Vi har allerede elbiler – snart kan passagerfly også blive elektriske

Den globale CO₂-udledning fra luftfart er de seneste årtier vokset hurtigere end transport via veje, skinner og skibe og står nu for cirka 2 procent af den globale CO₂-udledning.

Synderen er de kraftige gasturbiner, som bruger flybrændstof, der udleder CO₂ ved forbrænding. Ligesom det er sket for biler med introduktionen af elbiler, forskes der også ihærdigt i at gennemføre en grøn omstilling af drivmidlerne inden for luftfartbranchen.

Læs også: Greentech: Disse grønne teknologier skal løse klimaproblemerne

Teknisk muligt med eldrevne passagerfly

Et hold af forskere fra MIT i USA arbejder i disse år på at at skabe en 1-megawatt elektrisk motor, der kan komme til at spille en afgørende rolle i at elektrificere fremtidens flåde af luftfartøjer – og på sigt også de helt store passagerfly.

Gennem en lang række test og simuleringer af forskellige komponenter og konfigurationer har forskerne fundet frem til, at det er teknisk muligt at skabe en elmotor til fly med en effekt på 1 megawatt, samtidig med at motoren beholder samme størrelse som en konventionel gasturbine.

Tværsnit af MIT-megawattmotoren, som består af en højhastigheds permanent magnet ydre rotor, en stator med lavt tab, en avanceret varmeveksler og integreret, højtydende effektelektronik. Foto: MIT

Forskerne ser for sig, at motordesignet kan drives af forskellige strømkilder såsom et batteri eller en brændselscelle, eller at elmotoren kan parres med en traditionel gasturbine og fungere som en hybridmotor, hvor el anvendes på dele af en flyvning.

”Uanset hvad vi bruger som energikilde – batterier, brint, ammoniak eller bæredygtigt flybrændstof – vil motorer i megawatt-klassen være en vigtig forudsætning for at gøre luftfarten grønnere,” siger Zoltan Spakovszky, der er T. Wilson-professor i aeronautik og direktør for gasturbinelaboratoriet (GTL) på MIT.

Forskerne udførte flere risikoreducerende eksperimenter for at vise, at hver komponent kan fungere som designet og under forhold, der overstiger normale driftskrav, herunder statoren (a, b og f), den magnetiske rotor (c), varmeveksleren (d) og effektelektronikprintpladerne (e). Foto: MIT

Nyt kompakt motordesign udviklet fra bunden

Når det gælder luftfartøjer, er vægt utrolig vigtig. Derfor kan man ikke blot forøge antallet af kobberspoler og forstørre den magnetiske rotor i et eksisterende elmotordesign for at øge effekten. Det vil generere markant mere varme, og hvilket vil kræve mere køling af motoren. Det, sammen med de større komponenter, vil øge motorens vægt uforholdsmæssigt meget. Det fungerer ikke i et fly, hvor lav vægt er altafgørende.

For at finde frem til en gangbar løsning på en elmotor i luftfartøjer har forskerne måttet tænke anderledes. Deres foreløbige bud på et elektrisk motordesign er ikke større end en almindelig kuffert og vejer mindre end en voksen passager.

Motorens hovedkomponenter består af:

en højhastighedsrotor beklædt med en række magneter med varierende polaritet
en kompakt stator med lavt tab, der passer ind i rotoren og indeholder et kompliceret system af kobberviklinger
en avanceret varmeveksler, der holder komponenterne kølige, mens den overfører maskinens drejningsmoment
et distribueret kraftelektroniksystem lavet af 30 specialbyggede kredsløbsplader, der præcist ændrer de strømme, der løber gennem hver af statorens kobberviklinger ved høj frekvens

“Jeg tror, at dette er det første virkelig fællesoptimerede integrerede design. Det betyder, at vi har foretaget en meget omfattende udforskning af designrummet, hvor alle overvejelser fra termisk styring til rotordynamik, effektelektronik og elektrisk maskinarkitektur blev vurderet på en integreret måde for at finde ud af, hvad der er den bedst mulige kombination for at opnå den krævede specifikke effekt på en megawatt,” siger Zoltan Spakovszky.

Kan ane elektriske passagerfly i horisonten

Forskerne fra MIT arbejder i første omgang på at demonstrere, at det nye elmotordesign virker som en helhed. Når det sker, vil elmotoren være i stand til at drive mindre regionalfly. Elmotoren kan også indgå i et hybridmotordesign i større luftfartøjer på det stadie.

Holdet bag forestiller sig også, at flere 1-megawatt-motorer kan drive flere rotorer fordelt langs vingen på fremtidige flykonfigurationer. Det baner vejen for, at motordesignet en dag kan opskaleres til en effekt på flere megawatt, der kan drive store passagerfly. Det er dog ikke en teknologi, der er klar allerede i morgen. Den er fortsat mange år ude i fremtiden.

Under alle omstændigheder lover forskningen godt for de globale ambitioner om at nå en nettonuludledning af drivhusgasser i 2050.

Se også: Nyheder om klima og grøn teknologi