these advanced DEP flying cars are at best comparable to their road-going electric equivalents, en, at worst, little better than conventional combustion cars. With technology and safety improvements, they could yet play a part in our fossil-fuel-free future, taking short-haul planes out of our skies and freeing up fume-filled roads. The question on everyones' lips is whether these flying cars will be ready in time to make a jot of difference to our very pressing energy crisis. Can we wait 30 years?

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.