전기 항공기는 언제즘 가능할까

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전기 항공기가 없는 이유

전기 자동차, 기차, 트램 및 보트가 이미 존재합니다. 그것은 논리적으로 질문으로 이어집니다. 왜 우리는 대형 전기 항공기가 보이지 않습니까? 그리고 곧 그들을 볼 수 있을까요?

전기 자동차와 기차는 있지만 전기 비행기는 거의 없는 이유는 무엇입니까? 주된 이유는 외부에서 전통적인 화석 연료 차량과 매우 유사해 보이지만 자동차 나 기차를 근본적으로 수정하는 것이 훨씬 더 간단하기 때문입니다. 육상 차량은 전기 저장 또는 전기 추진 시스템의 추가 질량에 쉽게 대처할 수 있지만 항공기는 훨씬 더 민감합니다. 예를 들어 자동차의 질량을 35 % 늘리면 에너지 사용량이 13-20 % 증가합니다. 그러나 비행기의 경우 에너지 사용은 질량에 정비례합니다. 질량을 35 % 늘리면 35 % 더 많은 에너지가 필요합니다. 그러나 그것은 이야기의 일부일 뿐입니다. 항공기는 또한 지상 차량보다 훨씬 더 멀리 이동하므로 비행은 평균적인 도로 여행보다 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 합니다. 항공기는 각 비행을 위해 질량을 이동하는 데 필요한 모든 에너지를 기내에 저장해야 합니다. 따라서 무거운 에너지 원을 사용한다는 것은 비행에 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 의미하며, 이는 추가 질량 등으로 이어집니다. 항공기의 경우 질량이 중요하기 때문에 항공사는 수하물 무게를 빠르게 측정합니다. 전기 비행기는 배터리 킬로그램 당 충분한 에너지를 가진 배터리가 필요합니다. 또는 대량 벌점은 단순히 장거리를 비행할 수 없다는 것을 의미합니다.

하이브리드 전기 시스템 항공기

단거리 비행기

그럼에도 불구하고 전기 항공기가 곧 등장하지만 곧 전기 747을 볼 수 없을 것입니다. 오늘날 가장 많이 사용되는 리튬 이온 배터리 팩은 킬로그램 당 약 200Wh (와트시)를 제공하며 이는 현재 항공기 연료보다 약 60 배 적습니다. 이 유형의 배터리는 약 100km 거리에서 최대 4 명의 승객과 함께 소형 전기 에어 택시에 전력을 공급할 수 있습니다. 장거리 여행의 경우 더 많은 에너지 밀도 셀이 필요합니다. 예를 들어 800km 미만 동안 최대 30 명을 수송하는 단거리 전기 통근 항공기는 특히 750 ~ 2,000Wh / kg (등유 기반 제트 연료 에너지 함량의 약 6 ~ 17 %)을 필요로 합니다. 더 큰 항공기라도 점점 더 가벼운 배터리가 필요합니다. 예를 들어 140 명의 승객을 1,500km 동안 태운 비행기는 승객 당 약 30kg의 등유를 소비합니다. 현재 배터리 기술로 승객 한 명당 약 1,000kg의 배터리가 필요합니다. 지역 통근 항공기를 완전 전기식으로 만들려면 배터리 무게를 4 ~ 10 배 줄여야 합니다. 배터리 에너지의 장기적인 역사적 개선율은 매년 약 3-4 %였으며 대략 20 년마다 두 배씩 증가했습니다. 이러한 역사적 추세의 지속을 바탕으로, 완전 전기 통근 항공기에 필요한 4 배 개선은 잠재적으로 세기 중반 경에 도달할 수 있습니다. 이것은 엄청나게 긴 기다림처럼 보일 수 있지만, 이는 인프라 및 항공기 설계 수명주기 모두에 대한 항공 산업의 변화 시기와 일치합니다. 새 항공기는 설계하는 데 약 5 ~ 10 년이 걸리며 이후 20 ~ 30 년 동안 서비스를 유지합니다. 일부 항공기는 첫 비행 후 50 년이 지난 지금도 비행 중입니다.

하이브리드가 온다

이것은 장거리 비행이 항상 화석 연료에 의존한다는 것을 의미합니까? 반드시 그런 것은 아닙니다. 완전 전기식 대형 항공기는 에너지 저장에 있어 아직 발명되지 않은 주요 전환이 필요하지만 비행으로 인한 환경 영향을 줄이는 다른 방법이 있습니다. 하이브리드 전기 항공기는 연료와 전기 추진을 결합합니다. 이 등급의 항공기에는 배터리가 없는 설계가 포함되어 있으며, 전기 추진 시스템이 추진 효율을 개선하고 필요한 연료량을 줄이는 역할을 합니다. 배터리가 장착된 하이브리드 전기 항공기도 개발 중이며 특정 상황에서 배터리가 추가 전력을 제공할 수 있습니다. 예를 들어 배터리는 깨끗한 이착륙을 제공하여 공항 근처의 배기가스를 줄일 수 있습니다. 전기 비행기가 비행의 직접적인 탄소 발자국을 줄이는 유일한 방법은 아닙니다. 바이오 연료 및 수소와 같은 대체 연료도 조사 중입니다. 식물이나 조류에서 추출한 연료 인 바이오 연료는 2008 년 상업용 비행에 처음 사용되었으며 여러 항공사에서 시험을 수행했습니다. 널리 채택되지는 않지만 현재 담수 공급원이나 식량 생산에 영향을 미치지 않는 지속 가능한 바이오 연료를 조사하는 중요한 연구가 진행되고 있습니다. 바이오 연료는 여전히 CO₂를 생산하지만 기존 항공기 나 공항 인프라를 크게 변경할 필요는 없습니다. 반면 수소는 공항의 연료 공급 인프라를 완전히 재 설계해야 하며 항공기 자체 설계에도 상당한 영향을 미칩니다. 수소는 매우 가볍지 만 (수소는 등유보다 킬로그램 당 3 배 더 많은 에너지를 포함하고 있으며, -250 ℃에서 액체로 저장하더라도 밀도가 매우 낮습니다. 이는 연료를 더 이상 날개에 저장할 수 없지만 동체 내부의 비교적 무겁고 부피가 큰 탱크로 이동해야 함을 의미합니다. 이러한 단점에도 불구하고 수소 연료를 사용하는 장거리 비행은 등유보다 최대 12 % 적은 에너지를 소비할 수 있습니다.