Även om vi fortfarande är långt från kommersiella flygplan som drivs av en kombination av fossilt bränsle och batterier, en ny genomförbarhetsstudie vid University of Illinois undersökte bränsle/batterikonfigurationer och energilivscykeln för att lära sig de avvägningar som behövs för att ge de största minskningarna av koldioxidutsläpp.

"I energiförsörjningskedjan finns en fras, från 'väl till väckning'. Det är, bränsleproduktionen börjar vid oljebrunnen och slutar efter flygplanets kölvatten. Det är viktigt att spåra kostnader och miljöpåverkan under hela denna livscykel, eftersom konsekvenserna för bränsle- och energiproduktion kan vara väsentligt olika, beroende på källa. I den här studien, vi tittade på hur tekniker måste förbättras för att göra en hybridiserad konfiguration genomförbar, där genomförbarheten bedöms utifrån ett behov av att uppfylla ett visst intervallkrav och har en stor minskning av koldioxidutsläppen. Koldioxidutsläppen beräknades från en kombination av bränsleförbränning och kolpåverkan i samband med laddning av batterier, "sade Phillip Ansell, biträdande professor vid Institutionen för rymdteknik vid College of Engineering vid U of I.

Enligt Ansell, den andra delen har ignorerats.

"Du kan få en minskning av bränsleförbränningen, men om renheten i det elnät som används för att ladda batterisystemet inte ingår, du saknar en betydande del av koldioxidutsläppen totalt, " han sa.

Studien jämförde de relativa koldioxidutsläpp som produceras per kilowattimme för varje enskild stat i USA. Den innehåller en karta över USA med värden på hur mycket kol som produceras per energienhet.

Men, att vara kommersiellt acceptabel, ett hybridelektriskt flygplan måste kunna bära samma antal passagerare och resa samma sträckor som nuvarande fossila bränsleplan, så studien använde parametrarna för ett flygplan med en gång som kan bära cirka 140 passagerare som modell. De varierade parametriskt andelen kraft över drivaxeln som var elektriskt härledd, med konfigurationer där 12,5 procent, 25 procent, eller 50 procent av den nödvändiga kraften producerades av en elmotor. Studien ansåg inte kostnaden i dollar, utan snarare kostnaden för koldioxidutsläpp - miljökostnaden.

Den mest genomförbara konfigurationen från modellen var ett framdrivningssystem som använder en 50 procent elektrisk drivning och en batterispecifik energitäthet på 1, 000 watt-timmar per kilo. Denna konfiguration beräknades producera 49,6 procent lägre koldioxidutsläpp i livscykeln än ett modernt konventionellt flygplan med en maximal räckvidd som motsvarar genomsnittet för alla globala flygningar, vilket gör det till ett livskraftigt alternativ för miljöansvarig luftfart. Dock, nuvarande batteriteknik är ganska långt ifrån att kunna uppnå denna konfiguration. Trots detta faktum, Ansell sa att förbättringar av batterier kommer att fortsätta att ge förbättrade möjligheter.

"Självklart, 12,5 procent är den mest kortsiktigt tillgängliga konfigurationen som studerades, eftersom vi behöver mindre batteritekniska framsteg för att nå den punkten. Dock, vi ser också ett olinjärt samband mellan producerade koldioxidutsläpp och förbättringar av hybridelektriska framdrivningskoncept, där de snabbaste proportionella minskningarna av koldioxidutsläpp produceras genom kortsiktiga teknikförbättringar, "Ansell sa." Att uppnå teknikförbättringar för ett 50% hybridsystem har verkligen en mycket lång tidtabell för att komma till marknaden, på långt håll, eftersom det är helt osäkert om eller när batteriets energitäthet kommer att tillverkas. Men åtminstone under tiden, även små vinster i komponentteknik kan göra stor skillnad. "

När kommer tekniken att kunna tillverka ett tillräckligt lätt batteri men tillräckligt kraftfullt för att flyga ett kommersiellt flygplan?

Ansell spekulerade, "Kanske kommer vi att kunna ha ett batteri på 400 till 600 wattimmar per kilo under de kommande tio åren. Om vi ​​projicerar det, de nivåer som vi behöver för större hybridiseringsfaktorer, eller till och med helt elektriska kommersiella flygplan, kan vara inom räckhåll inom de närmaste 25 åren. "

Studien, "Uppdragsanalys och utsläpp för konventionella och hybridelektriska kommersiella transportflygplan, "författades av Gabrielle E. Wroblewski och Phillip J. Ansell. Det visas i Journal of Aircraft .