Conceptul pentru un avion hibrid-electric poate reduce problema poluarii aerului

Conform unui nou studiu, proiectul propus ar putea reduce emisiile cu 95%. La altitudine de croaziera, avioanele emit un flux constant de oxizi de azot in atmosfera, unde substantele chimice pot persista pentru a produce ozon si particule fine.

Oxizii de azot sau NOx sunt o sursa majora de poluare a aerului si au fost asociati cu astm, boli respiratorii si tulburari cardiovasculare. Cercetarile anterioare au aratat ca generarea acestor substante chimice din cauza aviatiei globale are ca rezultat 16.000 de decese premature in fiecare an.

Acum, inginerii MIT (INSTITUTUL DE TEHNOLOGIE DIN MASSACHUSETTS) au venit cu un concept pentru propulsia avionului care se estimeaza ca ar elimina 95 la suta din emisiile de NOx din aviatie si, prin urmare, ar reduce numarul deceselor timpurii cu 92 la suta.

Conceptul este inspirat de sistemele de control al emisiilor utilizate la vehiculele de transport terestru. Multe camioane diesel grele astazi gazduiesc sisteme de control al emisiilor postcombustie pentru a reduce NOx-ul generat de motoare. Cercetatorii propun acum un design similar pentru aviatie, cu o rasucire electrica.

Avioanele de astazi sunt propulsate de motoare cu reactie ancorate sub fiecare aripa. Fiecare motor gazduieste o turbina cu gaz care alimenteaza o elice pentru a deplasa avionul prin aer pe masura ce evacuarea din turbina curge in spate.

Din cauza acestei configuratii, nu a fost posibil sa se utilizeze dispozitive de control a emisiilor, deoarece acestea ar interfera cu forta produsa de motoare.

In noul design hibrid-electric sau „turbo-electric”, sursa de energie a unui avion ar fi totusi o turbina conventionala cu gaz, dar ar fi integrata in cala. In loc sa actioneze direct elice sau ventilatoare, turbina cu gaz ar conduce un generator, de asemenea, in cala, pentru a produce electricitate, care ar alimenta apoi elicele sau ventilatoarele montate pe aripa ale avionului, actionate electric. Emisiile produse de turbina cu gaz ar fi introduse intr-un sistem de control al emisiilor, in linii mari similar cu cele din vehiculele diesel, care ar curata gazele de esapament inainte de a le arunca in atmosfera, potrivit eurekalert

„Aceasta ar fi inca o provocare inginereasca extraordinara, dar nu exista limitari fundamentale de fizica”, spune Steven Barrett, profesor de aeronautica si astronautica la MIT. „Daca doriti sa ajungeti la un sector aviatic zero-zero, acesta este un mod potential de a rezolva partea de poluare a aerului, care este semnificativa si intr-un mod care este viabil din punct de vedere tehnologic.”
Detaliile proiectului, inclusiv analize ale costului potential al combustibilului si ale impactului asupra sanatatii, sunt publicate astazi in revista Energy and Environmental Science . Co-autorii lucrarii sunt Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham si Jayant Sabnins, toti membrii ai Laboratorului de aviatie si mediu al MIT.

Planul pentru avioane semi-electrificate

Ideile pentru avionul hibrid-electric al echipei au iesit din Barrett si din munca echipei sale in investigarea scandalului emisiilor diesel Volkswagen. In 2015, autoritatile de reglementare a mediului au descoperit ca producatorul auto manipulase intentionat motoarele diesel pentru a activa sistemele de control al emisiilor la bord numai in timpul testelor de laborator, astfel incat acestea pareau sa indeplineasca standardele de emisii de NOx, dar de fapt au emis de pana la 40 de ori mai mult NOx in realitate.

In timp ce se uita la impactul asupra sanatatii inselatoriei emisiilor, Barrett s-a familiarizat si cu sistemele de control ale emisiilor vehiculelor diesel in general. Cam in acelasi timp, el se uita si la posibilitatea de a proiecta avioane mari, complet electrice.

„Cercetarile efectuate in ultimii ani arata ca probabil ai putea electriza avioane mai mici, dar pentru avioane mari nu se va intampla in curand fara progrese destul de importante in tehnologia bateriilor”, spune Barrett. „Asa ca m-am gandit ca poate putem lua partea de propulsie electrica de la aeronavele electrice si turbinele cu gaz care exista de mult timp si sunt foarte fiabile si foarte eficiente si o putem combina cu tehnologia de control a emisiilor folosita in industria auto si la sol, pentru a permite cel putin planuri semielectrificate. ”

Zbor cu impact zero

Inainte ca electrificarea avionului sa fi fost luata in considerare in mod serios, ar fi fost posibil sa se puna in aplicare un concept ca acesta, de exemplu ca un supliment pe partea din spate a motoarelor cu reactie. Dar acest design, noteaza Barrett, ar „distruge orice flux de tractiune” pe care l-ar produce un motor cu reactie, punand la baza in mod eficient designul.
Conceptul lui Barrett depaseste aceasta limita separand elicele sau ventilatoarele producatoare de forta de turbina cu gaz generatoare de energie. Elicele sau ventilatoarele ar fi in schimb alimentate direct de un generator electric, care la randul sau ar fi alimentat de turbina cu gaz. Esapamentele din turbina cu gaz ar fi introduse prin noua tehnologie intr-un sistem de control al emisiilor, care ar putea fi pliat, in acordeon, in cala de incarcare a avionului – complet izolata de elicele producatoare de tractiune.

In noua lor lucrare, cercetatorii calculeaza ca daca un astfel de sistem hibrid-electric ar fi implementat pe un avion Boeing 737 sau Airbus A320, greutatea suplimentara ar necesita aproximativ 0,6 la suta mai mult combustibil pentru a zbura avionul.

„Acest lucru ar fi de multe ori mai fezabil decat ceea ce s-a propus pentru aeronavele complet electrice”, spune Barrett. „Acest design ar adauga cateva sute de kilograme unui avion, spre deosebire de adaugarea a numeroase tone de baterii, care ar depasi o greutate suplimentara.”

Cercetatorii au calculat, de asemenea, emisiile care ar fi produse de o aeronava mare, cu si fara un sistem de control al emisiilor, si au descoperit ca designul hibrid-electric va elimina 95 la suta din emisiile de NOx.

Daca acest sistem ar fi lansat pe toate avioanele din intreaga lume, estimeaza in continuare ca 92% dintre decesele legate de poluare din cauza aviatiei ar fi evitate. Acestia au ajuns la aceasta estimare folosind un model global pentru cartografierea fluxului de emisii ale aviatiei prin atmosfera si au calculat cat de multe populatii din intreaga lume ar fi expuse acestor emisii. Apoi au convertit aceste expuneri la mortalitati sau estimari ale numarului de persoane care ar muri ca urmare a expunerii la emisiile din aviatie.

Echipa lucreaza acum la proiectarea unui avion cu „impact zero” care zboara fara a emite NOx si alte substante chimice, cum ar fi dioxidul de carbon care modifica clima.

„Trebuie sa ajungem la zero efecte climatice nete si la zero decese din cauza poluarii aerului”, spune Barrett. „Acest design actual ar elimina in mod eficient problema poluarii aerului din aviatie. Acum lucram la partea de impact asupra climei.”