Máy bay điện sắp ra mắt: Các chuyến bay ngắn trong khu vực có thể chạy bằng pin trong vài năm tới

Máy bay điện sắp ra mắt: Các chuyến bay ngắn trong khu vực có thể chạy bằng pin trong vài năm tới

    Máy bay điện sắp ra mắt: Các chuyến bay ngắn trong khu vực có thể chạy bằng pin trong vài năm tới

    Air Canada và United Airlines đã đặt hàng các máy bay lai điện trong khu vực 30 chỗ ngồi từ Heart Aerospace, có thể đi được quãng đường 125 dặm (200 km) hoàn toàn bằng điện và 250 dặm (400 km) là loại hybrid. Với cấu hình 25 hành khách, công ty cho biết quãng đường hybrid tăng gấp đôi. Nguồn: Heart Aerospace

    Electric planes are coming: Short-hop regional flights could be running on batteries in a few years

    Máy bay điện có vẻ tương lai, nhưng chúng không quá xa vời, ít nhất là đối với những bước nhảy ngắn.

    Những chiếc Velis Electros hai chỗ ngồi đã lặng lẽ nổi tiếng khắp châu Âu, những chiếc máy bay điện trên biển đang được thử nghiệm ở British Columbia và những chiếc máy bay lớn hơn đang đến. Air Canada thông báo vào ngày 15 tháng 9 năm 2022, rằng họ sẽ mua 30 máy bay khu vực lai điện từ Heart Aerospace của Thụy Điển, dự kiến ​​sẽ đưa máy bay 30 chỗ vào hoạt động vào năm 2028. Các nhà phân tích tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ lưu ý rằng chiếc máy bay lai điện đầu tiên từ 50 đến 70 chỗ ngồi có thể sẵn sàng không lâu sau đó. Họ nói rằng vào những năm 2030, hàng không điện có thể thực sự cất cánh.

    Điều đó quan trọng đối với việc quản lý biến đổi khí hậu. Khoảng 3% lượng khí thải toàn cầu đến từ ngành hàng không ngày nay, và với lượng hành khách và chuyến bay nhiều hơn dự kiến ​​khi dân số tăng lên, hàng không có thể tạo ra lượng khí thải carbon dioxide nhiều hơn từ 3-5 lần vào năm 2050 so với trước đại dịch COVID-19.

    Kỹ sư hàng không vũ trụ kiêm trợ lý giáo sư Gökçin Çınar phát triển các khái niệm hàng không bền vững, bao gồm máy bay hybrid-điện và các lựa chọn thay thế nhiên liệu hydro, tại Đại học Michigan. Chúng tôi đã hỏi cô ấy về những cách quan trọng để cắt giảm lượng khí thải hàng không ngày nay và nơi mà các công nghệ như điện khí hóa và hydro đang hướng tới.

    Tại sao ngành hàng không khó điện khí hóa đến vậy?

    Máy bay là một trong những phương tiện phức tạp nhất hiện có, nhưng vấn đề lớn nhất đối với việc điện hóa chúng là trọng lượng pin.

    Nếu bạn cố gắng cấp điện hoàn toàn cho một chiếc 737 bằng pin ngày nay, bạn sẽ phải đưa tất cả hành khách và hàng hóa ra ngoài và lấp đầy khoảng trống đó bằng pin chỉ để bay trong vòng chưa đầy một giờ.

    Nhiên liệu phản lực có thể chứa năng lượng gấp khoảng 50 lần so với pin trên một đơn vị khối lượng. Vì vậy, bạn có thể có 1 pound nhiên liệu máy bay hoặc 50 pound pin. Để thu hẹp khoảng cách đó, chúng ta cần làm cho pin lithium-ion nhẹ hơn hoặc phát triển các loại pin mới chứa nhiều năng lượng hơn. Pin mới đang được phát triển, nhưng chúng vẫn chưa sẵn sàng cho máy bay.

    Một giải pháp thay thế điện là hybrid.

    Mặc dù chúng ta có thể không điện khí hóa hoàn toàn cho một chiếc 737, nhưng chúng ta có thể nhận được một số lợi ích đốt cháy nhiên liệu từ pin trong các máy bay phản lực lớn hơn bằng cách sử dụng hệ thống động cơ hybrid. Chúng tôi đang cố gắng biến điều đó thành hiện thực trong ngắn hạn, với mục tiêu 2030–2035 cho các máy bay khu vực nhỏ hơn. Khi bay càng ít nhiên liệu, thì càng ít phát thải khí nhà kính.

    Hàng không hybrid hoạt động như thế nào để cắt giảm lượng khí thải?

    Máy bay điện lai tương tự như ô tô điện lai ở chỗ chúng sử dụng kết hợp pin và nhiên liệu hàng không. Vấn đề là không có ngành nào khác có những giới hạn về trọng lượng như chúng ta làm trong ngành hàng không vũ trụ.

    Đó là lý do tại sao chúng ta phải rất thông minh về cách thức và mức độ chúng ta đang lai tạo hệ thống đẩy.

    Sử dụng pin như một thiết bị hỗ trợ năng lượng trong quá trình cất cánh và leo núi là những lựa chọn rất hứa hẹn. Đi taxi đến đường băng chỉ sử dụng năng lượng điện cũng có thể tiết kiệm một lượng nhiên liệu đáng kể và giảm lượng khí thải cục bộ tại các sân bay. Có một điểm hợp lý giữa trọng lượng tăng thêm của pin và lượng điện bạn có thể sử dụng để nhận được lợi ích về nhiên liệu ròng. Vấn đề tối ưu hóa này là trung tâm của nghiên cứu của tôi.

    Xe hybrid vẫn sẽ đốt cháy nhiên liệu trong khi bay, nhưng nó có thể ít hơn đáng kể so với việc chỉ dựa hoàn toàn vào nhiên liệu máy bay phản lực.

    Tôi coi việc lai tạo là một lựa chọn trung hạn cho các máy bay phản lực lớn hơn, nhưng là một giải pháp ngắn hạn cho các máy bay trong khu vực.

    Electric planes are coming: Short-hop regional flights could be running on batteries in a few years
    Ampaire báo cáo rằng động cơ điện hybrid EEL tiết kiệm nhiên liệu tới 40% so với phiên bản tiêu chuẩn của chiếc Cessna Skymaster tương tự. Tín dụng: Ampaire
    Trong khoảng thời gian từ năm 2030 đến 2035, chúng tôi tập trung vào động cơ phản lực cánh quạt hybrid, thường là máy bay trong khu vực với 50–80 hành khách hoặc được sử dụng để vận chuyển hàng hóa. Những chiếc hybrid này có thể cắt giảm lượng nhiên liệu sử dụng khoảng 10%.

    Với hybrid chạy điện, các hãng hàng không cũng có thể tận dụng nhiều hơn các sân bay trong khu vực, giảm tắc nghẽn và thời gian các máy bay lớn hơn phải chạy không tải trên đường băng.

    Bạn mong đợi điều gì sẽ thấy trong tương lai gần từ ngành hàng không bền vững?

    Thời hạn ngắn hơn, chúng ta sẽ thấy việc sử dụng nhiều hơn các nhiên liệu hàng không bền vững, hoặc SAF. Với các động cơ ngày nay, bạn có thể đổ nhiên liệu hàng không bền vững vào cùng một thùng nhiên liệu và đốt nó. Nhiên liệu làm từ ngô, hạt có dầu, tảo và các chất béo khác đã được sử dụng.

    Nhiên liệu hàng không bền vững có thể giảm khoảng 80% lượng khí thải carbon dioxide ròng của máy bay, nhưng nguồn cung bị hạn chế và việc sử dụng nhiều sinh khối hơn để làm nhiên liệu có thể cạnh tranh với sản xuất lương thực và dẫn đến phá rừng.

    Một lựa chọn thứ hai là sử dụng nhiên liệu hàng không bền vững tổng hợp, bao gồm việc thu giữ carbon từ không khí hoặc các quy trình công nghiệp khác và tổng hợp nó với hydro. Nhưng đó là một quá trình phức tạp và tốn kém và chưa có quy mô sản xuất cao.

    Các hãng hàng không cũng có thể tối ưu hóa hoạt động của mình trong ngắn hạn, chẳng hạn như lập kế hoạch đường bay để tránh bay những chiếc máy bay gần như trống rỗng. Điều đó cũng có thể làm giảm lượng khí thải.

    Electric planes are coming: Short-hop regional flights could be running on batteries in a few years

    Nguồn Biểu đồ: The Conversation / CC-BY-ND Nguồn: Cục Thống kê Lao động Hoa Kỳ
    Hydro có phải là một lựa chọn cho ngành hàng không?

    Nhiên liệu hydro đã có từ rất lâu, và khi nó là hydro xanh - được sản xuất bằng nước và điện phân bằng năng lượng tái tạo - nó không tạo ra carbon dioxide. Nó cũng có thể chứa nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị khối lượng so với pin.

    Có hai cách để sử dụng hydro trong máy bay: thay cho nhiên liệu phản lực thông thường trong động cơ, hoặc kết hợp với oxy để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu hydro, sau đó tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho máy bay.

    Vấn đề là thể tích — khí hydro chiếm rất nhiều không gian. Đó là lý do tại sao các kỹ sư đang xem xét các phương pháp như giữ cho nó thật mát để nó có thể được lưu trữ dưới dạng chất lỏng cho đến khi nó bị đốt cháy dưới dạng khí. Nó vẫn chiếm nhiều không gian hơn so với nhiên liệu máy bay và các thùng chứa cũng nặng, vì vậy làm thế nào để lưu trữ, xử lý hoặc phân phối nó trên máy bay vẫn đang được nghiên cứu.

    Airbus đang thực hiện rất nhiều nghiên cứu về quá trình đốt cháy hydro bằng cách sử dụng động cơ tuabin khí cải tiến với nền tảng A380, và hướng tới mục tiêu có công nghệ hoàn thiện vào năm 2025. Hãng hàng không Rex của Australia dự kiến ​​sẽ bắt đầu thử nghiệm một chiếc máy bay 34 chỗ, chạy bằng điện hydro cho các bước nhảy ngắn trong vài năm tới.

    Do có nhiều lựa chọn, tôi thấy hydro là một trong những công nghệ quan trọng cho hàng không bền vững.

    Liệu những công nghệ này có thể đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải của ngành hàng không?

    Vấn đề với lượng khí thải hàng không không phải là mức hiện tại của chúng - đó là nỗi sợ rằng lượng khí thải của chúng sẽ tăng lên nhanh chóng khi nhu cầu tăng lên. Đến năm 2050, chúng ta có thể thấy lượng khí thải carbon dioxide từ hàng không nhiều hơn gấp ba đến năm lần so với trước đại dịch.

    Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế, một cơ quan của Liên hợp quốc, thường xác định các mục tiêu của ngành, xem xét những gì khả thi và cách hàng không có thể vượt qua ranh giới.

    Mục tiêu dài hạn của nó là cắt giảm 50% lượng khí thải carbon dioxide ròng vào năm 2050 so với mức năm 2005. Để đạt được điều đó sẽ đòi hỏi sự kết hợp của các công nghệ và tối ưu hóa khác nhau. Tôi không biết liệu chúng ta có thể đạt được nó vào năm 2050 hay không, nhưng tôi tin rằng chúng ta phải làm mọi thứ có thể để làm cho ngành hàng không trong tương lai trở nên bền vững với môi trường.

    Zalo
    Hotline