Elektryfikacja napędów staje się pojęciem coraz bardziej powszechnym. Szczególnie, że silniki zasilane prądem znajdują zastosowanie nie tylko w przypadku samochodów czy ciężarówek. Jak się okazuje, z powodzeniem mogą być stosowane także w kwestii napędzania… samolotów. Czy przyszłość przelotów pasażerskich rzeczywiście może należeć do e-statków powietrznych? I jakie właściwie zalety ma takie rozwiązanie?
Choć elektryfikacja napędów jest tematem dosyć powszechnie funkcjonującym w języku inżynierów XXI wieku, jej pojęcie pojawiło się dużo wcześniej. Na rynku lotniczym pierwsza skuteczna próba oderwania od ziemi samolotu dysponującego e-silnikiem odbyła się w 1973 roku. Modelem eksperymentalnym był przebudowany motoszybowiec. Pojazd został wyposażony w jednostkę Boscha oraz akumulatory niklowo-kadmowe Varty. W czasie pionierskiego lotu wzniósł się na wysokość 380 metrów i w sumie utrzymywał się nad ziemią przez 12 minut. Prace nad kolejnymi projektami trwały w latach 80. i 90. Włączały się do nich nie tylko start-upy, ale też światowi giganci w postaci Airbusa czy… NASA!
Nawet osiem ton CO2 na pasażera! To potężna oszczędność
Skąd w ogóle pomysł na budowanie elektrycznych samolotów? Oczywiście z chęci zapewnienia bardziej ekologicznych form transportu masowego. Różnego rodzaju wyliczenia są bowiem nieubłagane dla samolotów pasażerskich i jasno pokazują, że klasyczny Boeing 747 w czasie 24 godzin lotu emituje tyle dwutlenku węgla, co 250 samochodów przez… rok! Co więcej, jeżeli do rachunku doliczyć budowę i utrzymanie samolotu, całościowa emisja na trasie między Europą a Australią w dwie strony w przeliczeniu na jednego pasażera sięga od 5 do 8 ton CO2.
Kwestia emitowania do atmosfery szkodliwych związków jest bez wątpienia obecnie najbardziej paląca. Mimo wszystko elektryfikacja ruchu lotniczego ma jeszcze inne zalety. Znaczenie może bowiem mieć również redukcja poziomu hałasu. Elektryczny silnik napędzający statek powietrzny generuje dużo mniejszy hałas podczas startu, lądowania i lotu od motoru spalinowego. To powinno zostać docenione przez mieszkańców rejonów, w których ulokowane są często uczęszczane porty lotnicze oraz w sytuacji, w której mówimy o niewielkich samolotach lecących na małej wysokości nad dużymi skupiskami urbanistycznymi.
Silnik spalinowy pojawi się jako… zabezpieczenie!
Jednym z ważniejszych punktów we współczesnej historii elektryfikacji lotnictwa był rok 2012. To wtedy firma Volta zaprezentowała pierwszy na świecie e-samolot przygotowany do seryjnej produkcji. Model Volare GT4 posiada dwie pary skrzydeł i śmigło wykonane z włókna węglowego. Pojazd jest napędzany 600-konnym motorem elektrycznym. Agregat, poza wysoką sprawnością, ma kilka innych zalet. Po pierwsze, składa się tylko z jednej części ruchomej – a to sprawia, że staje się praktycznie bezobsługowy. Po drugie, w przeciwieństwie do jednostek spalinowych nie wymaga regularnego rozkręcania na czynniki pierwsze i skomplikowanej procedury serwisowej, a jedynie komputerowej diagnostyki.
Napęd elektryczny samolotu Volta Volare GT4 został sparowany z bateriami litowo-polimerowymi. Już 75% ich pojemności wystarczy, aby pojazd mógł pokonać w powietrzu 480 kilometrów. Po tym dystansie uruchomione zostanie dodatkowe zasilanie. W jego roli pojawia się niewielki silnik spalinowy, który zamienia napęd Voltare GT4 w hybrydę. Dzięki temu maksymalny zasięg samolotu sięga nawet 1600 kilometrów. Bardzo ciekawe jest zestawienie kosztów. Zdaniem firmy Volta pokonanie 320 kilometrów na pokładzie jej samolotu kosztuje zaledwie… 20 dolarów! W przypadku analogicznego pojazdu o napędzie spalinowym suma ta wzrasta do 80 dolarów.
O tym, jak dynamicznie zaczyna się rozwijać koncepcja samolotu elektrycznego, niech świadczy pomysł, który przyjął nazwę Air Race E. To nic innego jak krótkodystansowe wyścigi samolotów, których prędkość ma dochodzić do 400 km/h, a na pilotów mają działać przeciążenia rzędu 3.0 G. Pomysł na pierwszy rzut oka brzmi nieco irracjonalnie. W rzeczywistości to jednak całkiem realna koncepcja, która narodziła się na fali współpracy nawiązanej między dubajskim Air Race Events a Uniwersytetem w Nottingham.
Samolotowe F1 w Dubaju z ośmioma zespołami
Pierwsze na świecie wyścigi e-samolotów mają zostać zorganizowane już w roku 2020. Biorące w nim udział pojazdy będą się poruszać po torze o długości 1,5 kilometra, a sama impreza jest porównywana do F1, jednak realizowanego w powietrzu. W początkowej fazie na starcie wyścigu z serii Air Race E ma się pojawić 8 samolotów przygotowanych według identycznej specyfikacji. Statki powietrzne będą niczym innym jak elektryczną wersją benzynowego Air Race 1 przygotowaną przez inżynierów z Uniwersytetu w Nottingham.
Choć obecnie wizja elektryfikacji ruchu lotniczego wydaje się raczej nazbyt śmiała, oczywiście nie brakuje wizjonerów, którzy postanowili spojrzeć na nią w nieco szerszy sposób i wyznaczyć związane z nią cele. Świetnym przykładem jest Avinor – państwowy operator ruchu lotniczego z Oslo. Ten już w styczniu 2018 orzekł, że po 2040 roku wszystkie połączenia lotnicze na krótkich dystansach – tj. poniżej półtorej godziny – będą realizowane w Norwegii w oparciu o samoloty elektryczne. Deklaracja ta może się wydawać nieco zbyt ambitna. Pamiętajmy jednak, że mówimy o kraju, który wiedzie absolutny prym na światowym rynku elektryfikacji samochodów.
Jednak nie tylko Norwegowie patrzą optymistycznie na elektryfikację lotnictwa. Różowe okulary noszą również inżynierowie pracujący dla start-upu Wright Electric. Ich cel jest prosty – w ciągu dekady chcą zbudować samolot pasażerski o napędzie elektrycznym, mieszczący 150 osób i mogący pokonać na jednym ładowaniu nawet 500 kilometrów. Nieco ostrożniej do tematu podchodzi Airbus, Rolls-Royce i Siemens. Firmy te zakładają bowiem wzbicie się w powietrze samolotu o napędzie hybrydowym do 2020 roku. Jak wygląda napęd w tym przypadku? Samolot ma poruszać się za sprawą elektrycznego silnika turbowentylatorowego, który będzie czerpać energię z turbiny spalinowej umieszczonej na pokładzie samolotu.