يمكن أن تعمل الرحلات الإقليمية قصيرة المدى على البطاريات في غضون بضع سنوات

قد تبدو الطائرات الكهربائية مستقبلية ، لكنها ليست بعيدة جدًا ، على الأقل للقفزات القصيرة.

تحلق فيليس إلكتروس ذات المقعدين بالفعل بهدوء في جميع أنحاء أوروبا ، ويتم اختبار الطائرات البحرية الكهربائية في كولومبيا البريطانية ، والطائرات الأكبر قادمة. أعلنت شركة طيران كندا في 15 سبتمبر 2022 أنها ستشتري 30 طائرة إقليمية هجينة كهربائية من شركة Heart Aerospace السويدية ، والتي تتوقع أن تكون طائرتها التي تضم 30 مقعدًا في الخدمة بحلول عام 2028. لاحظ المحللون في مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي أن يمكن أن تكون أول طائرة ركاب كهربائية هجينة من 50 إلى 70 مقعدًا جاهزة بعد ذلك بوقت قصير. في الثلاثينيات من القرن الحالي ، كما يقولون ، يمكن أن ينطلق الطيران الكهربائي حقًا.

هذا مهم لإدارة تغير المناخ. يأتي حوالي 3 ٪ من الانبعاثات العالمية من الطيران اليوم ، ومع توقع المزيد من الركاب والرحلات الجوية مع توسع السكان ، يمكن أن ينتج الطيران ثلاثة إلى خمسة أضعاف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050 مما كان عليه قبل جائحة COVID-19.

يقوم مهندس الفضاء والأستاذ المساعد غوكتشين جنار بتطوير مفاهيم طيران مستدامة ، بما في ذلك الطائرات الهجينة وبدائل وقود الهيدروجين ، في جامعة ميشيغان. سألناها عن الطرق الرئيسية لخفض انبعاثات الطيران اليوم وإلى أين تتجه تقنيات مثل الكهرباء والهيدروجين.

لماذا يصعب كهربة الطيران؟

تعد الطائرات من أكثر المركبات تعقيدًا ، ولكن المشكلة الأكبر في تزويدها بالكهرباء هي وزن البطارية.

إذا حاولت تزويد 737 بالكهرباء بالكامل باستخدام بطاريات اليوم ، فسيتعين عليك إخراج جميع الركاب والبضائع وملء تلك المساحة بالبطاريات فقط للطيران لمدة أقل من ساعة.

يمكن أن يحتوي وقود الطائرات على طاقة أكثر بحوالي 50 مرة مقارنة بالبطاريات لكل وحدة كتلة. لذلك ، يمكنك الحصول على رطل واحد من وقود الطائرات أو 50 رطلاً من البطاريات. لسد هذه الفجوة ، نحتاج إما إلى جعل بطاريات الليثيوم أيون أخف وزنًا أو تطوير بطاريات جديدة تحمل المزيد من الطاقة. يجري تطوير بطاريات جديدة ، لكنها ليست جاهزة للطائرات بعد.

البديل الكهربائي هو الهجينة.

على الرغم من أننا قد لا نكون قادرين على كهربة 737 بالكامل ، يمكننا الحصول على بعض فوائد حرق الوقود من البطاريات في الطائرات الكبيرة باستخدام أنظمة الدفع الهجينة. نحن نحاول تحقيق ذلك على المدى القصير ، مع هدف 2030-2035 للطائرات الإقليمية الأصغر. كلما قل الوقود الذي يتم حرقه أثناء الطيران ، قلت انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

كيف يعمل الطيران الهجين لخفض الانبعاثات؟

تشبه الطائرات الكهربائية الهجينة السيارات الكهربائية الهجينة من حيث أنها تستخدم مزيجًا من البطاريات وأنواع وقود الطائرات. تكمن المشكلة في أنه لا توجد صناعة أخرى لديها قيود الوزن التي نطبقها في صناعة الطيران.

لهذا السبب يجب أن نكون أذكياء للغاية بشأن كيفية ومدى تهجين نظام الدفع.

يعد استخدام البطاريات كمساعد للطاقة أثناء الإقلاع والتسلق من الخيارات الواعدة للغاية. يمكن أن يؤدي ركوب سيارات الأجرة إلى المدرج باستخدام الطاقة الكهربائية فقط إلى توفير كمية كبيرة من الوقود وتقليل الانبعاثات المحلية في المطارات. هناك نقطة جيدة بين الوزن الإضافي للبطارية وكمية الكهرباء التي يمكنك استخدامها للحصول على فوائد الوقود الصافي. مشكلة التحسين هذه هي مركز بحثي.

ستستمر المركبات الهجينة في حرق الوقود أثناء الطيران ، ولكن يمكن أن يكون أقل بكثير من مجرد الاعتماد كليًا على وقود الطائرات.

أرى التهجين كخيار متوسط ​​المدى للطائرات الكبيرة ، ولكنه حل قصير المدى للطائرات الإقليمية.

في الفترة من 2030 إلى 2035 ، نركز على المحركات التوربينية الهجينة ، وعادةً ما تكون الطائرات الإقليمية مع 50-80 راكبًا أو تستخدم للشحن. يمكن لهذه السيارات الهجينة أن تقلل من استخدام الوقود بنحو 10٪.

مع السيارات الهجينة الكهربائية ، يمكن لشركات الطيران أيضًا الاستفادة بشكل أكبر من المطارات الإقليمية ، مما يقلل الازدحام والوقت الذي تقضيه الطائرات الأكبر في التباطؤ على المدرج.

ماذا تتوقع أن تراه على المدى القريب من الطيران المستدام؟

على المدى القصير ، سنرى المزيد من استخدام وقود الطيران المستدام ، أو SAF. باستخدام محركات اليوم ، يمكنك تفريغ وقود الطيران المستدام في نفس خزان الوقود وحرقه. يتم بالفعل استخدام الوقود المصنوع من الذرة والبذور الزيتية والطحالب والدهون الأخرى.

يمكن أن يقلل وقود الطائرات المستدام من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصافية للطائرة بحوالي 80٪ ، لكن العرض محدود ، واستخدام المزيد من الكتلة الحيوية للوقود يمكن أن يتنافس مع إنتاج الغذاء ويؤدي إلى إزالة الغابات.

الخيار الثاني هو استخدام وقود طيران اصطناعي مستدام ، والذي يتضمن التقاط الكربون من الهواء أو العمليات الصناعية الأخرى وتوليفه مع الهيدروجين. لكن هذه عملية معقدة ومكلفة وليس لها نطاق إنتاج مرتفع حتى الآن.

يمكن للخطوط الجوية أيضًا تحسين عملياتها على المدى القصير ، مثل تخطيط المسار لتجنب الطيران بطائرات فارغة تقريبًا. يمكن أن يقلل أيضًا من الانبعاثات.

هل الهيدروجين خيار للطيران؟

كان وقود الهيدروجين موجودًا منذ فترة طويلة جدًا ، وعندما يكون الهيدروجين الأخضر – الذي يتم إنتاجه بالماء والتحليل الكهربائي المدعوم بالطاقة المتجددة – لا ينتج ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تحتوي أيضًا على طاقة أكبر لكل وحدة كتلة من البطاريات.

هناك طريقتان لاستخدام الهيدروجين في الطائرة: إما بدلاً من وقود الطائرات العادي في المحرك ، أو دمجه مع الأكسجين لتشغيل خلايا وقود الهيدروجين ، والتي تولد الكهرباء بعد ذلك لتشغيل الطائرة.

المشكلة هي الحجم – غاز الهيدروجين يشغل مساحة كبيرة. لهذا السبب يبحث المهندسون في طرق مثل إبقائه باردًا جدًا بحيث يمكن تخزينه كسائل حتى يتم حرقه كغاز. لا يزال يشغل مساحة أكبر من وقود الطائرات ، وخزانات التخزين ثقيلة ، لذلك لا يزال العمل جارياً على كيفية تخزينه أو التعامل معه أو توزيعه على الطائرات.

تقوم شركة إيرباص بالكثير من الأبحاث حول احتراق الهيدروجين باستخدام محركات توربينية غازية معدلة مع منصة A380 ، وتهدف إلى الحصول على تكنولوجيا ناضجة بحلول عام 2025. وتتوقع شركة طيران ريكس الأسترالية أن تبدأ في اختبار طائرة تعمل بالهيدروجين ذات 34 مقعدًا لقفزات قصيرة في السنوات القليلة المقبلة.

نظرًا لتنوع الخيارات ، أرى الهيدروجين كأحد التقنيات الرئيسية للطيران المستدام.

هل ستكون هذه التقنيات قادرة على تلبية أهداف صناعة الطيران لتقليل الانبعاثات؟

مشكلة انبعاثات الطيران ليست مستوياتها الحالية – إنها الخوف من زيادة انبعاثاتها بسرعة مع زيادة الطلب. بحلول عام 2050 ، يمكننا أن نرى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الطيران أكثر بثلاث إلى خمس مرات مما كانت عليه قبل الوباء.

تحدد منظمة الطيران المدني الدولي ، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة ، أهداف الصناعة بشكل عام ، وتنظر إلى ما هو ممكن وكيف يمكن للطيران أن يدفع الحدود.

ويتمثل هدفها طويل الأجل في خفض صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 50٪ بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2005. سيتطلب الوصول إلى هناك مزيجًا من التقنيات المختلفة والتحسين. لا أعرف ما إذا كنا سنكون قادرين على الوصول إليه بحلول عام 2050 ، لكنني أعتقد أنه يجب علينا بذل كل ما في وسعنا لجعل الطيران المستقبلي مستدامًا بيئيًا.