Lyst til å vinne en kraftig solcellelader?

Svar på våre 7 enkle spørsmål her.

Fly for fremtiden

15. desember, 2017

Sammendrag
Fly har siden kommersiell flytrafikk ble vanlig blitt en stadig større kilde til klimagassutslipp. Årlig gir norsk innenlands- og internasjonal lufttransport et utslipp på ca. 4 millioner tonn CO2. Det er derfor åpenbart at for å motvirke global oppvarming må vi finne nye løsninger for fly i fremtiden. Siden de fleste ikke vil ofre mobiliteten man får med fly kan løsningen ligge i å få flyene bort fra fossile drivstoff. Dette er utfordrende, men det finnes noen alternativer. Et alternativ er biodrivstoff som i dag er tatt i bruk av bla. det amerikanske flyselskapet United Airlines. En annen løsning er hybridfly som går på elektrisitet fra et batteri og flybensin. Selskapet Zunum håper å kunne få slike fly på korte distanser i USA allerede i 2020. Helelektriske fly er utfordrende på grunn av vekten til dagens batterier, men blant andre har Siemens, H55 og Airbus utviklet små batterielektriske fly. Man kan også tilføre elektrisitet underveis som selskapet Solar Impuls gjorde da de fløy rundt kloden med sitt fly drevet av solcellepaneler. Hydrogenfly drives også av en elmotor, på samme måten som batterifly, men får energien fra en brenselcelle som bruker hydrogen som drivstoff. Det tyske senteret for luft- og romfart (DLR) har utviklet et hybrid hydrogenfly (Hy4) som har brenselsceller og hydrogentanker i tillegg til et batteri. Teknologiene for mer miljøvennlige fly er altså tilgjengelige allerede i dag. For at vi skal lykkes med å kutte utslippene må vi ta i bruk alternative drivstoffer og de nye teknologiene på de områdene der de kan brukes. Avhengig av flystørrelse og krav til rekkevidde vil trolig alle de ulike løsningene finne sin plass i luftfarten.

Klimagassutslipp fra fly har siden kommersiell flytrafikk ble vanlig på 1960-tallet vært et stadig økende problem. Etter hvert som norsk økonomi er blitt bedre og bedre er det også blitt stadig vanligere å ta fly på helgeturer og dra en tur til Syden i sommerferien. Utfordringene ligger i at lufttransport slipper ut store mengder klimagasser. Ikke bare reiser vi mer og lengre, men utslippet per personkilometer er, til tross for at fly har blitt betydelig mer drivstoffgjerrige de siste årene, spesielt høyt for flytransport.

 

Transport står for 31 % av norske klimagassutslipp, og det er betydelig høyere enn i de aller fleste andre land . Norsk lufttransport har årlig et utslipp på ca. 4 millioner tonn CO2 om man regner med både innenlands (1.4 mill. tonn+) og Norges andel av internasjonal flytrafikk (2.6 mill. tonn). Globalt sett står luftfart for rundt 2% av CO2-utslippene. I tillegg skaper flyreiser en rekke andre effekter som: kondensstriper (utslipp av vanndamp) og utslipp av nitrogenoksider som også bidrar til global oppvarming. Skal vi motvirke denne oppvarmingen og oppnå målene vi er bundet til under internasjonale klimaavtaler må vi foreta store utslippskutt, spesielt i transportsektoren. Også for fly.

 

Siden de fleste av oss ikke vil ofre den mobiliteten som fly gir, må ulike løsninger utvikles for fremtidens fly og disse må drives av fornybare energikilder. Kun på denne måten kan man beholde mobiliteten og samtidig spare miljøet. Vi har jo allerede kommet godt i gang med å utvikle miljøvennlige kjøretøy, som elbiler og hydrogenbiler, hvorfor kan vi ikke bare lage miljøvennlige fly også? Vel, det største problemet med å utvikle slike fly er kravene til vekt. Dagens relativt tunge batterier eller hydrogentanker i stål gjør det vanskelig å få med seg flyet og samtidig beholde lastekapasiteten. Til tross for disse utfordringene finnes det noen lovende løsninger.

 

Fly på biodrivstoff

United Airlines har vist at flybensin med opptil 30% biodrivstoff er mulig.
United Airlines har vist at flybensin med opptil 30% biodrivstoff er mulig. Kilde: Pixabay

En fornybar løsning som faktisk allerede er i bruk i dag er biodrivstoff. Det amerikanske flyselskapet United Airlines har vist at det er mulig å blande inn opptil 30% biodrivstoff i vanlig flybensin. Det høres kanskje ikke ut som mye, men selskapet hevder at dette reduserer de samlede utslippene fra hele livssyklusen til biodrivstoffet med 60%, sammenlignet med tradisjonelt drivstoff. Dette vil si at kun med en 30% innblanding er CO2-utslippene redusert med 18%. Produksjon av andregenerasjons biodrivstoff kunne redusert CO2-utslippene med hele 90%! Blander man inn mer enn 30% kan man redusere utslippene enda mer. På den andre siden er det verdt å merke seg at biodrivstoff fortsatt slipper ut CO2 og at biomasse er en begrenset ressurs. Globalt er det estimert at vi har nok tilvekst av biomasse til å dekke ca 15-20% av verdens drivstoffbehov, hvis man ser på landtransport, sjø- og luftfart tilsammen. Det er altså ikke nok ressurser til å bruke biodrivstoff som eneste løsning. Fordelen med biodrivstoff er at det, i motsetning til andre løsninger for reduserte utslipp, kun krever mindre tilpasninger i infrastruktur og justeringer på flymotorene med det innblandingsnivået som brukes i dag og kan derfor bli tatt i bruk for kommersielle fly raskere.

 

Elektriske Hybridfly

En annen løsning som kun krever mindre endringer i infrastrukturen er elektriske hybrid-fly. Disse kombinerer vanlig fossilt flydrivstoff med et batteri og en elmotor. Zunum Aero er et nyetablert selskap som håper å kunne gjøre små hybride passasjerfly til en realitet på korte distanser i USA innen 2020. Konseptet går ut på å ha et fly som for det meste får energi fra et batteri, og da er utslippsfritt, men som også har et reservelager med vanlig flydrivstoff som flyet kan bruke om det er nødvendig. Planen til Zunum er å gjøre flyene hel-elektriske, etterhvert som batteriteknologien blir bedre.

 

Hel-elektriske fly

Elektriske fly er drømmen til mange. Fly som ikke forurenser og som glir lydløst gjennom luften, men med dagens relativt tunge batterier er dette veldig vanskelig. Tenk bare på hvor tung for eksempel batteripakken til en Tesla er. Det trengs mye mer energi for å ta av og holde et fly i luften enn å holde en bil i bevegelse på landjorden. Det er her batteriteknologien begrenser oss; batteriene må bli mye lettere. Det er ikke umulig, men det er lite sannsynlig at batterier kommer til å kunne brukes i “vanlige passasjerfly” med mer enn 100 seter. De typer fly som batterier kan brukes i finnes det allerede noen eksempler på: Flere selskaper som blant andre Siemens, H55 og Airbus har utviklet og/eller testflydd små batteridrevne enmannsfly som blir brukt i opplæring og fly-show.

 

En annen interessant løsning som bidrar til at elektriske fly kan få lang rekkevidde er å ha en energikilde ombord på flyet. Solar Impulse fløy i 2015 rundt hele kloden i et fly dekket og drevet av solceller. Dette viser at det er mulig, men det er likevel lite sannsynlig at man noen gang vil lykkes med å utvikle konvensjonelle passasjerfly av denne typen. Til det er tilgangen på solenergi og arealet på vingene altfor lavt. Flyet hadde et vingespenn på 72 meter og hadde til sammen over 17 000 solcellepanel, men veide ikke mer enn en Tesla (model S 85): ca. 2,3 tonn. Til sammenligning kan et passasjerfly veie opp mot 200 tonn, altså ca. hundre ganger mer. Man trenger altså et drivstoff som har en svært mye høyere energitetthet enn batterier for å få til elektriske nullutslippsfly. En lovende kandidat er hydrogen.

 

Hydrogenfly

Her ser du take-off til hydrogenflyet HY4 som ble utviklet av Det tyske senteret for luft- og romfart (DLR).
Her ser du take-off til hydrogenflyet HY4 som ble utviklet av Det tyske senteret for luft- og romfart (DLR). Kilde: DLR (CC BY 3.0)

Det andre nullutslippsalternativet er hydrogen. På samme måten som elbilen inntok personbilmarkedet for noen år siden, begynner nå også hydrogenbilen å komme i serieproduksjon. Hydrogenbiler og -fly drives også av en elmotor, på samme måte som elbiler og batterifly, men forskjellen er at elektrisiteten kommer fra en brenselcelle. Brenselcellen er gjerne en PEM-celle og bruker hydrogen som drivstoff.

 

Det tyske senteret for luft- og romfart (DLR) har utviklet hydrogenflyet Hy4, et fireseters hydrogenfly som drives av brenselceller. Flyet har et vingespenn på 21 meter og består av tre “kapsler”: to cockpiter, med to seter hver, og en kapsel med en elmotor og propell. I tillegg har flyet to batteripakker, hver på 20 kWh, som brukes under take-off og for å assistere motoren når flyet gjør krappe bevegelser i luften. Bak i hver cockpit ligger det også en hydrogentank, og de to tankene kan til sammen lagre 9 kilo hydrogen under et trykk på ca. 400 bar. Hydrogenet lagres nå i komposittanker som gir langt lavere vekt enn gårsdagens ståltanker, og ved å øke trykket til 700 bar (slik man gjør det for personbiler), vil man kunne lagre enda større mengde hydrogen i tankene.

 

Hvem flyr best?

Hydrogenflyet HY4 svever i det uendelige blå. Vil hydrogenfly være en naturlig del av framtidens flyfart?
Hydrogenflyet HY4 svever i det uendelige blå. Vil hydrogenfly være en naturlig del av framtidens flyfart? Kilde: DLR (CC BY 3.0)

Å få flytrafikken fra fossilt drivstoff over til renere løsninger er en helt reell mulighet for fremtiden, enten det er snakk om biodrivstoff, batteri eller hydrogen. Så da er spørsmålet: “Hvem flyr best?” Hva vil det lønne seg å satse på? Alle løsningene har sine fordeler og ulemper. Biodrivstoff krever liten endring i infrastruktur, men er en begrenset ressurs og kutter ikke all CO2 utslipp. Batterifly er lydløse, vibrasjonsfrie og krever kun et batteri og en elmotor, men siden batterier fortsatt har altfor lav energitetthet, er det inntil videre vanskelig å lage et fly som er lett nok til å kunne finne reell anvendelse i luftfarten utover droner og småfly. Hydrogenfly er også lydløse og vibrasjonsfrie, og kan med fordel brukes sammen med batterier for å spare drivstoff. Men krever kostbare brenselceller og en mer energitett måte å lagre hydrogengassen på hvis man skal kunne utvikle større fly som kan gå over lengre distanser.

 

Vi er nødt til å utvikle løsninger på hvordan å få ned utslippene fra flytrafikken, og spørsmålet er derfor kanskje ikke “hvem flyr best?”, men “hvordan kan vi best utnytte de ulike teknologiene sine fordeler?”. Som for andre deler av transportsektoren er det heller ikke i luftfart snakk om bare én løsning, men flere, både batteri, hydrogen og biodrivstoff. På korte distanser med droner og små fly kan batteri briljere, mens for lengre rekkevidde må hydrogen eller biodrivstoff til. Og hvis man da også, for eksempel, satser på hydrogen og batteri til land- og sjøfart kan det være mulig å bruke biodrivstoff til fly uten å bruke opp all biomassen vi har. Hvem vet? Uansett hvordan utviklingen går; er det helt klart at fly uten fossilt drivstoff ikke bare kan være en del av fremtiden, men må være det!

Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer
Personkilometer, eller passasjerkilometer, får man ved å gange sammen antall kilometer et framkomstmiddel har kjørt med antall personer i framkomstmiddelet. For eksempel en bil som har kjørt 5 kilometer med 3 personer i, da blir antall personkilometer 15 (3*5).
Biodrivstoff som lages av trevirke, for eksempel etanol, butanol, Fischer Tropsch diesel, pyrolyseoljer, osv.
Innhold av energi pr masseenhet eller volumenhet, for eksempel kg eller liter. J/kg og J/l er eksempler, men typiske enheter for batterier er kWh/kg eller kWh/l. Du har kanskje sett oppgitt tall som 2400 mAh på noen batterier? Dette angir bare antall elektroner batteriet kan levere. For å få energien batteriet kan gi, så må du gange med spenningen til batteriet. For eksempel, 1,2 V * 2400 mAh = 2,88 Wh, som er typisk energi i et AA NiMH batteri. Et slikt batteri kan holde liv i et lys som bruker 2,88 W i en time.
Bar er en måleenhet for trykk. Atmosfæretrykket ved havnivå er omtrent lik 1 bar. Eller 100 kilo pascal (kPa). Litt forenklet kan man tenke seg atmosfæretrykket ved havoverflaten som vekten av lufta som ligger over havet. Du kanskje hørt betegnelsen 1ATM. Dette er det samme som 1 atmosfære eller 1 bar.
Tanker laget av komposittmaterialer, som er et materiale laget av flere ulike grunnmaterialer. Dette styrker ulike enkelte egenskaper som styrke, seighet, letthet, evne til å motstå slitasje osv.