De dynamiek van elektrisch vliegen
[Recensie] Elektrisch vliegen is ongeveer vijftig jaar geleden voor het eerst in een bemand vliegtuig serieus beproefd, al was de afgelegde afstand door de lucht slechts een paar honderd meter. Maar zou het emissieloos vliegen inmiddels ook commercieel haalbaar zijn op afstanden van ruim 500 kilometer? De als werktuigbouwkundige opgeleide ingenieur dr. Ranjan Vepa maakte zich enkele jaren geleden zo bezorgd om het milieu dat hij zich begon te verdiepen in de technische aspecten van duurzaam vliegen, waarbij met name veel aandacht ging naar de accu ’s, de elektrische motoren en de propellers. Het zal niet verwonderen dat vooral de technologie voor de opslag van de benodigde elektriciteit hierbij de grote uitdaging is. Door de systeembenadering toe te passen, en daarbij alle technische elementen van een elektrisch vliegtuig te bestuderen, hoopt Vepa tot grensverleggende aanbevelingen te kunnen komen. Hierbij komt ook de levenscyclusanalyse aan de orde, die van wieg tot graf de milieubelasting van bepaalde elementen laat zien.
Eisen stellen
Het formuleren van de eisen waaraan een vliegtuig moet voldoen is een eerste stap. Hoe komt een vliegtuig eruit te zien dat 100 passagiers en 1.000 kg aan lading zou moeten kunnen vervoeren over een totale afstand van 560 km bij een snelheid van Mach 0,2 (245 km/uur)? Vervolgens geeft het boek een aantal concrete voorbeelden van mogelijke vliegtuigmodellen, waarbij ook waterstofvliegtuigen met brandstofcellen aan de orde komen, of elektrische vliegtuigen met zonnecellen. Zoals de Solar Impulse, een vliegtuig dat zo ontworpen is dat het dag en nacht kan vliegen zonder vervuilende brandstof. Bijzonder daarbij is, dat dit vliegtuig op den duur non-stop rond de hele wereld zal vliegen. De Solar Impuls heeft een spanwijdte van 64 meter, iets groter dan de spanwijdte van een Airbus 340, maar het gewicht bedraagt slechts 1.600 kg, minder dan een middenklasse auto. Voor de aandrijving zorgen vier elektromotoren, de benodigde elektriciteit komt van bijna 12.000 zonnecellen, die vooral op de vleugels zijn aangebracht. Een flink set lithium-polymeer accu’s zorgt voor de opslag van elektrische stroom, zodat het vliegtuig ook na zonsondergang kan blijven vliegen.
Een ander voorbeeld betreft het eerste op waterstof vliegende vliegtuig voor vier passagiers dat in 2016 vanaf Stuttgart vertrok voor een vlucht van 15 minuten.
Uitdaging
Deze voorbeelden illustreren goed waar met name bij de elektrische vliegtuigen de uitdaging ligt: door het grote gewicht van de accu’s is zowel het aantal passagiers als de actieradius beperkt. De energiedichtheid van de accu moet met een factor tien omhoog, stelt Vepa. Daarnaast is ook een lager energieverbruik van de elektrische motoren van belang, bijvoorbeeld met een factor vijf, zoals uit een onderzoeksprogramma van de National Aeronautics and Space Administration (NASA) naar voren komt.
Wat voorbeelden betreft is het boek wat mager, met name omdat er in technisch opzicht al meer bereikt is dan het boek aangeeft. Zo is er wel degelijk al een elektrisch accuvliegtuig met vier zitplaatsen, de Pipistrel Taurus Electro G4, terwijl het op waterstof vliegende onderzoekvliegtuig Antares DLR-H2 uit 2009 ontworpen is voor een actieradius van maar liefst 750 km.
Het boek duikt al snel de diepte in, door een systematische behandeling van elektrische motoren, accu’s, motoren met permanente magneten, propellers en onder meer het gebruik van zonnecellen voor de extra levering van de elektriciteit. Door het veelvuldig gebruik van formules, grafieken, technische illustraties en schema’s is technische kennis op dit gebied onontbeerlijk. Het boek zal dan vooral interessant zijn voor studenten en wetenschappers, die zich willen specialiseren op de technische uitdagingen rond duurzaam vliegen. Wellicht een gouden toekomst!
–
Voor het eerst gepubliceerd op Bazarow
