Elektryczne samochody osobowe i ciężarowe coraz częściej pojawiają się na naszych drogach. Kiedy więc zaczniemy latać elektrycznymi pojazdami?

Reklama

Obecnie inżynierowie prowadzą szereg ambitnych projektów elektrycznych samolotów do ruchu regionalnego i na dłuższe trasy. Niektórzy przewidują, że elektryfikacja transportu da nam to, co filmy science fiction pokazują od lat – latające samochody. Jakie jednak wyzwania technologiczne sprawiają, że tego rodzaju pojazdy są tak trudne w konstrukcji?

Kluczowym problemem jest ilość energii potrzebna do lotu i gęstość energetyczna baterii. Akumulator może przechowywać 40 razy mniej energii niż paliwo do silników odrzutowych o tej samej wadze i nawet pomimo tego, że nie cała energia ze spalania paliwa może być wykorzystana do poruszania samolotem, to i tak paliwo ma około 14 razy wyższą gęstość energetyczną niż najnowocześniejsze baterie litowo-jonowe. Jest to problem dla lotnictwa, ponieważ w tym sektorze ograniczenia wagi są dużo ostrzejsze niż np. w przypadku samochodów, co nie zmienia faktu, że lżejsze akumulatory byłyby korzystne także dla sektora motoryzacyjnego.

W latach 20. XXI wieku powinny powstać pierwsze ciężarówki elektryczne o ładowności i zasięgu porównywalnym z pojazdami z silnikiem diesla. Samolot są krok dalej, z uwagi na inny charakter zapotrzebowania na energię elektryczną, zwłaszcza podczas startu i lądowania.

Niewielkie, elektryczne drony, które pozwalają na transport towarów powoli wchodzą do użycia. Latają one zazwyczaj na krótkich dystansach i na wysokości do 120 metrów. Jednak transport ludzi wymaga około dziesięć razy więcej energii niż transport niewielkich paczek.

Z uwagi na tak duże zapotrzebowanie na energię drona, który miałby latać z ludźmi na pokładzie, rozważa się zastosowanie samolotów o pionowym starcie i lądowaniu. Tego rodzaju pojazdy są o wiele wydajniejsze energetycznie. Startują i lądują jak helikopter i wtedy pobierają sporo energii, ale podczas lotu jej pobór znacznie spada.

Badacze z NASA przeprowadzili analizę zapotrzebowania energetyczne drona i elektrycznego samolotu VTOL. Projekt koncepcyjny takiego pojazdu już istnieje. NASA zakłada, ze będzie to ultralekki pojazd o wadze do 1000 kg wraz z pasażerami.

Wszystkie pojazdy latające potrzebują dużo energii do startu, jak i lądowania, ale eVTOL wygrywa, jeśli chodzi o zapotrzebowanie energetyczne podczas lotu. Pojazd typu eVTOL potrzebuje ponad dziesięć razy mniej energii podczas lotu, mimo że leci pięć razy szybciej niż dron.

Oznacza to, że podczas najdłuższego etapu lotu eVTOL jest dużo mniej energochłonny. Z przeprowadzonej analizy wynika, że potrzebować może zaledwie 260-330 Wh na kilometr podróży. To podobna ilość energii, jaką zużywa elektryczna półciężarówka i dwa razy tyle, ile potrzebuje typowy elektryczny sedan.

Pamiętać należy, że lądowanie i start wymaga dużo więcej energii. Niezależnie od tego, jak daleko lecimy, pojazd tego rodzaju potrzebuje łącznie na te dwa manewry nawet 10 kWh. Odpowiada to połowie pojemności akumulatorów samochodu elektrycznego, takiego jak np. Nissan Leaf. Aby przewieźć jedną osobę na odległość do 30 km takim pojazdem, potrzebne byłoby 530-600 Wh/km – to połowa pojemności zespołu akumulatorów elektrycznego samochodu dostawczego. Nie jest to zbyt wydajny sposób transportu przy obecnym stanie technologii.

Jeżeli w najbliższym czasie, tak jak przewidują naukowcy, pojemność akumulatorów zwiększy się o około 50%, to elektryczne samoloty pionowego startu i lądowania być może będą możliwe do wykorzystania przy podróżach na małych i średnich dystansach. Niestety, nie tylko gęstość energii jest tutaj problemem.

Istotna jest nie tylko pojemność akumulatora, ale także maksymalna moc z jaką może on pracować. Z poborem dużej mocy z ogniwa wiąże się zwiększanie jego temperatury. Jak widać na poniższym wykresie, start i lądowanie powodują wydzielenie ogromnych ilości ciepła – kilka rzędów wielkości większych, niż w przypadku samochodów. Wyższa temperatura oznacza konieczność instalacji specjalnych systemów chłodzenia ogniw, a także skrócenie ich żywotności.

Bardziej rozbudowany system chłodzenia ogniw oznacza, że w takim samolocie pozostanie jeszcze mniej miejsca dla pasażerów. Jest to o tyle problematyczne, że krótki czas pomiędzy startem a lądowaniem tych pojazdów sprawi, że ogniwa nie będą w stanie wystygnąć podczas lotu.

Tylko rozwiązanie tych kwestii sprawi, że elektryczne samoloty pasażerskie zaczną latać po naszym niebie. Naukowcy cały czas pracują nad tym, by opracować nowsze i lepsze ogniwa do pojazdów elektrycznych – w tym także samolotów. Dodatkowo, niezależnie od tego jak zakończą się prace nad eVTOL, to nowe technologie pozwolą na konstrukcję lepszych samochodów elektrycznych.

źródło: the conversation

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.