Aeronavele electrice – viitorul aviației sau doar o iluzie?
Încă de la începuturile aviației, avioanele au utilizat combustibili pe bază de carbon, cum ar fi benzina sau kerosenul. Aceştia asigură o cantitate mare de energie raportată la greutatea lor, ceea ce înseamnă că livrează o putere suficientă pentru avioanele comerciale de mari dimensiuni ce efectuează călătorii pe tot globul. Odată cu scăderea resurselor de petrol și a restricţiilor privind emisiile de gaze cu efect de seră, viitorul aviației este dependent de găsirea unei surse de energie alternativă. Este electricitatea soluţia acestei probleme?
Avioanele electrice ar putea ajunge în curând pe pistă alături de tine. Credit: Pascal Rossignol / Reuters
Un prim pas este acela de a dezvolta „aeronave mai electrice”, adică avioane cu motor cu reacție care maximizează utilizarea energiei electrice pentru toate celelalte sisteme ale aeronavei. Ideea este de a reduce semnificativ consumul de combustibil prin îmbunătățirea eficienței energetice la nivelul aeronavei. În practică, aceasta înseamnă micşorarea greutăţii aeronavei şi reducerea rezistenţei la înaintare prin îmbunătăţirea aerodinamicii și optimizarea profilului aripii de avion în scopul utilizării unei cantităţi mai mici de combustibil.
Toate aceste îmbunătățiri care pot reduce consumul de combustibil nu sunt suficiente. Realizarea unor aeronave mai eficiente necesită soluții majore, pe termen mai lung.
Multe inovații importante de acest fel au apărut ca urmare a unor cerințe militare. Motorul cu reacţie a fost dezvoltat în timpul celui de-al doilea război mondial. Astfel, ca o consecinţă a cursei pentru atingerea vitezelor supersonice din timpul Războiului Rece, Chuck Yaeger din cadrul US Air Force a depăşit pentru prima dată bariera sunetului cu avionul experimental Bell X-1. Prin dezvoltarea unor noi tehnologii s-au obţinut progrese importante în ceea ce priveşte performanța și fiabilitatea aparatelor de zbor. Aviația comercială a beneficiat de aceste îmbunătăţiri tehnologice şi astfel transportul aerian intercontinental a devenit o realitate.
Concorde a reprezentat apogeul acestei conversii de tehnologie din domeniul militar către avioanele comerciale de înaltă performanță, dar, în ciuda performanțelor sale fenomenale, a fost afectat de nemulţumirile cauzate de zgomotul său excesiv și de poluarea pe care o provoca. Aviaţia modernă bazată pe motorul cu reacţie se confruntă în mod constant cu astfel de probleme de mediu și în timp ce armata este interesată, în mod evident, să proiecteze aeronave cât mai rapide, motivația armatei de a dezvolta tehnologii ecologice este mai puțin evidentă. De aceea, probabil că trebuie să căutăm în altă parte următoarea inovație majoră din aviaţie.
Bell X1 a fost primul avion supersonic din lume. Concorde a fost singurul avion comercial cu reacție din lume. Credit: US Air Force. Right: Aero Icarus via Wikimedia Commons
Curățarea cerului?
Aeronavele alimentate cu energie solară au captat recent atenţia specialiştilor odată cu proiectul Solar Impulse prin care s-a încercat realizarea primului zbor în jurul lumii cu un avion alimentat cu energie solară. Deşi utilizarea energiei solare în aviaţie reprezintă o provocare tehnică interesantă, aceasta nu este o opțiune realistă pentru transportul pasagerilor pe calea aerului. După cum se poate observa, aeronava Solar Impulse necesită o anvergură a aripilor foarte mare datorită puterii reduse pe care o dezvoltă panourile sale solare. Puterea obţinută în acest mod este suficientă doar pentru transportul aeronavei și a pilotului pe o distanță semnificativă.
Solar Impulse aterizează pe aeroportul din Bruxelles. Credit: Brussels Airport, CC BY-SA
Stocarea energiei în baterie este factorul limitativ cheie pentru aeronavele electrice. Aeronavele necesită de obicei un timp mai îndelungat pentru alimentare în comparaţie cu o mașină, așa încât trebuie asigurată o reîncărcare rapidă şi eficientă a acestora. Avioanele cu reacţie necesită o perioada de timp pentru realimentare aproximativ identică cu cea necesară unui avion electric, astfel încât o reîncărcare electrică de aproximativ 1 oră este rezonabilă. Problemă critică o reprezintă însă densitatea de energie, adică cât de multă energie stochează bateria în raport cu greutatea sa.
Bateriile obişnuite litiu-ion care sunt utilizate în prezent au o densitate maximă de energie de aproximativ 1.000.000 jouli pe kilogram și deşi din unele cercetări recente rezultă că se pot obţine densități mai mari de energie, bateriile construite pe baza acestor tehnologii nu sunt încă disponibile în comerț. Un milion de jouli pe kilogram v-ar putea părea mult. Cu toate acestea, în comparaţie cu o densitate de energie de 43 milioane de jouli pe kilogram, specifică combustibilului de aviație, nu mai pare o valoare mare. Schimbarea rezervoarele de combustibil pentru o baterie cu o greutate de 43 de ori mai mare nu este o opțiune viabilă – în mod clar există o problemă importantă în ceea ce priveşte stocarea energiei electrice care trebuie să fie rezolvată înainte ca energia electrică să poată alimenta aeronavele comerciale pe distanțe mari.
Viitorul transportului aerian electric
În concluzie, putem vorbi despre energia electrică ca despre o viziunea pe termen lung pentru transportul comercial aerian? În ciuda provocărilor tehnice evidente, prototipul Airbus pentru aeronava E-Fan urmează să fie lansat în producție până în anul 2017. E-Fan este un avion cu două locuri, foarte ușor, propulsat de două motoare electrice şi care va avea o viteză de zbor şi o capacitate de transport mult mai mici decât cele solicitate de către transportatorii comerciali. Cu toate acestea,
În următoarele decenii această tehnologie se poate extinde la aeronavele scurt-curier și la avioanele de afaceri – mai ales pentru rutele aeriene în care se folosesc aeronave propulsate cu elice. Airbus are planuri pe termen mediu pentru astfel de aeronave având o capacitate de, probabil, 60 de pasageri – ceea ce ar reprezenta o soluţie potrivită pentru zborurile pe distanțe mici.
Cerinţele de siguranță și fiabilitatea acestor prototipuri trebuie să fie dovedite înainte ca avioanele electrice să fie adoptate de către companiile aeriene comerciale. Aşa cum automobilele electrice mai au nevoie de timp pentru a se impune pe piaţa auto, modul în care este percepută fiabilitatea noilor aeronave va avea un impact semnificativ asupra încrederii consumatorilor în aeronavele electrice.
Dacă prototipurile precum ar fi E-Fan vor câştiga încrederea publicului, atunci acest lucru ar putea marca un „punct critic” în depășirea provocărilor tehnice inerente pentru orice formă nouă de transport, în special în domeniul aviației care are o tradiţie de inovare rapidă. Progresele tehnologice în ceea ce priveşte noile materiale, stocarea energiei și electronicii de putere ar putea oferi perspectiva apariţiei aeronavelor comerciale pur electrice în următoarele două decenii.
Traducere şi adaptare după Electric aircraft – the future of aviation or just wishful thinking?