מחשמל והיברידי לקראת נסיקה

גם בתעופה, להנעה חשמלית יתרונות רבים ויש הסבורים שהיא משמעותית לתעופה המסחרית לא פחות מהמצאת מנוע הסילון. העוד חזון למועד?

The Economist

לא את כל אמצעי התחבורה ניתן להעביר לחשמל בקלות. ענף התעופה בעייתי במיוחד, בגלל בעיה רצינית עם הסוללה: המשקל שלה. בהשוואת קילו מול קילו, דלקי פחמימנים מכילים פי 100 יותר אנרגיה בהשוואה לסוללת ליתיום-יון. על הכביש, זו בעיה שניתן לפתור. בשביל מטוס שחייב להרים את עצמו לשמיים, הבעיה מורכבת יותר.

אבל זה לא בלתי אפשרי. עשרות חברות עובדות על מטוסים המופעלים בחשמל. חלק נראים כמו מכוניות מעופפות, כמו זו שתומך בה לארי פייג’, אחד ממייסדי ‘גוגל’. אחרים הם מכונות מרחפות, מעין כלי טייס הדומים לדבורה (או מל”ט) שיכולים לפעול כמו מוניות אוויריות אוטונומיות. ‘פיפיסטרל’ הסלובנית כבר מייצרת מטוס אימונים חשמלי דו מושבי. ‘איירבוס’ הטיסה דו מושבי אחר, ה-E-fan למרות שלאחרונה נטשה את המיזם.

הסיבה לכך התבהרה ב-28 בנובמבר, כש’איירבוס’ הצהירה על פרויקט שאפתני יותר. היא עבדה בשיתוף עם ‘רולס רויס’, יצרנית בריטית של מנוע סילון, ועם ‘סימנס’ על הפיכת מטוס נוסעים קטן ל”מתקן ניסוי מעופף” כדי להוכיח את הישימות של הנעה היברידית חשמלית. “אנחנו נכנסים לעולם חדש של תחום התעופה”, אמר פרנק אנטון, מנהל של ‘סימנס איירקרפט’. הנעה חשמלית, הוא צפה, תתברר כמשמעותית לתעופה מסחרית כמו ההמצאה של מנוע הסילון.

 

 

לא מספיק כרגע

הדעה הרווחת בתעשייה היא שטכנולוגיית הסוללה עדיין לא מתאימה לבניית מטוסי נוסעים חשמליים במלואם. אבל בדיוק כמו שההסדרים ההיברידיים סייעו להאריך את הטווח של חלק מהמכוניות החשמליות, כך מערכות היברידיות יקרבו את כלי הטייס החשמליים להמראה.

הצוות של ‘איירבוס’ מתכנן לשנות את BAE 146, מטוס נוסעים אזורי עם מאה מושבים המונע בארבעה מנועי סילון קונבנציונאליים. הצעד הראשון יהיה החלפת אחד ממנועים אלה ביחידה חשמלית בעלת 2 מגה-ואט, הכוללת מאוורר. בדומה למכונית היברידית, את המאוורר יפעיל שילוב של סוללה ומאריך טווח, באופן שבו מנוע סילון קטן יוצב בחלק האחורי של המטוס ויתחבר לגנראטור ויפעיל אותו. את מאריך טווח זה ניתן יהיה להעביר במהלך הטיסה למצב של הפעלת מאווררים או למילוי סוללה. בגלל שניתן יהיה להפעילו במהירות הכי אפקטיבית כל הזמן, שלא כמו סילון המניע ישירות את המטוס, הוא יהיה יעיל מאוד מבחינת ניצולת הדלק.

מבחני הטיסה אמורים להתחיל ב-2020. אם הם יעברו בהצלחה, המנוע השני של המטוס יוחלף. הצוות מקווה שהתוצאות יספקו מספיק נתונים שיאפשרו לתכנן מטוס נוסעים היברידי חשמלי בעל 50-100 מושבים מקו הזינוק. מטוס כזה עשוי להתחיל לתפקד בערך ב-2030.

ויש מטוסים שיהיו באוויר עוד קודם לכן. ‘זונום אירו’, סטארט אפ שנמצא סמוך לסיאטל, שואף להטיס את מטוס הנוסעים ההיברידי-חשמלי עד 2022, תוך שהוא מסתייע בהשקעה של ‘בואינג’ ושל ‘ג’ט בלו’.

להנעה חשמלית מספר יתרונות המקזזים את המגרעות הגדולות שלה, כמו מנועי הבעירה, הפחות יעילים בהמרת האנרגיה האצורה בדלק שלהם לתנועה. מנוע סילוני יכול להגיע לכ-55 אחוזים ניצולת במהלך טיסה במהירות קבועה בגובה אידיאלי. אבל אפשר להוריד חצי מהאחוזים, כשממריאים, מטפסים, נוחתים ומסיעים את המטוס לאורך המסלול לפני המראה ולאחר נחיתה. בטיסות קצרות המטוס מבזבז את רוב הזמן שלו על פעולות אלה.

מנוע חשמלי יפעל פה טוב יותר. הדגמים האחרונים הם בעלי יותר מ-95 אחוז ניצולת, כך שהסוללות לא יצטרכו להתאים עצמן לצפיפות האנרגיה של דלק סילוני. מנועים חשמליים קלים יותר ממנועי סילון ומכילים הרבה פחות חלקים, ולכן פירושו שנדרשת פחות תחזוקה, שבתעופה עלותה גבוהה ביותר.

פיפיסטרל מטוס חשמלי

אלו הסיבות שבגללן ‘זונום’ מתכננת להתמקד, לפחות בהתחלה, בנתיבי טיסה קצרים יחסית, שבהם הנצילות של מנועים חשמליים משמעותית יותר. “הרעיון הוא להשתמש במאות שדות תעופה אמריקאים קטנים שננטשו כאשר הטיסות עברו למרכזי תעופה גדולים יותר”, אומר אשיש קומר, מנכ”ל החברה. המטוס יטוס במהירות 550 קמ”ש ובטווח 1,130 ק”מ. מנוע סילון קטן יחיד בחלק האחורי של גוף המטוס יפעיל גנראטור להנעת שני מאווררים בעלי הספק של 500 קילוואט של המטוס וימלא את הסוללות, שיוצבו בכנפיים ובעתיד יוחלפו בסוללות חדשות אחרי הנחיתה. בשדות תעופה מסוימים, זמן הטיפול בשדה יכול להיות קצר מעשר דקות.

‘סמסונג אלקטרוניקס’ הודיעה שאם תכלול גרפן – צורה מאוד דקה של פחמן- לתוך סוללת ליתיום-יון, תוביל לעלייה בקיבולת האנרגיה שלה ב-45 אחוז ותפחית מאוד את הזמן הנדרש לטעינה מחדש. כיום מפתחים שלל הרכבים כימיים חדשים של סוללה. רעיון מבטיח אחר הוא סוללת ליתיום במצב צבירה מוצק, שתחליף את האלקטרוליט (מוליך חשמל) הנוזלי של התאים הנוכחיים בתחליף מוצק. מלבד העובדה שסוללה זו מציעה צפיפות אנרגטית גבוהה הרבה יותר, סוללות כאלה צריכות להיות גם זולות כדי לאפשר ייצור המוני. מגמות אלה, סבור ד”ר קומר, יאפשרו למטוס שלו להגדיל את טווח הטיסה לסביבות 2,400 ק”מ עד 2035, ואולי אפילו להיפטר מהגנראטור במטוס.

אי אפשר לצמצמם את היתרונות והמגרעות הללו לתוך נתון אחד. פול ארמנקו, מנהל טכנולוגיה ראשי של ‘איירבוס’ אומר שמטוס נוסעים היברידי חשמלי צר גוף, הידוע גם כמטוס עם מעבר יחיד, יהיה בטוח, יעיל ורווחי. ד”ר קומר מ’זונום’ מוכן ללכת רחוק יותר ולדבר על מספרים. עבור מטוסי נוסעים, הנתון החשוב הוא CASM– עלות מושב פנוי למייל. יש לחלק את הוצאות התפעול בקיבולת, הנמדדת במספר המושבים במטוס כפול מרחק הטיסה במיילים. (ככל שה-CASM נמוך יותר המטוס רווחי ויעיל יותר). קומר טוען שלמטוס שלו יהיה CASM של 8 סנט. ‘אוליבר ווימן’, חברת ייעוץ המתמחה בתעופה, מעריכה שה-CASM הממוצע של חברות תעופה אמריקאיות ב-2016 עמד על 11 סנט.

למטוסים חשמליים יתרונות נוספים בעלי ערך, אך קשים יותר לכימות. הם יהיו שקטים יותר ממטוסים המונעים בדלק סילוני, ויהיו אטרקטיביים לשדות תעופה הסמוכים לערים גדולות. הם יהיו גם נקיים יותר, בתנאי שיותר חשמל יופק ממקורות דלי פחמן. ספקנים מפקפקים אם ניתן יהיה אי פעם להתגבר כראוי על בעיית המשקל; ציניקנים, חושדים שפרויקטים אלה מונעים מיחסי ציבור. אך מעט אנשים חזו את קצב המעבר לחשמל בתחומים אחרים. אם מטוס חשמלי יכול להציע נסיעות זריזות יותר ולהימנע משהייה בשדות תעופה מרכזיים עמוסים ובה בעת, לספק דמי נסיעה זולים יותר, הנוסעים ישמחו לטוס בהם.