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關於氣候話題:為什麽我們沒有提議電動飛機?

電動汽車、火車、有軌電車和船只已經存在。這從邏輯上引出了壹個問題:為什麽我們看不到大型電動飛機?我們會很快見到他們嗎?

為什麽我們有電動汽車和火車,卻很少有電動飛機?主要原因是,從根本上改造壹輛汽車或火車要簡單得多,即使它們在外觀上與傳統的化石燃料汽車非常相似。

陸地車輛可以很容易地應付來自電力存儲或電力推進系統的額外質量,但飛機要敏感得多。

例如,汽車質量增加35%會導致能源消耗增加13-20%。但對於飛機來說,能量消耗與質量成正比:質量增加35%意味著需要增加35%的能量(在其他條件不變的情況下)。

但這只是故事的壹部分。飛機的飛行距離也比地面交通工具遠得多,這意味著飛行需要的能量比壹般的公路旅行多得多。飛機每次飛行都必須儲存移動自身質量所需的所有能量(不像火車連接到電網)。因此,使用負重大的重能量源意味著飛行需要更多的能量,從而導致額外的質量,等等。

對於壹架飛機來說,質量是至關重要的,這就是為什麽航空公司嚴格地對行李進行稱重。電動飛機需要每公斤電池有足夠能量的電池,否則質量懲罰意味著它們根本不能飛長距離。

使用電力的短程飛機

盡管如此,電動飛機還是在地平線上出現了,但妳不會很快看到電動的747。

目前可用的最好的鋰離子電池組每公斤可提供約200瓦時(Wh),比目前的飛機燃料低約60倍。這種類型的電池可以為最多4名乘客的小型電動空中出租車提供動力,行駛約100公裏。長途旅行需要更多能量密集的電池。

例如,800公裏以內可搭載30人的短程電動通勤飛機,具體要求為750至2000 wh /kg,約為煤油燃料能源含量的6-17%。即使是更大的飛機也需要越來越輕的電池。例如,壹架載有140名乘客的飛機行駛1500公裏,每位乘客大約消耗30公斤煤油。根據目前的電池技術,每名乘客大約需要1000公斤電池。

要使區域通勤飛機完全通電,需要將電池重量減少4到10倍。從歷史上看,電池能源的長期改善速度大約是每年3-4%,大約每20年翻壹番。基於這壹歷史趨勢的延續,全電動通勤飛機的四倍改進有可能在本世紀中葉實現。

雖然這看起來可能是壹個難以置信的漫長等待,但這與航空工業的基礎設施和飛機設計生命周期的變化時間表是壹致的。壹架新飛機的設計大約需要5-10年,然後將繼續服役20 - 30年。有些飛機在首次飛行後仍在飛行50年。

混和動力飛機

這是否意味著長途飛行將永遠依賴化石燃料? 不壹定。

雖然完全電動的大型飛機需要在能源儲存方面進行重大的、尚未發明的轉變,但仍有其他方法可以減少飛行對環境的影響。

混合動力飛機將燃料與電力推進結合起來。這類飛機包括無電池設計,電力推進系統用於提高推力效率,減少所需的燃料量。

配備電池的混合動力飛機也在開發中,電池可以在特定情況下提供額外的動力。例如,電池可以提供清潔的起飛和降落,以減少機場附近的排放。

替代生物燃料

電動飛機也不是減少飛行直接碳足跡的唯壹途徑。替代燃料,如生物燃料和氫,也在研究中。

生物燃料是壹種從植物或藻類中提取的燃料,2008年首次在商業航班上使用,幾家航空公司已經對其進行了試驗。雖然尚未被廣泛采用,但目前正在進行重大研究,以研究不影響淡水資源或糧食生產的可持續生物燃料。什麽是生物燃料?

雖然生物燃料仍然會產生二氧化碳,但它們不需要對現有飛機或機場基礎設施進行重大改變。另壹方面,氫燃料需要徹底重新設計機場的燃料基礎設施,而且對飛機本身的設計也有重大影響。

雖然氫很輕——每千克氫所含能量是煤油的三倍——但它的密度很低,即使在-250℃下以液體的形式儲存。這意味著燃料不能再儲存在機翼上,而是需要轉移到機身內相對笨重的油箱中。盡管有這些缺點,氫燃料的長途飛行可以比煤油節省12%的能源。