Основные климатические преимущества электрических самолетов

Источник: Технологический университет Чалмерса

Краткое содержание: Исследователи провели первую в мире оценку жизненного цикла (LCA) существующего двухместного полностью электрического самолета с прямым сравнением с эквивалентным самолетом, работающим на ископаемом топливе. Согласно исследованию, всего через четверть ожидаемого срока службы электрического самолета воздействие на климат будет ниже, чем у самолетов, работающих на ископаемом топливе, при условии, что используется экологически чистое электричество. Обратной стороной, однако, является растущая нехватка минеральных ресурсов.

Авиация значительно выросла за последние десятилетия и на ее долю приходится примерно 2 процента глобальных выбросов углекислого газа и около 4 процентов всех последствий изменения климата ежегодно. Хотя авиация вносит важный вклад в изменение климата и другие экологические проблемы, электрификация является одним из вариантов снижения этих воздействий на окружающую среду. Первые электрические самолеты уже находятся в эксплуатации сегодня и представляют собой в основном небольшие самолеты, используемые для обучения пилотов и коротких полетов в непосредственной близости. Именно этот тип самолета изучался при оценке жизненного цикла.

«В краткосрочном будущем электрические самолеты с батарейным питанием, вероятно, будут в основном использоваться для полетов на более короткие расстояния, например, для того, что в Норвегии называют «фьорд-хоппингом», что означает более короткие полеты между глубокими фьордами. В более широкой перспективе исследование показывает, что что электрические самолеты с батарейным питанием могут значительно снизить воздействие авиации на окружающую среду», говорит Рикард Арвидссон, ведущий автор исследования из Чалмерса.

Исследование: тот же самолет, но другой

Команда исследовала коммерчески доступный двухместный аккумуляторный электрический самолет Pipistrel Alpha Electro в рамках оценки жизненного цикла. Тот же самолет также доступен в виде модели, работающей на ископаемом топливе, что позволяет исследователям провести прямое сравнение. Команда исследовала все влияние каждого самолета от «колыбели до могилы» от добычи сырья до конца срока службы с функциональным блоком продолжительностью полета 1 час. Данные и записи производителя самолетов послужили основой для большей части исследования.

Был рассмотрен широкий спектр категорий воздействия, с упором на глобальное потепление из-за выбросов парниковых газов (например, углекислого газа), нехватку минеральных ресурсов из-за использования редких минералов (например, лития для батарей), образование твердых частиц из-за выбросов частиц, подкисление. от кислотных выбросов (например, оксидов азота) и образования приземного озона от выбросов оксидов азота и углеводородов.

«Основной вывод из этого исследования заключается в том, что небольшие электрические самолеты могут оказывать заметно меньшее воздействие на климат до 60 процентов меньше и другие виды воздействия на окружающую среду, чем эквивалентные самолеты, работающие на ископаемом топливе. относительно нехватки минеральных ресурсов примерно на 50 процентов больше даже при самом благоприятном сценарии, в основном из-за редких металлов в батареях электрических самолетов», говорит Рикард Арвидссон.

Как и в случае с электромобилями, электрический самолет сравнительно хуже с точки зрения климата, когда самолет новый, поскольку производство аккумулятора требует много энергии и ресурсов. Затем, со временем, относительное воздействие уменьшается по мере использования электрического самолета и реализации его преимуществ, а именно, электрической силовой установки без выбросов. Чем дольше используется электрический рубанок, тем лучше он становится для окружающей среды, и в конечном итоге достигается точка «безубыточности».

Примерно через 1000 летных часов электрический самолет обгоняет самолеты, работающие на ископаемом топливе, с точки зрения меньшего воздействия на климат, после чего электрический самолет становится более безопасным для окружающей среды. Это измеряется в кг экв. CO2/ч (эквивалент диоксида углерода на час полета) и справедливо при оптимальных условиях, когда используется экологически чистая энергия. Таким образом, любое последующее использование становится «климатической выгодой» по сравнению с обычными самолетами. Расчетный срок службы самолета составляет не менее 4000 часов, что в четыре раза превышает время безубыточности.

«Однако срок службы литий-ионных батарей должен быть примерно в два раза дольше, чтобы дефицит минеральных ресурсов был примерно одинаковым для электрического самолета и самолета, работающего на ископаемом топливе. Альтернативно, необходимо иметь двойную емкость хранения энергии, например что на одно и то же время полета на борту необходим только один из двух рюкзаков», говорит старший научный сотрудник Андерс Норделёф, один из других авторов исследования.

Новые и улучшенные батареи для более экологичного будущего

В исследовании ученые обсуждают дальнейшее развитие аккумуляторов как важный шаг на пути к снижению воздействия жизненного цикла электрических самолетов. Уже сегодня но уже после проведения исследования производителю модели самолета удалось продлить срок службы аккумуляторов аж в три раза. Новые аккумуляторные технологии могут еще больше улучшить как воздействие на климат, так и проблему нехватки минеральных ресурсов.

«Идет постоянная разработка литий-ионных аккумуляторов, которые могут улучшить экологические характеристики электрического самолета и сделать его относительно даже более предпочтительным, чем самолет, работающий на ископаемом топливе. Существуют также новые технологии аккумуляторов, которые могут быть разработаны и применимы к электрическим самолетам. летательных аппаратов в долгосрочной перспективе, например, литий-серные батареи, хотя они все еще находятся на ранней стадии технологического развития», говорит Рикард Арвидссон.

О самолете

Электрический самолет в исследовании Pipistrel Alpha Electro, произведенный в Словении. Размах крыльев составляет чуть более 10 метров, а вес самолета при полной загрузке составляет 550 кг. Максимальное время полета около часа плюс запас. Батарея представляет собой литий-ионную батарею NMC (никель-марганец-кобальт) емкостью 21 кВтч, а мощность двигателя составляет 60 кВт. Alpha Electro была предсерийной моделью и была заменена усовершенствованной моделью серийного производства.

Самолет, работающий на ископаемом топливе, сравниваемый в исследовании, имеет ту же базовую конструкцию, что и электрический самолет. Отличия заключаются в основном в авиационном бензиновом двигателе и топливном баке вместо электромотора и аккумуляторов.