Konsep pesawat hibrida-listrik dapat mengurangi masalah polusi udara penerbangan
Energy

Konsep pesawat hibrida-listrik dapat mengurangi masalah polusi udara penerbangan


Kredit: Domain Publik Unsplash / CC0

Pada ketinggian jelajah, pesawat memancarkan aliran nitrogen oksida yang stabil ke atmosfer, di mana bahan kimia dapat bertahan untuk menghasilkan ozon dan partikulat halus. Nitrogen oksida, atau NOx, merupakan sumber utama polusi udara dan telah dikaitkan dengan asma, penyakit pernapasan, dan gangguan kardiovaskular. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa pembentukan bahan kimia ini akibat penerbangan global mengakibatkan 16.000 kematian dini setiap tahun.

Sekarang insinyur MIT telah menemukan konsep penggerak pesawat yang mereka perkirakan akan menghilangkan 95 persen NO penerbanganx emisi, dan dengan demikian mengurangi jumlah kematian dini terkait sebesar 92 persen.

Konsep tersebut terinspirasi dari sistem kendali emisi yang digunakan pada kendaraan transportasi darat. Banyak truk diesel tugas berat saat ini menggunakan sistem kontrol emisi pasca pembakaran untuk mengurangi NOx dihasilkan oleh mesin. Para peneliti sekarang mengusulkan desain serupa untuk penerbangan, dengan sentuhan elektrik.

Pesawat masa kini digerakkan oleh mesin jet yang berlabuh di bawah setiap sayap. Setiap mesin memiliki turbin gas yang menggerakkan baling-baling untuk menggerakkan pesawat melalui udara saat knalpot dari turbin mengalir keluar dari belakang. Karena konfigurasi ini, perangkat kontrol emisi tidak dapat digunakan karena akan mengganggu daya dorong yang dihasilkan mesin.

Dalam desain hybrid-electric, atau “turbo-electric,” sumber tenaga pesawat akan tetap menjadi turbin gas konvensional, tetapi akan diintegrasikan di dalam ruang kargo pesawat. Alih-alih menyalakan baling-baling atau kipas secara langsung, turbin gas akan menggerakkan generator, juga di palka, untuk menghasilkan listrik, yang kemudian akan secara elektrik memberi daya pada baling-baling atau kipas yang dipasang di sayap pesawat. Emisi yang dihasilkan oleh turbin gas akan dimasukkan ke dalam sistem kontrol emisi, yang secara umum mirip dengan yang ada di kendaraan diesel, yang akan membersihkan knalpot sebelum membuangnya ke atmosfer.

“Ini masih akan menjadi tantangan teknik yang luar biasa, tetapi tidak ada batasan fisika fundamental,” kata Steven Barrett, profesor aeronautika dan astronautika di MIT. “Jika Anda ingin mencapai sektor penerbangan nol-bersih, ini adalah cara potensial untuk menyelesaikan bagian polusi udara, yang signifikan, dan dengan cara yang secara teknologi cukup layak.”

Rincian desain, termasuk analisis potensi biaya bahan bakar dan dampak kesehatannya, dipublikasikan hari ini di jurnal tersebut Ilmu Energi dan Lingkungan. Rekan penulis makalah ini adalah Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham, dan Jayant Sabnins, semua anggota MIT’s Laboratory for Aviation and the Environment.

Rencana semi-listrik

Benih untuk pesawat hibrida-listrik tim tumbuh dari Barrett dan pekerjaan timnya dalam menyelidiki skandal emisi diesel Volkswagen. Pada 2015, regulator lingkungan menemukan bahwa pabrikan mobil telah dengan sengaja memanipulasi mesin diesel untuk mengaktifkan sistem kontrol emisi onboard hanya selama pengujian lab, sehingga tampaknya memenuhi NO.x standar emisi tetapi nyatanya dipancarkan hingga 40 kali lebih banyak NOx dalam kondisi mengemudi dunia nyata.

Saat melihat dampak kesehatan dari kecurangan emisi, Barrett juga menjadi akrab dengan sistem kontrol emisi kendaraan diesel secara umum. Sekitar waktu yang sama, dia juga mencari kemungkinan untuk membuat pesawat listrik besar dan serba listrik.

“Penelitian yang telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa Anda mungkin dapat melistriki pesawat yang lebih kecil, tetapi untuk pesawat besar, itu tidak akan terjadi dalam waktu dekat tanpa terobosan besar dalam teknologi baterai,” kata Barrett. “Jadi saya pikir, mungkin kita bisa mengambil bagian penggerak listrik dari pesawat listrik, dan turbin gas yang sudah ada sejak lama dan sangat andal serta sangat efisien, dan menggabungkannya dengan teknologi kontrol emisi yang digunakan di otomotif. dan daya arde, untuk setidaknya mengaktifkan pesawat semi-elektrifikasi. “

Terbang tanpa benturan

Sebelum elektrifikasi pesawat dipertimbangkan secara serius, mungkin saja konsep seperti ini dapat diterapkan, misalnya sebagai tambahan pada bagian belakang mesin jet. Tapi desain ini, catat Barrett, akan “mematikan aliran daya dorong” yang akan dihasilkan mesin jet, yang secara efektif membumikan desain tersebut.

Konsep Barrett mengatasi batasan ini dengan memisahkan baling-baling atau kipas penghasil daya dorong dari turbin gas pembangkit listrik. Baling-baling atau kipas angin akan langsung digerakkan oleh generator listrik, yang pada gilirannya akan didukung oleh turbin gas. Pembuangan dari turbin gas akan dimasukkan ke dalam sistem kontrol emisi, yang dapat dilipat, dengan gaya akordeon, di ruang kargo pesawat — sepenuhnya diisolasi dari baling-baling penghasil daya dorong.

Dia membayangkan sebagian besar sistem hibrida-listrik — turbin gas, generator listrik, dan sistem kendali emisi — akan muat di dalam perut pesawat, di mana terdapat banyak ruang di banyak pesawat komersial.

Dalam makalah baru mereka, para peneliti menghitung bahwa jika sistem hibrida-listrik diterapkan pada pesawat sejenis Boeing 737 atau Airbus A320, bobot ekstra akan membutuhkan sekitar 0,6 persen lebih banyak bahan bakar untuk menerbangkan pesawat.

“Ini akan jauh, berkali-kali lebih memungkinkan daripada apa yang telah diusulkan untuk pesawat serba listrik,” kata Barrett. “Desain ini akan menambah berat badan beberapa ratus kilogram untuk sebuah pesawat, dibandingkan dengan menambahkan banyak ton baterai, yang akan menjadi beban ekstra yang sangat besar.”

Para peneliti juga menghitung emisi yang akan dihasilkan oleh pesawat besar, dengan dan tanpa sistem kontrol emisi, dan menemukan bahwa desain hybrid-listrik akan menghilangkan 95 persen NO.x emisi

Jika sistem ini diterapkan di semua pesawat di seluruh dunia, mereka memperkirakan lebih lanjut bahwa 92 persen kematian terkait polusi karena penerbangan akan dihindari. Mereka sampai pada perkiraan ini dengan menggunakan model global untuk memetakan aliran emisi penerbangan melalui atmosfer, dan menghitung berapa banyak populasi di seluruh dunia yang akan terpapar emisi ini. Mereka kemudian mengubah eksposur ini menjadi kematian, atau perkiraan jumlah orang yang akan meninggal akibat paparan emisi penerbangan.

Tim tersebut sekarang sedang mengerjakan desain untuk pesawat “tanpa benturan” yang terbang tanpa mengeluarkan NOx dan bahan kimia lain seperti karbon dioksida yang mengubah iklim.

“Pada dasarnya kita perlu mencapai nol dampak iklim bersih dan tidak ada kematian akibat polusi udara,” kata Barrett. “Rancangan saat ini secara efektif akan menghilangkan masalah polusi udara penerbangan. Kami sekarang sedang mengerjakan bagian dampak iklim darinya.”


Airbus, Rolls-Royce, Siemens mengerjakan pesawat hybrid


Informasi lebih lanjut:
Prakash Prashanth dkk. Kontrol Emisi Pasca-Pembakaran dalam Mesin Turbin Aero-Gas, Energi & Ilmu Lingkungan (2020). DOI: 10.1039 / D0EE02362K

Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kutipan: Konsep pesawat hybrid-electric dapat mengurangi masalah polusi udara penerbangan (2021, 14 Januari) diakses 14 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-concept-hybrid-electric-plane-aviation-air .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 : Togel HK