Mfano wa ugeuzi wa Alice. Ian Langsdon / EPA

Serikali ya Uingereza imepanga kupiga marufuku uuzaji wa magari mpya ya kawaida ya petroli na dizeli na 2040. Ni wazi mpango huo ni kwa raia wote kuendesha gari za umeme au mseto, au - bora bado - wanaoendesha baiskeli. Lakini je! Umeme unaweza kusaidia kupunguza uzalishaji kutoka kwa aina nyingine kubwa ya usafirishaji wa abiria, kuruka?

Hili ni swali ngumu na moja ni muhimu wapi. Inawezekana kwa ndege ndogo kutolewa na umeme. Kwa kweli kampuni kadhaa tayari zinatengeneza ndege ndogo za umeme na zinaweza kuja kwenye soko la ndani miaka michache ijayo.

Lakini kwa ndege kubwa sisi wote hutumia mara nyingi zaidi kuna uwezekano mkubwa kutokea wakati wowote hivi karibuni. Shida sio teknolojia ya kupandikiza bali uhifadhi wa nishati. Mafuta ya jet yana karibu mara 30 nguvu zaidi kwa kilo kuliko betri ya lithiamu-ion ya juu zaidi inayopatikana sasa.

Ndege kubwa ya abiria duniani, Airbus A380, inaweza kuruka abiria wa 600 kilomita za 15,000 kwa ndege moja. Lakini, kulingana na mahesabu yangu, na betri zinaweza kuruka tu zaidi ya kilomita 1,000. Hata kama abiria wote na mizigo ilibadilishwa na betri, anuwai bado itakuwa chini basi kilomita za 2,000. Ili kuweka safu yake ya sasa, ndege ingehitaji betri zenye uzito mara 30 zaidi ya ulaji wa sasa wa mafuta, ikimaanisha hautawahi kutoka ardhini.

Biashara hii ni mbaya sana kwa ndege za muda mrefu kwa sababu mafuta hufanya nusu ya uzito wa ndege wakati wa kuchukua. Ni nini zaidi, ndege ya kawaida inakua nyepesi wakati mafuta yanamalizwa, lakini ndege ya umeme italazimika kubeba uzito sawa wa betri kwa ndege nzima. Kama nilivyosema, ukubwa wa mambo.

Kwa ndege nyepesi ya viti tano hadi kumi, mafuta yanawezekana kutengeneza 10% hadi 20% ya uzito wa ndege. Kubadilisha tu mafuta kwa betri kunaweza bado kupunguza umbali ambao ndege inaweza kuruka kwa kiasi kisichoweza kufanya. Lakini kuchukua nafasi ya abiria wawili au watatu na betri za ziada kungetolea kilomita za 500 kwa kilomita za 750, ikilinganishwa na safu ya mafuta yenye zaidi ya 1,000km.

Mfano wa kwanza wa kibiashara

Walakini, kunaweza kuwa na chaguo lingine. Kampuni ya Israeli Uwezo Hivi karibuni ilifunua toleo la mfano wa kile inachodai itakuwa ndege ya kwanza ya kibiashara ya abiria wote duniani. Ndege hiyo, inayoitwa Alice, haibadilishi tu mafuta ya ndege kwa betri lakini ni wazo mpya la kubuni ambalo linaboresha jinsi mfumo wa propulsion umejumuishwa kwenye huduma ya hewa. Akibeba abiria tisa na aina ya 1,000km, Alice anatarajiwa kuingia katika huduma katika 2022.

Alice inaweza kuwa mbadala kwa safari ndogo, za kikanda lakini sio kwa ndege za abiria zilizopangwa sana, hata zile za muda mfupi. Kwa hivyo umeme unawezaje kusaidia hapa? Kuboresha teknolojia ya betri ni chaguo moja. Teknolojia mpya inayojulikana kama betri za lithiamu-hewa kinadharia inaweza kufikia wiani sawa wa nishati kama mafuta ya ndege. Walakini, bado wako kwenye hatua ya maabara. Kwa kuzingatia hali ya fahamu ya usalama wa tasnia ya anga, kuna uwezekano kupanga ndege za baadaye kwenye teknolojia isiyothibitishwa.

Kile tunachoweza kuona kwa ndege fupi-haul katika 20 inayofuata hadi miaka 30 ni ndege ya mseto ambayo inachanganya injini za turbofan za kisasa na mifumo mpya ya umeme. Mfumo huu wa mseto ulio rahisi zaidi unaweza kuboreshwa ili kutoa msukumo wa juu unaohitajika kwa kuchukua mbali na wiani wa nishati unahitajika kwa safari ndefu.

Shabiki wa mseto E-Fan X. Airbus

Hii ni eneo ambalo linafuatiliwa kwa bidii katika E-FanX mradi, ambao unajumuisha Airbus, Rolls-Royce na LG kushirikiana ili kuendeleza maandamano ya ndege ya mseto wa mseto. Kutumia ndege ya BAe 146, ambayo kawaida hubeba karibu na abiria wa 100, wanapanga kuchukua nafasi ya injini moja ya turbofan nne ya ndege na shabiki wa propulsor anayeendeshwa na motor ya umeme ya megawati mbili.

Katika awamu za mradi huo, umeme utatolewa na injini ya gesi ya Rolls-Royce AE2100 iliyowekwa ndani ya ndege ya fuselage (mwili kuu). Lakini E-FanX bado itakuwa hatua muhimu katika mageuzi ya teknolojia ya umeme ya mseto. Airbus anasema inataka kufanya teknolojia hii ipatikane kwa ndege ya kiti cha 100 na 2030s.

Inawezekana kuandaa vifaa na ndege ndogo ndogo za umeme katika mfumo unaoitwa uliosambazwa ambao ni bora zaidi kuliko muundo wa jadi ambao hutumia turbofans mbili kubwa. Wazo hili linaweza kuchukuliwa zaidi kwa kuchanganya fuselage tofauti na mabawa kuwa moja "mwili uliochanganywa", Ikijumuisha kwa ufanisi wasanidi na upauzaji wa hewa katika muundo wa aerodynamic zaidi. Hii inaweza kupunguza kiasi cha nishati ambayo ndege ingehitaji kwa 20%.

Lakini hakuna hata ndege mbili kuu za ulimwengu zinazotengeneza, Boeing na Airbus, zinafuata kikamilifu teknolojia ya mrengo uliochanganywa. Mabadiliko makubwa kama haya ya kubuni yana changamoto nyingi za kiufundi kuifanya iweze kufanikiwa kibiashara sasa hivi. Kwa mfano, viwanja vya ndege vingi havitaweza kutoshea ndege ya mrengo wa mchanganyiko.

Hakuna mbadala

Kwa bahati mbaya, kwa aina ya ndege wengi wetu hutengeneza kwa sasa hakuna njia mbadala ya turbofans za ndege. Kwa sababu hii, wazalishaji wakuu wa injini za ndege wanawekeza sana katika kuboresha teknolojia yao ya injini ya sasa. Jumuiya ya Kimataifa ya Usafiri wa Anga inakadiria kuwa kila kizazi kipya cha ndege kina wastani wa 20% bora zaidi kuliko mfano unaobadilisha, na kwamba mashirika ya ndege yatawekeza trilioni ya US $ 1.3 katika ndege mpya katika kipindi cha miaka kumi ijayo.

Kwa mfano, injini ya hivi karibuni ya Rolls-Royce Trent XWB kwamba nguvu mpya Airbus A350, inauzwa kama "injini kubwa ya anga yenye ufanisi zaidi duniani". Airbus inadai injini hiyo itasaidia A350 kufikia "gharama za chini za 25%, kuchoma mafuta na CO? uzalishaji wa hewa chafu ukilinganisha na ndege za kizazi kilichopita”.

Kizazi kijacho cha injini ya Rolls-Royce, UltraFanTM, itatoa punguzo zaidi la 20% hadi 25% katika matumizi ya mafuta na CO? uzalishaji na inastahili kuingia katika huduma mnamo 2025.

Lakini inafaa kukumbuka kuwa usafiri wa anga kwa sasa unachangia 2% hadi 3% tu ya CO ya kimataifa? uzalishaji. Hii inalinganishwa na takriban 30% hadi 35% kwa sekta nzima ya uchukuzi, na nyingine 30% hadi 35% kwa uzalishaji wa umeme.

Idadi ya abiria hewa ni inatarajiwa kuongezeka mara mbili kwa miongo miwili ijayo lakini ni jumla ya uzalishaji wa hewa kwa hivyo hii haiwezekani kufanya safari ya ndege kuwa sehemu kubwa ya shida. Kupunguza uzalishaji wa anga na 20% kwa kila kizazi cha ndege labda sio uboreshaji endelevu. Lakini ikiwa ndege ya mseto imefanywa kweli basi kuruka kwa kweli kunaweza kuwa kidogo sana kwa wachangiaji wa uzalishaji kamili kuliko ilivyo leo.

Kuhusu Mwandishi

Duncan Walker, Mhadhiri Mwandamizi katika Aerodynamics iliyotumiwa, Chuo Kikuu cha Loughborough

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.