De Britse regering is van plan de verkoop van nieuwe conventionele benzine- en dieselauto's tegen 2040 te verbieden. Het is duidelijk de bedoeling dat alle burgers in elektrische of hybride-elektrische auto's rijden, of - beter nog - fietsen. Maar kan elektrificatie helpen om de uitstoot van die andere koolstofintensieve vorm van personenvervoer te verminderen, vliegen?

Dit is een complexe vraag en een waarbij grootte ertoe doet. Het is mogelijk dat kleine vliegtuigen worden aangedreven door elektriciteit. In feite zijn verschillende bedrijven al bezig met het ontwikkelen van kleine elektrische vliegtuigen en deze zouden de komende jaren op de markt kunnen komen.

Maar voor de grote vliegtuigen die we allemaal vaker gebruiken, is het onwaarschijnlijk dat dit snel zal gebeuren. Het probleem is niet de aandrijftechniek, maar de energieopslag. Vliegtuigbrandstof bevat ongeveer 30 keer meer energie per kilogram dan de meest geavanceerde lithium-ionbatterij die momenteel beschikbaar is.

's Werelds grootste passagiersvliegtuig, de Airbus A380, kan 600 passagiers vliegen 15, 000 kilometer in één vlucht. Maar, volgens mijn berekeningen, met batterijen kon hij maar iets meer dan 1 vliegen 000 kilometer. Zelfs als alle passagiers en vracht werden vervangen door batterijen, het bereik zou nog steeds minder dan 2 zijn, 000 kilometer. Om het huidige bereik te behouden, het vliegtuig zou batterijen nodig hebben die 30 keer meer wegen dan de huidige brandstofinname, wat betekent dat het nooit van de grond zou komen.

Deze afweging is vooral slecht voor langeafstandsvluchten, omdat de brandstof bij het opstijgen de helft van het gewicht van het vliegtuig uitmaakt. Bovendien, een conventioneel vliegtuig wordt lichter naarmate de brandstof wordt verbruikt, maar een elektrisch vliegtuig zou de hele vlucht hetzelfde batterijgewicht moeten dragen. Zoals ik zei, grootte doet er toe.

Voor een licht vliegtuig met vijf tot tien zitplaatsen, brandstof zal waarschijnlijk 10% tot 20% van het gewicht van het vliegtuig uitmaken. Het simpelweg verwisselen van de brandstof voor batterijen kan de afstand die het vliegtuig kan vliegen nog steeds onpraktisch verkleinen. Maar het vervangen van twee of drie passagiers door extra batterijen zou een bereik van 500 kilometer tot 750 kilometer opleveren, vergeleken met een brandstofaangedreven actieradius van meer dan 1, 000km.

Eerste commerciële model

Echter, er zou een andere optie kunnen zijn. Het Israëlische bedrijf Eviation heeft onlangs een prototype onthuld van wat naar eigen zeggen 's werelds eerste commerciële volledig elektrische passagiersvliegtuig zal zijn. Het vliegtuig, genaamd Alice, verwisselt niet alleen vliegtuigbrandstof voor batterijen, maar is een geheel nieuw ontwerpconcept dat de manier verbetert waarop het voortstuwingssysteem in het casco is geïntegreerd. Het vervoeren van negen passagiers met een bereik van 1, 000km, Alice zal naar verwachting in 2022 in dienst treden.

Alice kan een praktisch alternatief zijn voor kleine, regionale reizen, maar niet voor de meeste geregelde passagiersvluchten, zelfs korteafstandsvluchten. Dus hoe kan elektrificatie hierbij helpen? Het verbeteren van de batterijtechnologie is een optie. Een nieuwe technologie die bekend staat als lithium-luchtbatterijen kan theoretisch dezelfde energiedichtheid bereiken als vliegtuigbrandstof. Echter, ze bevinden zich nog in het laboratoriumstadium. Gezien het uiterst veiligheidsbewuste karakter van de luchtvaartindustrie, het is onwaarschijnlijk dat toekomstige vliegtuigen op onbewezen technologie zullen worden gepland.

Wat we de komende 20 tot 30 jaar eerder zullen zien voor korteafstandsvluchten, zijn hybride vliegtuigen die de huidige turbofanmotoren combineren met nieuwe elektrische voortstuwingssystemen. Dit flexibelere hybride systeem zou kunnen worden geoptimaliseerd om de hoge stuwkracht te bieden die nodig is voor de start en de energiedichtheid die nodig is voor een lange cruise.

Dit is een gebied dat actief wordt nagestreefd in het E-FanX-project, waarbij Airbus betrokken is, Rolls-Royce en Siemens werken samen om een ​​hybride-elektrische voortstuwingsvluchtdemonstratie te ontwikkelen. Met behulp van een BAe 146-vliegtuig, die gewoonlijk ongeveer 100 passagiers vervoert, ze zijn van plan om een ​​van de vier Honeywell-turbofanmotoren van het vliegtuig te vervangen door een voortstuwingsventilator aangedreven door een elektromotor van twee megawatt.

In de beginfase van het project de elektriciteit zal feitelijk worden geleverd door een Rolls-Royce AE2100 gasturbine in de romp van het vliegtuig (hoofdgedeelte). Maar de E-FanX zal nog steeds een belangrijke stap zijn in de evolutie van hybride elektrische technologie. Airbus zegt deze technologie tegen 2030 beschikbaar te willen maken voor vliegtuigen met 100 zitplaatsen.

Het is ook mogelijk om een ​​vliegtuig uit te rusten met meerdere kleine elektrische voortstuwingsorganen in een zogenaamd gedistribueerd voortstuwingssysteem dat efficiënter is dan traditionele ontwerpen met twee grote turbofans. Dit idee kan verder worden uitgewerkt door de afzonderlijke romp en vleugels te combineren tot een enkele "blended-wing-body", efficiëntere integratie van de aandrijvingen met het casco in een meer aerodynamisch ontwerp. Dit zou de hoeveelheid energie die het vliegtuig nodig zou hebben met 20% kunnen verminderen.

Maar geen van de twee belangrijkste vliegtuigfabrikanten ter wereld, Boeing en Airbus, zijn actief bezig met het nastreven van blended wing-technologie. Zo'n grote ontwerpverschuiving heeft te veel technische uitdagingen om het nu commercieel levensvatbaar te maken. Bijvoorbeeld, de meeste luchthavens zouden geen vliegtuigen met gemengde vleugels kunnen huisvesten.

Geen alternatief

Helaas, voor het soort vluchten dat de meesten van ons maken, is er momenteel geen praktisch alternatief voor turbofans op vliegtuigbrandstof. Om deze reden, de belangrijkste fabrikanten van vliegtuigmotoren investeren fors in het verbeteren van hun huidige motortechnologie. De International Air Transport Association schat dat elke nieuwe generatie vliegtuigen gemiddeld 20% zuiniger is dan het model dat het vervangt, en dat luchtvaartmaatschappijen de komende tien jaar 1,3 biljoen dollar zullen investeren in nieuwe vliegtuigen.

Bijvoorbeeld, Rolls-Royce's meest recente motor, de Trent XWB die de nieuwe Airbus A350 aandrijft, wordt op de markt gebracht als "'s werelds meest efficiënte grote vliegtuigmotor". Airbus beweert dat de motor de A350 zal helpen om "25% lagere bedrijfskosten, brandstofverbruik en CO₂-uitstoot in vergelijking met vliegtuigen van de vorige generatie".

De volgende generatie Rolls-Royce-motoren, de UltraFanTM, zal een verdere 20% tot 25% reductie in brandstofverbruik en CO₂-uitstoot bieden en zal in 2025 in gebruik worden genomen.

Maar het is de moeite waard om te onthouden dat de luchtvaart momenteel slechts 2% tot 3% bijdraagt ​​aan de wereldwijde CO₂-uitstoot. Dit in vergelijking met ongeveer 30% tot 35% voor de hele transportsector, en nog eens 30% tot 35% voor elektriciteitsopwekking.

Het aantal vliegtuigpassagiers zal naar verwachting de komende twee decennia verdubbelen, maar dat geldt ook voor de totale uitstoot, dus het is onwaarschijnlijk dat de luchtvaart een groter deel van het probleem gaat uitmaken. Het verminderen van de luchtvaartemissies met 20% per generatie vliegtuigen is waarschijnlijk geen duurzame verbetering. Maar als hybride vliegtuigen werkelijkheid worden, kan vliegen echt nog minder bijdragen aan de totale uitstoot dan nu het geval is.

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