Почему есть электрокар, но нет электросамолета?

Электромобили, поезда, трамваи и лодки уже существуют. Возникает закономерный вопрос: почему не встречаются самолеты, работающие на электричестве? И стоит ли ожидать их появления в ближайшее время?

Почему у нас есть электромобили и поезда, но мало самолетов с электроприводом? Главная причина состоит в том, что кардинально изменить машину или поезд гораздо проще, даже если они внешне очень похожи на традиционные виды транспорта.

Наземные транспортные средства легко справляются с дополнительным грузом, который возникает, когда речь идет о накопителях электроэнергии или электрических двигателях, а вот самолеты гораздо чувствительнее к изменениям массы.

Например, увеличение массы автомобиля на 35% приводит к увеличению энергопотребления на 13-20%. Но для полета потребление энергии прямо пропорционально массе: увеличение ее массы на 35% означает, что ей требуется на 35% больше энергии (при прочих равных условиях).

И это только одна из причин. Самолеты также летают на большие расстояния, чем наземные транспортные средства, а значит, полет требует гораздо больше энергии, чем среднестатистическое путешествие по дороге. Более того, весь запас энергии, необходимый для перемещения массы во время полета, должен храниться на борту. В этом его отличие от поезда, подключенного к электрической сети. Таким образом, использование тяжелого и громоздкого источника энергии означает, что для полета требуется больше ресурсов, что приводит к избыточной массе.

Замкнутый круг! Тем более, что для самолета масса имеет решающее значение. Именно поэтому авиакомпании тщательно взвешивают багаж. Электрические самолеты нуждаются в батареях с достаточным количеством энергии на килограмм батареи. В противном случае они просто не смогут летать на большие расстояния.

Малогабаритные самолеты

Несмотря на вышеприведенные аргументы, электрический самолет находится в разработке. Впрочем, не стоит ожидать его в скором времени.

Самые лучшие на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы выдают около 200 Ватт-часов на килограмм, что примерно в 60 раз меньше, чем современное авиационное топливо. Этот тип аккумуляторов применим разве что в небольших электрических воздушных такси с четырьмя пассажирами на борту для расстояний около 100 км. Для дальних поездок необходимы более энергоемкие элементы.

Кстати, если в будущем возникнут службы аэро-такси, то с регистрацией доменных имен проблем не будет, ведь зона .aero уже существует.

Например, самолеты малой дальности с электрическим приводом, которые перевозят до 30 человек на расстояние менее 800 км, требуют от 750 до 2000 Вт-ч/кг, что соответствует 6-17% энергоемкости реактивного топлива на основе керосина. Самолеты крупнее требуют еще более легких батарей. Например, самолет, перевозящий 140 пассажиров на 1500 км, потребляет около 30 кг керосина в расчете на одного пассажира. Для современных аккумуляторных технологий на одного пассажира это эквивалентно почти 1000 кг аккумуляторных батарей.

Для того чтобы сделать региональные самолеты полностью электрическими, необходимо уменьшить вес батареи в четыре-десять раз. Исторически темпы роста энергоемкости аккумуляторов составляли около 3-4% в год, удваиваясь примерно каждые два десятилетия. С учетом сохранения этой тенденции в середине столетия будет достигнуто четырехкратное улучшение, необходимое для создания полностью электрифицированного пассажирского самолета.

Хотя это может показаться невероятно долгим ожиданием, сроки согласуются со временными рамками изменений в авиационной промышленности как для инфраструктуры, так и для жизненных циклов проектирования самолетов. Проектирование нового самолета занимает около 5-10 лет, а затем модель эксплуатируется в течение двух-трех десятилетий. Некоторые самолеты все еще летают спустя 50 лет после первого полета.

К слову, о гибридах

Означает ли это, что дальние полеты всегда будут опираться на ископаемое топливо? Не обязательно.

Хотя полностью электрифицированные крупногабаритные самолеты требуют значительного, и еще не продуманного изменения в области аккумулирования энергии, существуют и другие способы снижения влияния полетов на окружающую среду.

Гибридно-электрические самолеты сочетают топливо с электродвигателями. Данный класс воздушных судов включает в себя конструкции без батарей, в которых электроприводная система служит для повышения КПД тяги и снижения расхода топлива.

Разрабатываются также гибридные электрические самолеты с батареями, в которых аккумуляторы могут обеспечивать дополнительную мощность при определенных обстоятельствах. Например, батареи могут обеспечить чистый взлет и посадку, дабы снизить выбросы в атмосферу вблизи аэропортов.

Электросамолеты — не единственный способ сокращения прямого углеродного следа полетов. Изучаются также альтернативные виды топлива, такие как биотопливо и водород.

Биотопливо, представляющее собой топливо, получаемое из растений или водорослей, впервые было использовано в коммерческих рейсах в 2008 году, и несколько авиакомпаний провели испытания. Оно не получило широкого распространения, но в настоящее время проводятся массовые исследования в области устойчивого биотоплива, которое не окажет влияния на источники пресной воды или производство продовольствия.

Хотя биотопливо оставляет углеродный след, оно не требует глобальных изменений в существующей авиационной или аэропортовой инфраструктуре. Водород, накротив, требует полного преобразования топливной инфраструктуры аэропорта и конструкции самого самолета.

Хотя водород очень легкий, он содержит в три раза больше энергии на килограмм, чем керосин. Плотность его очень мала, даже при хранении в жидкости при температуре -250?. Это означает, что топливо больше не сможет храниться в крыле, и должно быть перемещено в относительно тяжелые и громоздкие баки внутри фюзеляжа. Несмотря на эти недостатки, дальние рейсы на водородном топливе могут потреблять до 12% меньше энергии, чем современные.