Tại sao chúng ta không có máy bay điện?

Tại sao chúng ta không có máy bay điện?
CC BY-NĐ

Xe điện, xe lửa, xe điện và thuyền đã tồn tại. Điều đó hợp lý dẫn đến câu hỏi: tại sao chúng ta không nhìn thấy máy bay điện lớn? Và chúng ta sẽ sớm gặp lại họ chứ?

Tại sao chúng ta có ô tô điện và xe lửa, nhưng ít máy bay điện? Lý do chính là nó đơn giản hơn nhiều để sửa đổi triệt để một chiếc xe hơi hoặc xe lửa, ngay cả khi chúng trông rất giống với các phương tiện nhiên liệu hóa thạch truyền thống ở bên ngoài.

Các phương tiện trên bộ có thể dễ dàng đối phó với khối lượng tăng thêm từ hệ thống lưu trữ điện hoặc động cơ điện, nhưng máy bay nhạy hơn nhiều.

Chẳng hạn, việc tăng khối lượng của ô tô lên bằng 35% dẫn đến việc tăng sử dụng năng lượng của 13-20%. Nhưng đối với một mặt phẳng, việc sử dụng năng lượng tỷ lệ thuận với khối lượng: tăng khối lượng của nó bằng 35% có nghĩa là nó cần thêm năng lượng 35% (tất cả những thứ khác đều bằng nhau).

Nhưng nó chỉ là một phần của câu chuyện. Máy bay cũng di chuyển xa hơn nhiều so với phương tiện mặt đất, điều đó có nghĩa là một chuyến bay đòi hỏi nhiều năng lượng hơn nhiều so với một chuyến đi đường bộ trung bình. Máy bay phải lưu trữ trên máy bay tất cả năng lượng cần thiết để di chuyển khối lượng của nó cho mỗi chuyến bay (không giống như một chuyến tàu được kết nối với lưới điện). Do đó, sử dụng một nguồn năng lượng nặng có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn cho một chuyến bay, điều này dẫn đến khối lượng tăng thêm, v.v.

Đối với một chiếc máy bay, khối lượng là rất quan trọng, đó là lý do tại sao các hãng hàng không nhanh chóng cân hành lý. Máy bay điện cần pin có đủ năng lượng cho mỗi kg pin, hoặc hình phạt hàng loạt có nghĩa là chúng chỉ đơn giản là không thể bay đường dài.

Máy bay tầm ngắn

Mặc dù vậy, máy bay điện đang ở phía chân trời - nhưng bạn sẽ không sớm thấy các 747 điện.

Các gói pin lithium ion tốt nhất hiện nay cung cấp khoảng 200 watt giờ (Wh) mỗi kg, khoảng 60 ít hơn nhiên liệu máy bay hiện tại. Loại pin này có thể cung cấp năng lượng cho những chiếc taxi điện nhỏ với tối đa bốn hành khách trong khoảng cách khoảng 100km. Đối với các chuyến đi dài hơn, các tế bào dày đặc năng lượng hơn là cần thiết.

Chẳng hạn, máy bay đi lại điện tầm ngắn có thể mang tới người 30 ít hơn 800km, đặc biệt yêu cầu giữa 750 và 2,000Wh / kg, đó là một số hàm lượng năng lượng của nhiên liệu phản lực dựa trên dầu hỏa. Ngay cả máy bay lớn hơn đòi hỏi pin ngày càng nhẹ hơn. Ví dụ, một chiếc máy bay chở hành khách 6 cho 17km tiêu thụ khoảng 140kg dầu hỏa cho mỗi hành khách. Với công nghệ pin hiện tại, gần như 1,500kg pin là cần thiết cho mỗi hành khách.

Để làm cho máy bay đi lại trong khu vực hoàn toàn bằng điện đòi hỏi phải giảm bốn đến mười lần trọng lượng pin. Tỷ lệ cải thiện năng lượng pin trong lịch sử lâu dài là khoảng 3-4% mỗi năm, tăng gấp đôi khoảng hai thập kỷ. Dựa trên sự tiếp nối của xu hướng lịch sử này, sự cải thiện gấp bốn lần cần thiết cho một máy bay đi lại hoàn toàn bằng điện có thể có khả năng đạt được vào khoảng giữa thế kỷ.

Mặc dù điều này có vẻ chờ đợi rất lâu, nhưng điều này phù hợp với thời gian thay đổi trong ngành hàng không cho cả vòng đời thiết kế cơ sở hạ tầng và máy bay. Một chiếc máy bay mới mất khoảng 5-10 để thiết kế, và sau đó sẽ duy trì hoạt động trong hai đến ba thập kỷ. Một số máy bay vẫn bay 50 năm sau chuyến bay đầu tiên của họ.

Đây là con lai

Điều này có nghĩa là bay đường dài sẽ luôn dựa vào nhiên liệu hóa thạch? Không cần thiết.

Trong khi máy bay lớn chạy điện hoàn toàn đòi hỏi một sự thay đổi lớn, chưa được phát minh trong việc lưu trữ năng lượng, có nhiều cách khác để giảm tác động môi trường của việc bay.

Máy bay hybrid điện kết hợp nhiên liệu với động cơ điện. Lớp máy bay này bao gồm thiết kế không có pin, trong đó hệ thống động cơ điện phục vụ để cải thiện hiệu quả lực đẩy, giảm lượng nhiên liệu cần thiết.

Máy bay lai điện có pin cũng đang được phát triển, trong đó pin có thể cung cấp thêm năng lượng trong các trường hợp cụ thể. Pin, ví dụ, có thể cung cấp cất cánh và hạ cánh sạch sẽ để giảm lượng khí thải gần các sân bay.

Máy bay điện cũng không phải là cách duy nhất để giảm lượng khí thải carbon trực tiếp khi bay. Nhiên liệu thay thế, như nhiên liệu sinh học và hydro, cũng đang được điều tra.

Nhiên liệu sinh học, là nhiên liệu có nguồn gốc từ thực vật hoặc tảo, lần đầu tiên được sử dụng trên một chuyến bay thương mại ở 2008 và một số hãng hàng không đã thực hiện thử nghiệm với họ Mặc dù không được áp dụng rộng rãi, nhưng nghiên cứu quan trọng hiện đang điều tra nhiên liệu sinh học bền vững không ảnh hưởng đến nguồn nước ngọt hoặc sản xuất thực phẩm.

Mặc dù nhiên liệu sinh học vẫn sản xuất CO₂, nhưng chúng không yêu cầu thay đổi đáng kể đối với cơ sở hạ tầng máy bay hoặc sân bay hiện có. Hydrogen, mặt khác, đòi hỏi phải thiết kế lại hoàn toàn cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu của sân bay và cũng có tác động đáng kể đến thiết kế của chính máy bay.

Trong khi hydro rất nhẹ - hydro chứa năng lượng gấp ba lần mỗi kg hơn dầu hỏa - mật độ của nó rất thấp, ngay cả khi được lưu trữ dưới dạng chất lỏng ở -250 ℃. Điều này có nghĩa là nhiên liệu không còn có thể được lưu trữ trong cánh mà cần phải được chuyển đến các xe tăng tương đối nặng và cồng kềnh bên trong thân máy bay. Mặc dù có những hạn chế, các chuyến bay đường dài chạy bằng nhiên liệu hydro có thể tiêu thụ năng lượng ít hơn tới 12% so với dầu hỏa.

Giới thiệu về Tác giả

Dries Verstraete, Giảng viên cao cấp về Thiết kế và Động lực Không gian vũ trụ, Đại học Sydney

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Video: Máy bay tương lai - Phim tài liệu của NASA

Sách liên quan

Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu

của Paul Hawken và Tom Steyer
9780143130444Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon

Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp

của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Với những tác động của biến đổi khí hậu đã xảy ra với chúng ta, nhu cầu cắt giảm khí thải nhà kính toàn cầu không gì khác hơn là cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó tồn tại đến ngày nay. Một tập hợp nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta đến con đường tương lai carbon thấp. Các hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được tập trung và tiết kiệm chi phí. Cách tiếp cận một kích cỡ phù hợp với tất cả chỉ đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện, phác thảo các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon

Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu

bởi Naomi Klein
1451697392In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến ​​xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}