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航空業未來要大翻轉了?各大公司搶開發「電動飛機」,不用燃油機票超便宜、汙染也降低!

2018-07-13 11:31

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2008年因為油價高漲,讓「電力能源」成為大眾的焦點,無論是電動車、油電混合車、電動滑板車,都在環保意識的抬頭下,逐漸成為能源驅動的新選擇,現階段已經可以看到許多實際的應用。

除了路上跑的交通工具,天上飛的飛機同樣相當耗油,以電力驅動的飛機除了有環保上的好處,對乘客來說票價也會降低、噪音也會減小,目前已經有許多業者投入研發,不過目前仍有許多困難需要克服,電動飛機會成為航空業的未來嗎?

當電動客機,從理想變成現實

2010年7月,使用太陽能驅動的陽光動力1號(Solar Impulse 1),完成了長達26小時,不間斷的晝夜循環飛行,其中有將近9小時是夜間飛行,打破了太陽能飛機不能晝夜飛行的歷史紀錄;接著在2015年3月,陽光動力2號(Solar Impulse 2)從阿拉伯聯合大公國的阿布達比起飛,開始環繞地球一圈的航程,過程克服了停機維修、惡劣天氣的挑戰,在2016年7月26日飛抵阿布達比,完成環球一周創舉,從那時候開始,電動客機的構想,從理想變成現實。

(圖/取自,數位時代提供)
陽光動力1號(Solar Impulse 1),完成了長達26小時,不間斷的晝夜循環飛行,打破了太陽能飛機不能晝夜飛行的歷史紀錄。(圖/取自wikipedia,數位時代提供)

根據歐盟委員會(European Commission)數據,目前飛機排放溫室氣體,約占全球溫室氣體4%,且目前還在持續成長中,歐盟委員會的目標是希望到了 2050 年,飛機每公里二氧化碳排放量減少 60%、氮氧化物污染減少 90%、噪音減少 75%,而電力飛機就是其中的關鍵。

像是挪威國營航空公司 Avinor 最近就喊出了一個相當有野心的目標,希望在2040 年前,讓國內所有短程航線都改用電動飛機執飛,Avinor 執行長 Dag Falk-Petersen談到:「所有飛行時間在 1.5 小時內的航班,都可改由全電動飛機飛行,不再讓航空旅行造成氣候問題。」 Avinor 航空目前正在測試一架19 人座的小型電動飛機,順利的話,希望能在2025年推出載客服務。

(圖/取自,數位時代提供)
電動飛機除了對環境的好處,另外也能使機票票價降低、機艙內的引擎噪音也會明顯地變小。(圖/取自shutterstock,數位時代提供)

從理想性來看,電動飛機可以達成許多對環境的好處,不過回到乘客的現實面來說,其實也有許多實質上的好處,首先電動飛機能使機票票價降低、機艙內的引擎噪音也會明顯地變小,且使用電力引擎跟傳統的內燃機相比,飛機能夠在空氣阻力較小的高海拔地區保持性能穩定,白話來說,飛機引擎不需要傳統引擎強大的動力,就能夠產生同樣的飛行速度。

空巴、西門子、勞斯萊斯攜手,打造混合動力飛機

為了朝降低航空產業污染的目標邁進,不少航太公司、新創都積極投入研發,像是空中巴士(Airbus)與西門子(Siemens)研發電力引擎多年,2017年勞斯萊斯加入合作,三家公司共同開發了一款叫「E-Fan X」的混合動力電動飛機,預計在 2025 年投入商用。

(圖/取自,數位時代提供)
混合動力飛機「E-Fan X」,預計可以在2020年執行首飛。(圖/取自Siemens,數位時代提供)

機體採由一架BAe 146改裝,空中巴士負責整體整合混合動力電動推進系統,以及電池的控制架構、勞斯萊斯負責研發渦輪引擎、發電機和電力電子設備、西門子則負責配電系統,他們將其中一個噴射引擎改成 2MW 功率輸出的電動風扇,並由機身內的燃氣渦輪發電機和電池供電,可以讓發電機永遠在最有效率的狀態下運轉,不需要隨著飛機油門加減速,來達到減少碳排量的目的,這款混合動力飛機「E-Fan X」,預計可以在2020年執行首飛。

波音投資新創掀航空革命

西雅圖新創 Zunum Aero在2017年10月,拿到了波音(Boeing)與藍捷(Jet Blue)旗下科技創投的投資,目標要開發出專攻區域航線的小型混合動力電動客機,透過短程機隊逐漸電力化,改善區域航空的遊戲規則。

Zunum主要依靠電力驅動、油料輔助的混合動力設計,機體將採用碳複合材料、輕型電動引擎,預計可乘坐12名乘客,最高巡航速度可達每小時340英里,混合動力單次飛行範圍為700英里(未來預計可達1,000英里),最快在2022年開始交機,Zunum Aero執行長Ashish Kuma談到:「我們的營運成本會比傳統客機降低60%~90%。」飛機每小時只需要花費260美元營運成本、每個座位飛行一哩的成本約為8分美元,這個數字是一般商業客機每小時十分之一的營運成本,最重要的是噪音、碳排都比傳統飛機減少80%。

(圖/取自,數位時代提供)
Zunum主要依靠電力驅動、油料輔助的混合動力設計,機體將採用碳複合材料、輕型電動引擎,預計可乘坐12名乘客,最高巡航速度可達每小時340英里。(圖/取自zunum,數位時代提供)

除了能源方面的革新,機體設計完全符合現有的機場規格,因此不需額外建置特殊充電、加油設備,駕駛艙的配置、設計上都跟一般飛機差不多,方便駕駛快速上手。Zunum可以根據需求改變動力來源,隨著電池科技進步,未來機上油箱尺寸可望再縮小,能源設備可以根據需求隨時改裝,不必將整台飛機除役替換,終極目標是要發展全電力驅動客機。

20年內短程航線電力化

英國廉價航空EasyJet(易捷航空),也跟美國新創公司Wright Electric合作,研發預計可以飛行540公里的電力客機,這個距離將可覆蓋20%的易捷航線,希望十年內能讓電力客機執飛倫敦到巴黎、阿姆斯特丹這類短程航線。

(圖/取自,數位時代提供)
英國廉價航空EasyJet(易捷航空)跟美國新創公司Wright Electric合作,研發預計可以飛行540公里的電力客機。(圖/取自shutterstock,數位時代提供)

Wright Electric 成立於2016年,曾獲得加速器Y Combinator投資,團隊成員有航太工程師、動力專家,還有來自NASA、波音不同背景的員工。目標是要在20年內,讓所有的短程商業客機都能以電力飛行,目前正在打造兩人座的模型機,下一步是擴大到十人座,最後是可以乘坐120人的單走道商用短程客機,易捷航空執行長Carolyn McCall當時談到:「這是第一次,航空產業可以想像不依賴石油燃料,以及擔心及其有害的二氧化碳和氮氧化物排放。」

如何快速充電?電動飛機的挑戰

電力飛機的願景雖好,但現階段仍有許多困難等待突破,以美國航太工程師伯特·魯坦(Burt-Rutan)所設計的混合動力飛機Long-EZ來說,可以以202.6英里/小時的速度飛行,並搭載一名乘客,如果跟一般常見的波音787客機相比,飛行速度可達585英里/小時,且能載客超過242人。

不論在飛行速度、載客數量來看,目前能力都遠遠低於傳統客機,從目前上述正在投入開發的例子來看,都還是以「混合動力」為主,預計到了2030年,混合動力技術才有可能實際運用在商業客機上,也就是說要達到「純電動商業客機」的理想,仍舊還有很長的路要走。

另外電池也是一大關鍵,目前的電池還不能提供電動飛機所需要的功率重量推動比,舉例來說,一般飛機燃料產生的能量,比相同質量的電池所產生的能量多了43倍,航空業者認為,電池能量密度每年可提高5到8%,能源儲存技術將逐漸提升,且隨著飛機性能的精進,未來的飛機也許不需要像現在這麼大的動力,就能順利飛行。

(圖/取自,數位時代提供)
電池也是電動飛機發展的一大關鍵,舉例來說,一般飛機燃料產生的能量,比相同質量的電池所產生的能量多了43倍。(圖/取自shutterstock,數位時代提供)

此外如何快速充電提升飛機的周轉時間也是挑戰,飛機只有飛在空中才是賺錢的,航空公司都會希望盡量減短飛機在地面上停留的時間,飛機一落地後,必須快速補充電力,讓飛機迅速載客起飛,如同像在許多電動機車的解決方案,最快速的方式就是「交換電池」,不過電池比燃氣輪機具維護成本更高,且充了1500次電後,電池就必須更換,這些都是必須克服的問題。

未來幾十年,陸地交通將會充滿電動車,甚至是無人車,大大改變汽車交通的樣貌,商用客機近年雖然隨著機材的創新、引擎的升級,已經可以大大減少燃油消耗,不過空中交通能真正純電力化,恐怕還需要等待一段時間。

文/高敬原
本文、圖授權轉載自數位時代(原標題:點燃空中的綠色革命,電動飛機是航空業的未來嗎?)

責任編輯/趙元

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