Den brittiska regeringen planerar att förbjuda försäljning av nya konventionella bensin- och dieselbilar till 2040. Planen är uppenbarligen att alla medborgare ska köra el- eller hybrid-elbilar, eller — ännu hellre — cykla. Men kan elektrifiering hjälpa till att minska utsläppen från den andra kolintensiva formen av passagerartransport, flygande?

Detta är en komplex fråga och en där storleken spelar roll. Det är möjligt för små flygplan att drivas med el. Faktum är att flera företag redan utvecklar små elektriska flygplan och de kan komma ut på marknaden inom de närmaste åren.

Men för de stora flygplan vi alla använder oftare är det osannolikt att det kommer att hända någon gång snart. Problemet är inte framdrivningstekniken utan energilagringen. Jetbränsle innehåller cirka 30 gånger mer energi per kilogram än det mest avancerade litiumjonbatteriet som finns tillgängligt för närvarande.

Världens största passagerarplan, Airbus A380, kan flyga 600 passagerare 15, 000 kilometer på en enda flygning. Men, enligt mina beräkningar, med batterier kunde den bara flyga lite över 1, 000 kilometer. Även om alla passagerare och last ersattes med batterier, intervallet skulle fortfarande vara mindre än 2, 000 kilometer. För att behålla sitt nuvarande räckvidd, planet skulle behöva batterier som väger 30 gånger mer än dess nuvarande bränsleintag, vilket betyder att det aldrig skulle komma av marken.

Denna avvägning är särskilt dålig för långdistansflygningar eftersom bränslet utgör hälften av flygplanets vikt vid start. Vad mer, ett konventionellt plan blir lättare när bränslet förbrukas, men ett elektriskt flygplan skulle behöva bära samma batterivikt under hela flygningen. Som jag sa, storlek spelar roll.

För ett lätt flygplan med fem till tio platser, bränsle kommer sannolikt att utgöra 10 % till 20 % av flygplanets vikt. Att bara byta ut bränslet mot batterier kan fortfarande minska avståndet som planet kan flyga med en opraktisk mängd. Men att ersätta två eller tre passagerare med extra batterier skulle ge en räckvidd på 500 kilometer till 750 kilometer, jämfört med en bränsledriven räckvidd på över 1, 000 km.

Första kommersiella modellen

Dock, det kan finnas ett annat alternativ. Det israeliska företaget Eviation avslöjade nyligen en prototypversion av vad den hävdar kommer att vara världens första kommersiella helelektriska passagerarflygplan. Flygplanet, som heter Alice, byter inte bara flygbränsle mot batterier utan är ett helt nytt designkoncept som förbättrar hur framdrivningssystemet är integrerat i flygkroppen. Medför nio passagerare med en räckvidd på 1, 000 km, Alice förväntas komma i tjänst 2022.

Alice kan vara ett praktiskt alternativ för små, regionala resor men inte för de flesta reguljära passagerarflyg, även korta sådana. Så hur kan elektrifiering hjälpa här? Att förbättra batteritekniken är ett alternativ. En ny teknik som kallas litium-luftbatterier kan teoretiskt nå samma energitäthet som flygbränsle. Dock, de är fortfarande på laboratoriestadiet. Med tanke på flygindustrins extremt säkerhetsmedvetna natur, det är osannolikt att planera framtida flygplan med oprövad teknik.

Vad vi är mer benägna att se för kortdistansflygningar under de kommande 20 till 30 åren är hybridflygplan som kombinerar nuvarande turbofläktmotorer med nya elektriska framdrivningssystem. Detta mer flexibla hybridsystem skulle kunna optimeras för att ge den höga dragkraft som krävs för start och den energitäthet som behövs för en lång kryssning.

Detta är ett område som drivs aktivt i E-FanX-projektet, som involverar Airbus, Rolls-Royce och Siemens går ihop för att utveckla en hybrid-elektrisk framdrivningsflygdemonstrator. Med ett BAe 146-flygplan, som vanligtvis tar cirka 100 passagerare, de planerar att ersätta en av flygplanets fyra Honeywell turbofläktmotorer med en propulsorfläkt som drivs av en två megawatts elmotor.

I projektets inledande faser, elen kommer faktiskt att levereras av en Rolls-Royce AE2100 gasturbin inrymd i flygplanets flygkropp (huvudkropp). Men E-FanX kommer fortfarande att vara ett viktigt steg i utvecklingen av hybridelektrisk teknik. Airbus säger att de vill göra denna teknik tillgänglig för 100-sitsiga flygplan till 2030-talet.

Det är också möjligt att utrusta ett plan med flera små elektriska framdrivningar i ett så kallat distribuerat framdrivningssystem som är mer effektivt än traditionella konstruktioner som använder två stora turbofläktar. Denna idé kan tas vidare genom att kombinera den separata flygkroppen och vingarna till en enda "blandad-wing-body", mer effektivt integrera propulsorerna med flygkroppen i en mer aerodynamisk design. Detta kan minska mängden energi som flygplanet skulle behöva med 20 %.

Men ingen av världens två största flygplanstillverkare, Boeing och Airbus, arbetar aktivt med blandad vingteknologi. Ett så stort designskifte har för många tekniska utmaningar för att göra det kommersiellt gångbart just nu. Till exempel, de flesta flygplatser skulle inte kunna ta emot ett flygplan med blandade vingar.

Inget alternativ

Tyvärr, för den typ av flyg de flesta av oss gör finns det för närvarande inget praktiskt alternativ till jetdrivna turbofans. Av denna anledning, de största flygmotortillverkarna investerar kraftigt i att förbättra sin nuvarande motorteknologi. International Air Transport Association uppskattar att varje ny generation av flygplan är i genomsnitt 20 % mer bränslesnåla än den modell den ersätter, och att flygbolagen kommer att investera 1,3 biljoner dollar i nya plan under det kommande decenniet.

Till exempel, Rolls-Royces senaste motor, Trent XWB som driver den nya Airbus A350, marknadsförs som "världens mest effektiva stora flygmotor". Airbus hävdar att motorn kommer att hjälpa A350 att uppnå "25 % lägre driftskostnader, bränsleförbränning och CO₂-utsläpp jämfört med tidigare generationers flygplan".

Nästa generation av Rolls-Royce-motorer, UltraFanTM, kommer att erbjuda ytterligare 20 % till 25 % minskning av bränsleförbrukning och CO₂-utsläpp och kommer att tas i bruk 2025.

Men det är värt att komma ihåg att flyget för närvarande bara bidrar med 2 % till 3 % av de globala CO₂-utsläppen. Detta kan jämföras med cirka 30 % till 35 % för hela transportsektorn, och ytterligare 30 % till 35 % för elproduktion.

Antalet flygpassagerare förväntas fördubblas under de kommande två decennierna, men det är också de totala utsläppen så det är osannolikt att detta kommer att göra flyget till en större del av problemet. Att minska flygutsläppen med 20 % per generation flygplan kanske inte är en hållbar förbättring. Men om hybridflygplan görs till verklighet kan flyget verkligen bli ännu mindre bidragande till de totala utsläppen än vad det är idag.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.