چرا هواپیمای کاملا الکتریکی نداریم؟

شاید این سوال برای شما نیز مطرح باشد که با وجود ساخت ماشین ها و قطارهای الکتریکی به منظور آلودگی هر چه کمتر هوا، چرا تعداد کمی هواپیمای الکتریکی ساخته می شود؟

در پاسخ کوتاه به این سوال می توان گفت که ساخت و اصلاح یک اتومبیل یا قطار به صورت برقی بسیار ساده تر است. به گونه ای که حتی می توان تا حد زیادی آن ها را از لحاظ ظاهری شبیه به وسایل نقلیه ای که با سوخت فسیلی کار می کنند، ساخت.

وسایل نقلیه زمینی می توانند به راحتی با جرم اضافی ناشی از ذخیره برق یا سیستم های پیشران برقی مقابله کنند، اما هواپیماها بسیار حساس تر هستند.

به عنوان مثال، افزایش جرم خودرو به میزان 35٪ منجر به افزایش مصرف انرژی از 13-20٪ می شود. اما برای هواپیما، مصرف انرژی به طور مستقیم با جرم متناسب است. افزایش جرم آن 35٪ به معنای نیاز به 35٪ انرژی بیشتر است.

اما این تنها بخشی از داستان است. هواپیماها بسیار بیشتر از وسایل نقلیه زمینی سفر می کنند، به این معنی که پرواز به انرژی بسیار بیشتری از سفر متوسط ​​جاده ای نیاز دارد. هواپیماها باید تمام انرژی لازم برای جابجایی جرم خود را برای هر پرواز بر خلاف قطار که متصل به یک شبکه الکتریکی است، روی خود ذخیره کنند.

بنابراین استفاده از یک منبع انرژی سنگین به معنای انرژی بیشتر برای پرواز است که منجر به جرم اضافی می شود. برای هواپیما، جرم بسیار مهم است، به همین دلیل خطوط هوایی به سرعت چمدان ها را وزن می کنند.

هواپیمای الکتریکی به باتری هایی با انرژی کافی به ازای هر کیلوگرم باتری نیاز دارند، به این ترتیب افزایش جرم به این معنی است که آن ها نمی توانند به راحتی مسافت های طولانی را طی کنند.

• هواپیماهای کوتاه برد

هر چند که در حال حاضر نیز هواپیمای الکتریکی ساخته شده است. اما قطعا شما به این زودی شاهد 737s برقی در آسمان نخواهید بود.

امروزه بهترین بسته های موجود در باتری های لیتیوم یونی حدود 200 وات ساعت به ازای هر کیلوگرم، یعنی چیزی در حدود 60 برابر کمتر از سوخت فسیلی فعلی هواپیما، می توانند انرژی تولید کنند. این نوع باتری می تواند انرژی مورد نیاز برای تاکسی هوایی برقی با حداکثر چهار مسافر و پیمودن مسافت حدود 100 کیلومتر را تامین کند. برای سفرهای طولانی تر قطعا به انرژی بیشتری لازم است.

هواپیماهای مسافری برقی با برد کوتاه که به طور مثال می توانند تا 30 مسافر را در مسافتی کمتر از 800 کیلومتر جابجا کنند، به طور خاص بین 750 تا 2000 وات ساعت بر کیلوگرم انرژی باتری نیاز دارند. یعنی حدود 6-17 درصد از میزان انرژی سوخت فسیلی که مستقر در هواپیماها است.

حتی هواپیماهای بزرگتر به باتری های فزاینده ای نیاز دارند. به عنوان مثال، هواپیمای حامل 140 مسافر برای 1500 کیلومتر به ازای هر مسافر حدود 30 کیلوگرم سوخت فسیلی مصرف می کنند. با فناوری فعلی باتری ها، تقریباً 1000 کیلوگرم باتری برای هر مسافر مورد نیاز است.

برای ساخت هواپیمای الکتریکی مسافربری منطقه ای، نیاز است تا وزن باتری ها چهار تا ده برابر کاهش یابد. نرخ بلند مدت تاریخ پیشرفت در انرژی باتری در حدود 4/4 درصد در سال بوده است و تقریباً هر دو دهه دو برابر می شود. بر اساس تداوم این روند تاریخی، پیشرفت چهارگانه مورد نیاز برای یک هواپیمای الکتریکی مسافربری به طور بالقوه می تواند در اواسط قرن بدست آید.

اگرچه این ممکن است یک انتظار بسیار باورنکردنی طولانی به نظر برسد، اما این با زمان تحول در صنعت حمل و نقل هوایی برای زیرساخت ها و چرخه های طراحی هواپیما سازگار است. یک هواپیمای جدید حدود 5-10 سال طول می کشد تا طراحی شود و پس از آن دو تا سه دهه در خدمت خواهد بود. برخی هواپیماها هنوز 50 سال پس از اولین پرواز خود در حال پرواز هستند.

• نقش هواپیماهای هیبریدی

با توجه به صحبت های گفته شده، پرواز در مسافت های طولانی همیشه به سوخت های فسیلی تکیه خواهد کرد؟ در جواب باید گفت، نه الزاما این گونه نیست. در حالی که هواپیمای الکتریکی بزرگ نیاز به تغییر عمده و در عین حال قابل اختراع در ذخیره انرژی دارد، روش های دیگری برای کاهش تاثیرات زیست محیطی پرواز وجود دارد.

هواپیماهای هیبریدی الکتریکی، سوخت فسیلی را با نیروی محرکه برقی ترکیب می کنند. این کلاس از هواپیماها دارای طراحی بدون باتری هستند، در این هواپیماها سیستم پیشرانه الکتریکی در جهت بهبود راندمان رانش، باعث کاهش در میزان مصرف سوخت فسیلی می شود.

هواپیماهای هیبریدی الکتریکی با باتری نیز در حال توسعه هستند که باتری ها در شرایط خاص ممکن است انرژی اضافی را تامین کنند. بعنوان مثال، باتری ها می توانند انرژی لازم برای برخاستن و فرود را فراهم کنند. به این ترتیب باعث کاهش تولید گازهای گلخانه ای در نزدیکی فرودگاه ها شوند.

هواپیمای الکتریکی نیز تنها راه برای کاهش ردپای مستقیم کربن در پرواز نیست. سوخت های جایگزین مانند سوخت های زیستی و هیدروژن نیز مورد بررسی قرار می گیرند.

سوخت های زیستی که سوخت های حاصل از گیاهان یا جلبک ها هستند، برای اولین بار در سال 2008 در یک پرواز تجاری مورد استفاده قرار گرفتند و چندین خط هوایی نیز آزمایش هایی را با آنها انجام داده اند. هر چند که هنوز به طور گسترده مورد تایید قرار نگرفته اند.

اما با این وجود، در حال حاضر تحقیقات قابل توجهی در مورد سوخت های زیستی پایدار صورت گرفته که بر منابع آب شیرین یا تولید مواد غذایی تاثیر نمی گذارد.

در حالی که سوخت های زیستی هنوز CO₂ تولید می کنند، اما نیازی به تغییرات اساسی در هواپیماهای موجود یا زیرساخت های فرودگاهی ندارند. در مقابل، هیدروژن نیاز به طراحی مجدد کامل در زیرساخت های سوخت رسانی در فرودگاه و همچنین در طراحی خود هواپیما دارد.

در حالی که هیدروژن بسیار سبک بوده – هیدروژن حاوی سه برابر انرژی بیشتر در هر کیلوگرم از سوخت فسیلی است – چگالی آن بسیار کم است، حتی اگر به عنوان مایع در دمای منفی 250 درجه سلسیوس ذخیره شود.

این بدان معنی است که دیگر سوخت در بال قابل ذخیره نیست بلکه باید به مخازن نسبتاً سنگین و حجیم داخل بدنه منتقل شود. با وجود این اشکالات، پروازهای با مسافت طولانی مدت با هیدروژن می توانند تا 12 درصد انرژی کمتری نسبت به سوخت های فسیلی مصرف کنند.