خبرنامه سیاره را اصلاح کنید: چرا هواپیماها به افزایش باتری نیاز دارند

توسط آدام وان

این Fix the Planet است، خبرنامه هفتگی در مورد تغییرات آب و هوا که به شما یادآوری می کند که دلایلی برای امید به علم و فناوری در سراسر جهان وجود دارد. برای دریافت آن در صندوق ورودی خود، اینجا ثبت نام کنید.

با قضاوت از صحبت های اخیر من، بسیاری از مردم به زودی قصد دارند برای اولین بار از زمان ورود ویروس کرونا پرواز کنند. انتظار می‌رود که سفرهای هوایی حداقل یک یا دو سال طول بکشد تا به سطح قبل از همه‌گیری بازگردد، اما با احیای صنعت هواپیمایی، می‌توانید انتظار داشته باشید که تأثیر تغییرات آب و هوایی به منصه ظهور برسد.

مشکل هوانوردی امروزه اندازه آن نیست – حدود 2 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می دهد – بلکه سرعت افزایش انتشار گازهای گلخانه ای آن است. امسال، یک هواپیمای مافوق صوت جدید (بوم XB-1) قرار است اولین پرواز خود را انجام دهد و احتمال موج جدیدی از پروازهای کمبود سوخت را نیز افزایش دهد.

بعضی ها فقط بحث می کنند پاسخ واقعی به انتشار گازهای هوایی کاهش تقاضا و کاهش حمل و نقل هوایی استبا این حال، همانطور که اخیراً رشد پروازها نشان می دهد، مردم همچنان می خواهند با هواپیما سفر کنند. به همین دلیل است که Fix the Planet امروز به یک امکان برای یک تعمیر فنی طولانی مدت روی آورده است: هواپیماهای با باتری.

رقابت های اصلی برای ارائه سواری های بدون گناه چیست؟

در کوتاه مدت، چیزی به نام سفر سبز وجود ندارد. تنها گزینه های واقعی موجود امروزه موتورهای کارآمدتر، سوخت های زیستی و کاهش کربن هستند. اولین مورد استقبال است، اما نتوانست جلوی افزایش انتشار گازهای گلخانه ای را قبل از گسترش همه گیری بگیرد. دو مورد دیگر مشکل ساز و محدود هستند.

در درازمدت، ممکن است به دنبال هیدروژن، باتری، ترکیبی از این دو یا چیز کاملا جدیدی باشیم. قبلاً در مورد هیدروژن نوشته‌ام، که سازندگان هواپیما را به دلیل انرژی که می‌تواند برای جرم خود بسته‌بندی کند، جذب می‌کند. با این حال، با انبوهی از مشکلات مواجه است که مهم ترین آن چالش ساخت اشیا به روشی کم کربن است.

چرا هواپیماهای با باتری را نمی بینیم؟

ونکات ویسواناتان که با تیمی در دانشگاه کارنگی ملون در پنسیلوانیا برای ساخت باتری‌های بهتر کار می‌کند، می‌گوید جایگزینی سوخت جت با باتری‌ها دشوار است. در یک مقاله تحقیقاتی، ویسواناتان و همکارانش چالش‌هایی را از چگالی انرژی و وزن باتری‌ها و نگرانی‌ها در مورد آتش‌سوزی باتری در اواسط پرواز گرفته تا مبادله چگالی انرژی در مقابل اینکه چند بار می‌توانید باتری را شارژ کنید، بیان می‌کنند. برای نشان دادن این مشکل، یک هواپیمای بزرگ با قدرتی معادل 30000 خودروی تسلا از زمین بلند می شود. ویسواناتان می‌گوید: «هدف مقاله این است که واقع‌گرایی را در مقابل همه خوش‌بینی‌های پیرامون آن قرار دهیم. او توضیح می دهد که پرواز منحصر به فرد است، او توضیح می دهد: “شما به امنیت نیاز دارید، به اقتصاد نیاز دارید، به تمام قابلیت اطمینان نیاز دارید و نمی توانید در مورد چیزی مصالحه کنید.”

آیا هواپیماهای باطری استارت نیستند؟

پیشرفت در شیمی باتری و مواد به این معنی است که ما نباید احتمال پرواز باتری را رد کنیم. پل شرینگ از دانشگاه کالج لندن می‌گوید حتی باتری‌های لیتیوم یون فعلی، از نوع مورد استفاده در خودروهای الکتریکی، می‌توانند در هواپیماهای کوچک مانند تاکسی‌های پرنده کار کنند (بوئینگ 450 میلیون دلار برای راه‌اندازی یک وسیله نقلیه عمودی برخاست و فرود سرمایه‌گذاری کرد). فقط این هفته). او می‌گوید: «دو سال است که به زودی شاهد شکستن یون‌های لیتیوم در بخش‌هایی از بخش هوافضا خواهیم بود.

اما بعید است پیشرفت در همین جا متوقف شود. استفاده از مواد شیمیایی جدید می‌تواند قفل باتری‌های هواپیماهای سایز متوسط ​​را که می‌توانند ده‌ها مسافر را تا چند صد کیلومتر جابه‌جا کنند، باز کند – برای مثال پروازی از لندن به پایتخت دیگری در شمال غربی اروپا. کلید این پیشرفت، استفاده از نسل جدیدی از باتری های قابل شارژ سبک وزن خواهد بود. Shear فکر می‌کند که می‌تواند به معنای باتری‌های لیتیوم-گوگرد باشد، اما باتری‌های حالت جامد، که در آن الکترولیت به جای مایع، جامد است. او می‌گوید که باتری‌های حالت جامد اکنون به طور معمول چگالی انرژی در حدود 400 وات ساعت بر کیلوگرم نشان می‌دهند، که دو برابر بیشتر باتری‌های لیتیوم یونی است (اگرچه باتری‌های جدیدتر می‌توانند تا 250 وات ساعت برسند).

دولت ایالات متحده در حال تأمین بودجه تلاش ها برای رسیدن به 500 وات بر کیلوگرم است و سال گذشته این برنامه 75 میلیون دلار برای مرحله دوم دریافت کرد. اما ویسواناتان معتقد است که با توجه به سرمایه گذاری هدفمند و هدفمند در باتری های هوانوردی، می توان در 10 سال آینده به حدود 600 وات بر کیلوگرم رسید. فلز لیتیوم یکی از موادی است که اعتقاد بر این است که امیدوارکننده است. اما او می‌گوید یک راه خوب برای یافتن باتری‌های جدید و سبک این است که به اصطلاح اولیه – باتری‌های یکبار مصرف – نگاه کنیم و سعی کنیم یک نسخه قابل شارژ تولید کنیم. باتری های لیتیوم کربن مونوفلوراید یکی از نامزدهای بالقوه است. او می‌گوید: «هیچ وقت از سوی دانشمندان باتری که به هوانوردی به‌عنوان بازار اولیه نگاه می‌کنند، هدف جدی وجود نداشته است». او می‌افزاید که تکیه بر نوع پیشرفت‌های افزایشی که در باتری‌های خودروهای الکتریکی مشاهده می‌شود، به پیشرفت مورد نیاز هواپیماها دست نخواهد یافت.

و در مورد یک پرواز ترانس آتلانتیک، مانند لندن به نیویورک چطور؟

ساخت باتری‌ها برای هواپیماهایی که صدها مسافر را حمل می‌کنند برای کاهش تأثیر تغییرات آب و هوایی بر هوانوردی بسیار مهم است. هواپیماهای بزرگ مسئول بیش از 95 درصد آلاینده های هوانوردی هستند. آنهایی که بیش از 200 صندلی دارند بیش از نیمی از کل آلاینده ها را تولید می کنند. در این اندازه، Shearing فکر می‌کند که باتری‌ها احتمالاً باید در نوعی سیستم هیبریدی مانند ترکیب با یک سلول سوختی هیدروژنی استفاده شوند. او می‌گوید: «شکستن سفرهای طولانی سخت خواهد بود.

آیا تعویض باتری می تواند کمک کننده باشد؟

چند سال پیش، تاجر اسرائیلی شای آغاسی تلاش کرد تا جهان را متقاعد کند که خودروهای الکتریکی با باتری‌های قابل تعویض آینده هستند. او با استارتاپ Better Place شکست خورد. اما ویسواناتان می گوید که این می تواند یک “استراتژی معقول” برای هواپیما باشد، زیرا آنها به عنوان ناوگان مدیریت مرکزی با خدمه زمینی سازماندهی شده اند. به نظر می رسد هنوز کسی آن مسیر را طی نمی کند، اما در حال بحث است.

دلایل خوش بینی چیست؟

ویسواناتان می‌گوید که شروع کار، تغییر نقطه‌های هدف در اهداف چگالی انرژی برای باتری‌ها، با هدف قرار دادن 800Wh/kg به جای 500Wh/kg در ایالات متحده خواهد بود. او فکر می‌کند دلایل متعددی وجود دارد که معتقد است محققان می‌توانند به آنجا برسند و قفل هواپیماهای بزرگ‌تر را باز کنند. اولین مورد این است که پیشرفت‌ها در (به) تصویربرداری اکنون توانایی بی‌سابقه‌ای را برای نگاه کردن به درون باتری‌ها در زمان واقعی و یادگیری نحوه تنظیم آنها فراهم می‌کند. دومی ربات ها است، با. سومین مورد استفاده از یادگیری ماشینی برای کشف مواد جدید است که مشابه روشی است که شرکت‌های دارویی برای تولید داروها و واکسن‌های جدید استفاده می‌کنند. ویسواناتان می گوید: «من فکر می کنم باتری ها نقطه عطف مشابهی دارند.

در بریتانیا، شیرینگ با گروه هایی مانند بنیاد فارادی با بودجه دولت بریتانیا برای توسعه باتری های بهتر کار می کند. او امیدوار است در پنج تا 10 سال آینده شاهد برق‌رسانی در برخی از بخش‌های بخش هوانوردی (مانند تاکسی‌های پرنده) باشیم و معتقد است که این پیشنهادات موفق باید تلاش‌ها را برای هواپیماهای بزرگ‌تر تحریک کند. در هر سطح متفاوت، شیمیدان‌های مختلف باتری، قبل از نیاز به باتری جدید، سقفی را از آنچه که می‌توانند ارائه کنند، خواهند زد. او می گوید: «من نسبت به کربن زدایی این بخش در 50 سال آینده خوشبین هستم. فکر نمی‌کنم این مشکل قرن آینده باشد، این چیزی است که باید به زودی اتفاق بیفتد.

اصلاحات بیشتر

• انرژی باد شناور مدتی در بریتانیا می گذرد. این فناوری در قلب برنامه های چندین شرکت بزرگ انرژی برای مزارع بادی آینده در اسکاتلند قرار دارد که هفته گذشته اعلام شد. در این هفته، دولت بریتانیا 31.6 میلیون پوند پشت این فناوری قرار داد که در حال حاضر بسیار گران‌تر از توربین‌های بادی سنتی بالای برج‌های فولادی است.

• صحبت از انرژی باد، چگونه یک واقعیت شگفت انگیز ذهن است؟ سال گذشته، چین به همان اندازه نیروگاه بادی فراساحلی نصب کرد که کل جهان در پنج سال گذشته نصب کرده است. سایمون ایوانز در Carbon Brief یادداشت می کند. حتی برای کشوری با 1.4 میلیارد جمعیت سریع است، اما قبل از اینکه خیلی هیجان زده شوید، فراموش نکنید که چین نیز شاهد افزایش بیش از 5 درصدی انتشار گازهای گلخانه ای در سال گذشته بود.

از اینکه مشترک Fix the Planet هستید متشکریم. اگر قبلاً این کار را نکرده اید، به شدت به شما توصیه می کنم که تبدیل شدن به آن را در نظر بگیرید دنیای جدید همچنین مشترک شده است: او این خبرنامه را به صورت رایگان نگهداری می کند و تعداد زیادی روزنامه نگاری علمی بزرگ را باز می کند.