Bagaimana pesawat listrik dan bahan bakar hibrida dapat menghijaukan perjalanan udara
Automotive

Bagaimana pesawat listrik dan bahan bakar hibrida dapat menghijaukan perjalanan udara


Menjadikan penerbangan berkelanjutan sangat penting jika UE ingin mencapai tujuannya menjadi netral iklim pada tahun 2050. Kredit: Nur Andi Ravsanjani Gusma / Pexels, domain publik

Dengan lalu lintas udara yang ditetapkan meningkat 5% setiap tahun hingga 2030, para ilmuwan mencari cara untuk membuat pesawat lebih berkelanjutan. Tetapi dengan baterai saat ini yang membuat pesawat listrik terlalu berat, bahan bakar hibrida dan model listrik dapat menunjukkan jalan ke depan untuk perjalanan udara yang lebih ramah lingkungan — dan bisa terbang dalam waktu 15 tahun.

Penerbangan memberikan kontribusi signifikan bagi ekonomi Eropa, menghasilkan lebih dari € 500 miliar per tahun dan mendukung 9,3 juta pekerjaan. Tetapi juga memiliki dampak lingkungan yang perlu ditangani. Terbang bertanggung jawab atas lebih dari 2% emisi gas rumah kaca global dan sekitar 3% di Eropa. Pesawat yang lebih berkelanjutan diperlukan untuk memenuhi target Uni Eropa untuk emisi gas rumah kaca nol-bersih pada tahun 2050.

Dan dengan industri yang terpukul parah oleh pandemi, menyebabkan penurunan lalu lintas udara, membuat perjalanan udara yang berkelanjutan dipandang sebagai kunci pemulihan Eropa.

Mengembangkan pesawat hybrid-electric bisa menjadi bagian dari solusi. Mirip dengan mobil hibrida, teknologi ini menggabungkan dua sumber tenaga, biasanya bahan bakar dan baterai listrik atau sel bahan bakar hidrogen.

“Dengan sumber hibridisasi, Anda dapat mengurangi pembakaran bahan bakar pesawat dan berdampak pada lingkungan,” kata Dr. Xavier Roboam, ilmuwan senior dan wakil direktur di lab LAPLACE di Universitas Toulouse di Prancis. “Ini adalah langkah pertama sebelum langkah terakhir, yang mungkin merupakan pesawat tanpa emisi, pesawat listrik penuh.”

Kepadatan energi, atau jumlah energi yang Anda peroleh per kilogram, masih menjadi faktor pembatas untuk pesawat listrik. Baterai yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor listrik masih terlalu berat untuk menjadi alternatif yang layak, di mana baterai biasanya sekitar 30 kali lebih berat daripada volume bahan bakar jet minyak tanah yang dapat memberikan jumlah energi yang sama. Pesawat listrik kecil telah berhasil melakukan penerbangan uji singkat, dan yang terbesar di dunia dapat mulai mengangkut hingga sembilan penumpang dalam penerbangan komersial hingga 160 km pada akhir tahun depan. Tapi baterai yang memungkinkan pesawat besar yang penuh dengan orang untuk melakukan perjalanan ribuan kilometer, seperti yang dilakukan pesawat konvensional saat ini, akan membuat pesawat terlalu berat untuk lepas landas.

Bobot

Pesawat hibrida saat ini lebih menjanjikan karena menggunakan beberapa bahan bakar membantu mengatasi masalah berat. Dr. Roboam dan rekan-rekannya sedang mencari cara bagaimana berat pesawat dapat dikurangi lebih lanjut sebagai bagian dari proyek HASTECS.

Mereka memfokuskan pada komponen utama, seperti sistem yang mengubah daya antara dua sumber dan motor listrik. Mereka menciptakan desain baru yang sedang diuji melalui simulasi komputer. “Kami mencoba memaksimalkan rasio antara tenaga yang dapat Anda hasilkan dan bobot yang diperlukan untuk menghasilkan tenaga tersebut,” kata Dr. Roboam.

Bagaimana pesawat listrik dan bahan bakar hibrida dapat menghijaukan perjalanan udara

Proyek FutPrInt50 sedang mengeksplorasi konsep yang berbeda untuk desain pesawat hybrid. Kredit: Universitas Stuttgart

Proyek ini bertujuan untuk target tertentu. Tujuannya adalah merancang motor listrik yang akan menggandakan rasio daya terhadap berat motor listrik yang digunakan saat ini, seperti di mobil listrik Tesla, untuk mencapai 10 kilowatt per kilogram pada tahun 2035. Mereka juga ingin meningkatkan power-to rasio berat konverter daya hingga 25 kilowatt per kilogram pada periode yang sama. Memenuhi dua tujuan ini akan memungkinkan pesawat hibrida menjadi sekitar 1600 kilogram lebih ringan daripada yang diproyeksikan pada tahun 2025 dan membakar bahan bakar hingga 10% lebih sedikit.

Setelah sekitar empat tahun bekerja, tim telah mencapai tujuan mereka untuk motor listrik. Mereka dapat mengoptimalkan strukturnya dengan menggunakan bahan elektromagnetik, misalnya, dan menggunakan kabel khusus yang disebut kabel Litz membantu meningkatkan kinerjanya. Motor menjadi lebih panas saat ukurannya dikecilkan, sehingga anggota tim juga menemukan cara yang lebih efisien untuk mendinginkannya menggunakan sistem pendingin internal.

Untuk sistem konversi daya, tujuan mereka terlampaui dengan memodifikasi strukturnya dan meningkatkan sistem pendingin. “Kami melampaui target yang sangat berhasil untuk proyek tersebut,” kata Dr. Roboam.

Setelah proyek ini selesai tahun depan, Dr. Roboam dan rekan-rekannya ingin menindaklanjuti dengan melakukan eksperimen untuk memvalidasi simulasi yang dihasilkan selama HASTECS. Tetapi mereka perlu menemukan fasilitas eksperimental yang dapat memberikan daya tinggi untuk menguji desain mereka. “Ini sangat rumit dan juga mahal untuk membuat validasi seperti itu karena ini adalah aplikasi yang sangat berdaya tinggi (membutuhkan) satu megawatt daya,” kata Dr. Roboam.

Hidrogen

Dr. Roboam berpikir bahwa dalam waktu lima hingga 15 tahun, pesawat hibrida yang menggunakan konsep mereka dapat terbang ke angkasa. Pada 21 September, Airbus mengumumkan rencana untuk pesawat tanpa emisi pertama di dunia yang menggunakan hidrogen sebagai sumber tenaga. Karena desain pesawat hibrida yang diproduksi di HASTECS menggunakan sel bahan bakar hidrogen, Dr. Roboam didorong. “Bagi kami, ini kabar baik untuk dilanjutkan,” katanya. “HASTECS adalah langkah pertama untuk mencapai itu.”

Profesor Andreas Strohmayer, kepala Departemen Desain Pesawat di Universitas Stuttgart di Jerman, dan rekan-rekannya juga bekerja untuk membuat penerbangan hibrida-listrik menjadi kenyataan. Mereka mencoba mempercepat pengembangan pesawat hybrid-listrik dengan hingga 50 kursi yang akan mulai menyediakan penerbangan komersial pada tahun 2035 sebagai bagian dari proyek FutPrInt50. “Jarak 40 hingga 50 kursi adalah alat komersial pertama yang berdampak (dalam hal) kapasitas angkut,” kata Prof. Strohmayer. “Semakin besar Anda pergi dari sana, semakin banyak masalah yang Anda miliki, jadi saya percaya pada pendekatan peningkatan.”

Salah satu tujuan proyek ini adalah merancang pesawat semacam itu. Sejak proyek dimulai pada Januari, tim telah menganalisis persyaratan yang dibutuhkan. Mereka telah mencoba untuk mencari tahu, misalnya, kepentingan relatif dari emisi rendah, jangkauan dan kecepatan untuk desain mereka dan melihat pilihan yang berbeda untuk komponen seperti powertrain, yang terdiri dari motor dan bagian terkait — dan penyimpanan energi menggunakan teknologi yang ada. Mereka juga menyelidiki solusi untuk manajemen termal. “Kami sedang mengerjakan pesawat referensi kami sehingga kami memiliki perbandingan satu-satu antara desain kami dengan pesawat konvensional dengan ukuran yang sama,” kata Prof. Strohmayer.

Tim juga akan fokus pada pengembangan cara untuk memanen energi yang juga membantu mengurangi bobot baterai dan bahan bakar pada pesawat hibrida. Saat turun, misalnya, saat pesawat tidak membutuhkan tenaga, baling-baling bisa menghasilkan energi dari aliran udara. Pada mobil listrik saat ini, pengereman dapat menghasilkan listrik, kata Prof. Strohmayer. “Hal yang sama berlaku untuk pesawat dan kami dapat memulihkan energi.”

Pada akhir proyek pada tahun 2022, tim akan mengembangkan peta jalan teknologi untuk semua komponen berbeda yang dibutuhkan, serta peta jalan untuk standar yang perlu dipenuhi untuk sertifikasi. Itu akan disertai dengan desain pesawat hibrida yang dapat diserahkan ke produsen pesawat untuk membuatnya menjadi kenyataan. “Visi saya, cucu saya bisa duduk bersama saya di dalam salah satu pesawat ini dalam 20 tahun dari sekarang,” kata Prof. Strohmayer. “Saya ingin melihat ini dibangun.”


Mengapa kita tidak memiliki pesawat listrik?


Disediakan oleh Horizon: Majalah Riset & Inovasi Uni Eropa

Kutipan: Bagaimana pesawat listrik dan bahan bakar hibrida dapat melakukan perjalanan udara ramah lingkungan (2020, 10 November) diakses 28 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-hybrid-electric-fuel-aircraft-green.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.




Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data HK