211service.com
Eens een grap, naderen op batterijen werkende vliegtuigen de realiteit
Vorige maand Siemens en EADS demonstreerde een nieuw gas-elektrisch voertuig dat in staat is om twee mensen en hun bagage 900 kilometer te vervoeren - ongeveer de afstand van New York naar Detroit - tussen tanken en opladen. Het prototype was geen auto, maar een klein tweezittervliegtuig.
Vliegende hybride: Dit tweezits vliegtuig op elektrisch gas is misschien wel de eerste van velen die de lucht in gaat.
Het hybride vlak is vergelijkbaar met de Chevrolet Volt in die zin dat het afhankelijk is van een elektromotor en een gasmotor als back-up gebruikt. Het vliegtuig evenaart de prestaties van sommige privévliegtuigen die al op de markt zijn, maar het heeft twee duidelijke voordelen: het is opmerkelijk stil en verbruikt ongeveer 25 procent minder brandstof.
De prestatie voorspelt wat waarschijnlijk een grote verschuiving naar hybride voortstuwing in vliegtuigen zal zijn. Verschillende grote bedrijven zien een toekomst voor zich waarin vliegtuigen op zijn minst gedeeltelijk afhankelijk zijn van elektrische voortstuwing. Hoewel de technologie in eerste instantie zal worden toegepast op kleine vliegtuigen, kan het uiteindelijk helpen om het geluid en de uitstoot van vliegtuigen te verminderen.
Binnen dit decennium zullen we zeker hybride elektrische vliegtuigen op de markt zien komen, zegt Frank Anton , die leiding geeft aan de inspanningen voor hybride vliegtuigen bij Siemens. Hybride vliegtuigen met vier zitplaatsen zijn waarschijnlijk binnen dat tijdsbestek, zegt hij, maar zelfs 19 zitplaatsen zijn mogelijk voordat het decennium voorbij is. Anton voorspelt dat we uiteindelijk hybride vliegtuigen voor 100 passagiers zullen zien die half zoveel brandstof verbruiken als de vliegtuigen van vandaag.
Boeing gaat een stap verder met een concept voor hybride vliegtuigen ter grootte van 737's, die plaats bieden aan meer dan 150 passagiers, hoewel het onwaarschijnlijk is dat deze vóór 2030 in gebruik zullen worden genomen. EADS, het moederbedrijf van Airbus, heeft ook een conceptueel ontwerp ontwikkeld voor passagiersvliegtuigen die uitsluitend op elektriciteit vliegen, hoewel het bereik van deze vliegtuigen beperkt zou zijn.
Motor hoofd: Het nieuwe vliegtuig is de eerste met een hybride aandrijflijn.
Een paar jaar geleden was het idee om met een vliegtuig op batterijen te vliegen een grap, zegt Marty Bradley , een hoofdonderzoeker voor geavanceerde vliegtuigconcepten bij Boeing Research and Technology. Hoewel batterijen en elektromotoren efficiënt en stil zijn, zijn batterijen vaak groot en zwaar en slaan ze veel minder energie op dan vloeibare brandstoffen.
Er zijn twee dingen veranderd. De hoeveelheid energie die batterijen kunnen opslaan, verbetert gestaag, en dit lijkt waarschijnlijk zo te blijven aangezien ze zijn ontwikkeld voor gebruik in draagbare elektronica en elektrische voertuigen, zegt Bradley. Ondertussen worden de technologieën die nodig zijn om batterijen en elektromotoren te integreren met conventionele motoren kleiner, lichter en efficiënter. Siemens demonstreerde in 2011 een eerdere versie van zijn hybride vliegtuig, maar het was te zwaar om praktisch te zijn. Voor het nieuwe vliegtuig verminderde Siemens het gewicht van de elektromotor, vermogenselektronica en tandwielen met 100 kilogram om de vracht- en passagierscapaciteit op het niveau van kleine vliegtuigen van vergelijkbare grootte te brengen.
In vliegtuigen verbetert een hybride elektrisch ontwerp de efficiëntie voornamelijk door het mogelijk te maken om een relatief kleine gasmotor te gebruiken die ontworpen is om op kruissnelheid het meest efficiënt te werken. De batterij en de elektromotor zorgen voor het extra vermogen dat nodig is voor het opstijgen en stijgen. De batterijen maken het ook mogelijk om tijdens het dalen energie terug te winnen, net zoals hybride auto's energie opnemen tijdens het remmen (propellers laten een generator draaien). En naarmate de batterijen beter worden, zullen ze steeds meer van de energie aan boord gaan leveren.
Elektromotoren bieden nog andere voordelen. Ze kunnen op ongebruikelijke plaatsen in een vliegtuig worden gemonteerd, wat kan worden gebruikt om de aerodynamica te verbeteren. Ze kunnen ook worden gestuurd: schuin omhoog, bijvoorbeeld tijdens het opstijgen om een vliegtuig sneller van de grond te krijgen. Tijdens de vlucht kan de motor naar links of rechts worden gericht om het vliegtuig te sturen, waardoor een roer niet nodig is. Deze ontwerpwijzigingen, samen met de efficiëntie van de hybride voortstuwing, zouden het brandstofverbruik met de helft kunnen verminderen, zegt hij (zie 'Hybride vleugel' gebruikt de helft van de brandstof van een standaardvliegtuig).
Hoe snel elektrische voortstuwing wordt toegepast, hangt grotendeels af van de ontwikkeling van de batterijen. De plannen voor elektrische vliegtuigen van EADS vragen om een batterij die 1.000 wattuur per kilogram kan opslaan, wat ongeveer vijf keer meer energie is dan een typische lithium-ionbatterij. Nieuwe batterijtechnologieën zoals lithium-lucht en lithium-zwavel zouden meer capaciteit kunnen bieden, maar er blijven enkele grote uitdagingen over (zie Nanostructuren verhogen de levensduur van de batterij vijfvoudig en meer lithium-ion: ARPA-E plaatst weddenschappen op nieuwe energieopslag). Bradley verwacht dat volledig elektrische vliegtuigen tot na 2050 beperkt blijven tot 1.600 kilometer.
Voor grotere vliegtuigen kan elektrische voortstuwing worden gebruikt om de grote turbofans aan de voorkant van een straalmotor te laten draaien. De eerste toepassing van elektrische voortstuwing voor grote vliegtuigen zal voor taxiën zijn, waardoor vliegtuigen op de grond brandstof kunnen besparen, zegt hij.
De komende jaren zal hybride technologie dus beperkt blijven tot kleine vliegtuigen. Een voordeel op korte termijn van de technologie is dat kleine luchthavens (die vaak in de buurt van woonwijken liggen) stiller zullen zijn, zegt Jean Koster , een professor in de lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Colorado in Boulder, die een bedrijf heeft opgericht om een compactere versnellingsbak voor het combineren van gas en elektriciteit op de markt te brengen. Hybride ontwerpen kunnen ook een einde maken aan een van de laatste hoeveelheden brandstof die lood bevat: kleine vliegtuigen met motoren met hoge compressie hebben nog steeds loodadditieven nodig. In feite zou de batterijboost het mogelijk kunnen maken om dezelfde benzinemotoren te gebruiken die in hybride auto's worden gebruikt.