Elektrikli uçaklar fütüristik görünebilir, ancak en azından kısa atlamalar için o kadar da uzak değiller.

İki koltuklu Velis Electros şimdiden Avrupa’da sessizce vızıldıyor , elektrikli deniz uçakları British Columbia’da test ediliyor ve daha büyük uçaklar geliyor. Air Canada , 15 Eylül 2022’de İsveç’in Heart Aerospace şirketinden 30 adet elektrikli hibrit bölgesel uçak satın alacağını ve bu uçağın 2028 yılına kadar hizmete girmesini beklediğini duyurdu. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’ndaki analistler, ilk hibrit elektrikli 50 ila 70 koltuklu banliyö uçağı bundan kısa bir süre sonra hazır olabilir . 2030’larda elektrikli havacılığın gerçekten başarılı olabileceğini söylüyorlar.

Bu iklim değişikliğini yönetmek için önemli. Küresel emisyonların yaklaşık %3’ü bugün havacılıktan geliyor ve nüfus arttıkça daha fazla yolcu ve uçuş bekleniyor, havacılık 2050 yılına kadar COVID-19 pandemisinden önce olduğundan üç ila beş kat daha fazla karbondioksit emisyonu üretiyor olabilir.

Uzay mühendisi ve yardımcı doçent Gökçin Çınar , Michigan Üniversitesi’nde hibrit-elektrikli uçaklar ve hidrojen yakıtı alternatifleri de dahil olmak üzere sürdürülebilir havacılık konseptleri geliştiriyor. Ona günümüzde havacılık emisyonlarını azaltmanın temel yollarını ve elektrifikasyon ve hidrojen gibi teknolojilerin nereye gittiğini sorduk.

Havacılığın elektriklenmesi neden bu kadar zor?

Uçaklar, piyasadaki en karmaşık araçlardan bazılarıdır, ancak onları elektriklendirmek için en büyük sorun pil ağırlığıdır.

Bir 737’yi bugünün pilleriyle tamamen elektriklendirmeye çalışsaydınız, bir saatten az uçmak için tüm yolcuları ve kargoyu çıkarmanız ve o alanı pillerle doldurmanız gerekirdi.

Jet yakıtı, birim kütle başına pillere kıyasla yaklaşık 50 kat daha fazla enerji tutabilir. Yani 1 pound jet yakıtına veya 50 pound pile sahip olabilirsiniz. Bu açığı kapatmak için ya lityum iyon pilleri daha hafif hale getirmemiz ya da daha fazla enerji tutan yeni piller geliştirmemiz gerekiyor. Yeni piller geliştiriliyor, ancak henüz uçak için hazır değiller.

Elektrikli bir alternatif hibritlerdir.

Bir 737’yi tam olarak elektriklendiremesek de, hibrit tahrik sistemlerini kullanarak daha büyük jetlerdeki pillerden bazı yakıt yakma avantajları elde edebiliriz. Daha küçük bölgesel uçaklar için 2030-2035 hedefiyle bunu kısa vadede gerçekleştirmeye çalışıyoruz. Uçuş sırasında ne kadar az yakıt yakılırsa, o kadar az sera gazı emisyonu olur.

Hibrit havacılık emisyonları azaltmak için nasıl çalışır?

Hibrit elektrikli uçaklar, pil ve havacılık yakıtlarının bir kombinasyonunu kullanmaları bakımından hibrit elektrikli arabalara benzer. Sorun şu ki, başka hiçbir endüstri, havacılık endüstrisinde yaptığımız ağırlık sınırlamalarına sahip değil.

Bu nedenle, tahrik sistemini nasıl ve ne kadar melezleştirdiğimiz konusunda çok akıllı olmalıyız.

Kalkış ve tırmanış sırasında pilleri güç desteği olarak kullanmak çok umut verici seçeneklerdir. Sadece elektrik gücü kullanarak piste taksi yapmak da önemli miktarda yakıt tasarrufu sağlayabilir ve havalimanlarındaki yerel emisyonları azaltabilir. Pilin eklenen ağırlığı ile net yakıt avantajları elde etmek için ne kadar elektrik kullanabileceğiniz arasında tatlı bir nokta vardır. Bu optimizasyon problemi araştırmamın merkezinde yer alıyor.

Melezler uçuş sırasında hala yakıt yakar, ancak tamamen jet yakıtına güvenmekten çok daha az olabilir.

Hibridizasyonu daha büyük jetler için orta vadeli bir seçenek olarak görüyorum, ancak bölgesel uçaklar için yakın vadeli bir çözüm.

2030’dan 2035’e kadar, genellikle 50-80 yolcu kapasiteli veya yük için kullanılan bölgesel uçaklar olan hibrit turboproplara odaklandık. Bu melezler yakıt kullanımını yaklaşık %10 oranında azaltabilir .

Elektrikli hibritlerle, havayolları ayrıca bölgesel havaalanlarından daha fazla faydalanabilir , bu da tıkanıklığı ve daha büyük uçakların pistte boşta harcadıkları zamanı azaltabilir.

Sürdürülebilir havacılıktan yakın vadede ne görmeyi bekliyorsunuz?

Daha kısa vadede, sürdürülebilir havacılık yakıtlarının veya SAF’ın daha fazla kullanıldığını göreceğiz. Günümüz motorları ile sürdürülebilir havacılık yakıtını aynı yakıt deposuna boşaltabilir ve yakabilirsiniz. Mısır, yağlı tohumlar , algler ve diğer yağlardan elde edilen yakıtlar halihazırda kullanılmaktadır.

Sürdürülebilir havacılık yakıtları, bir uçağın net karbondioksit emisyonlarını yaklaşık %80 oranında azaltabilir , ancak tedarik sınırlıdır ve yakıt için daha fazla biyokütle kullanılması gıda üretimi ile rekabet edebilir ve ormansızlaşmaya yol açabilir.

İkinci bir seçenek, havadan veya diğer endüstriyel işlemlerden karbonu yakalamayı ve onu hidrojenle sentezlemeyi içeren sentetik sürdürülebilir havacılık yakıtları kullanmaktır. Ancak bu karmaşık ve maliyetli bir süreçtir ve henüz yüksek bir üretim ölçeğine sahip değildir.

Havayolları ayrıca, neredeyse boş uçakların uçmasını önlemek için rota planlama gibi operasyonlarını kısa vadede optimize edebilir . Bu aynı zamanda emisyonları da azaltabilir.

Hidrojen havacılık için bir seçenek mi?

Hidrojen yakıtı çok uzun bir süredir var ve yeşil hidrojen olduğunda – su ve elektroliz ile yenilenebilir enerjiyle üretilir – karbondioksit üretmez. Ayrıca, pillerden daha fazla kütle birimi başına enerji tutabilir.

Bir uçakta hidrojen kullanmanın iki yolu vardır: ya bir motordaki normal jet yakıtı yerine ya da hidrojen yakıt hücrelerine güç vermek için oksijenle birleştirilir, bu da daha sonra uçağa güç sağlamak için elektrik üretir.

Sorun hacimdir – hidrojen gazı çok yer kaplar. Bu nedenle mühendisler, gaz olarak yanana kadar sıvı olarak saklanabilmesi için çok serin tutmak gibi yöntemlere bakıyorlar. Hala jet yakıtından daha fazla yer kaplar ve depolama tankları ağırdır, bu nedenle uçakta nasıl depolanacağı, elleçleneceği veya dağıtılacağı hala çalışılmaktadır.

Airbus, A380 platformlu modifiye gaz türbinli motorlar kullanarak hidrojen yakma konusunda çok fazla araştırma yapıyor ve 2025 yılına kadar olgun teknolojiye sahip olmayı hedefliyor . Avustralya’nın Rex havayolu şirketi , önümüzdeki birkaç yıl içinde kısa şerbetçiotu için 34 koltuklu, hidrojen-elektrikli bir uçağı test etmeye başlamayı umuyor .

Seçeneklerin çeşitliliği nedeniyle, hidrojeni sürdürülebilir havacılık için kilit teknolojilerden biri olarak görüyorum.

Bu teknolojiler, havacılık endüstrisinin emisyonları azaltma hedeflerini karşılayabilecek mi?

Havacılık emisyonlarıyla ilgili sorun mevcut seviyeleri değil – talep arttıkça emisyonlarının hızla artacağı korkusu. 2050 yılına kadar, havacılıktan pandemi öncesine göre üç ila beş kat daha fazla karbondioksit emisyonu görebiliriz.

Bir Birleşmiş Milletler kuruluşu olan Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü , genellikle endüstrinin hedeflerini tanımlar, neyin mümkün olduğuna ve havacılığın sınırları nasıl zorlayabileceğine bakar.

Uzun vadeli hedefi, 2050 yılına kadar net karbondioksit emisyonlarını 2005 seviyelerine kıyasla %50 azaltmaktır . Oraya ulaşmak, farklı teknolojilerin ve optimizasyonun bir karışımını gerektirecektir. 2050 yılına kadar ulaşabilecek miyiz bilmiyorum ama geleceğin havacılığını çevresel olarak sürdürülebilir kılmak için elimizden gelen her şeyi yapmamız gerektiğine inanıyorum.