”Batteridrift i större skala - flygtekniskt omöjligt”

Det globala flygresandet ökar med 4-5 procent per år. Samtidigt ökar utsläppen av växthusgaser. Att flyget ökar så snabbt beror bland annat på att det är relativt billigt att flyga numera, en följd av ny teknik som introducerats under åren; effektivare motorer, nya material, avancerade beräkningsmetoder, automatiserad tillverkning, digitalisering av avionik och styrsystem, med mera.

Till detta kommer kostnadsminskningar beroende på flygets avreglering och volymökningar i alla led.

Passagerarflygplan drivs nästan uteslutande med fossila bränslen. Under senare delen av 1940-talet och början av 50-talet studerades atomdrivna flygplan. Mycket har givetvis hänt på det området (utanför flygtekniken), men förslag om atomdrivna flygplan skulle nog inte mötas med stående ovationer. På 1980-talet studerades vätgasdrivna flygplan tämligen seriöst, men då inte med klimatförtecken. Ett annat alternativ skulle vara batteridrivna flygplan.

I dag finns bortåt 30 000 passagerarflygplan globalt, varav cirka hälften i storleksordningen 150 stolar. För att göra skillnad vad gäller utsläppen av växthusgaser skulle, säg, tio procent av kapaciteten behöva bytas ut årligen. Det skulle innebära betydande kapitalförstöring och stora kostnader oavsett slag av ny teknik.

Det är bråttom

Att gå från tanke till produktion i stor skala tar minst fem år. Om dessa nya flygplan ska göra någon skillnad så är det bråttom.

Flygplan är extremt viktskänsliga och bränslet är en stor del av startvikten, 10-35 procent. Därför har alltid stor möda lagts på att minska bränsleförbrukningen, som ju också innebär en betydande kostnadspost direkt och indirekt eftersom det driver upp flygplanens vikt och därmed pris. Det finns nu ingen stor förbättringspotential genom konfigurations-, material- eller andra ändringar.

Flygfotogen innehåller 12,4 kWh/kg bränsle. Med hänsyn till verkningsgraden i en typisk flygmotor blir detta cirka 3,7 kWh/kg netto.

Som exempel väger ett 100 kWh batteri till senaste generationens elbilsmodell från Tesla ungefär 600 kg = 1/6 kWh/kg batteri. Med beaktande av verkningsgraderna i elmotorn och fläkten/propellern ger detta ca 0,12 kWh/kg netto. När hänsyn tas till verkningsgrader hos olika komponenter måste således varje kilo flygfotogen ersättas med ca 30 kilo batterier.

Batteri på 360 ton

Startvikten för 150-sitsarna Airbus A320 respektive Boeing B737 är cirka 60 ton. För en genomsnittlig flygning kan 20 procent av startvikten vara bränsle varav fem procentenheter är säkerhetsreserver. Omsatt till lagrad elenergi vid starten, skulle batterierna (”bränslet”) med ”Teslastandard” väga 360 ton. Redan de nödvändiga reserverna kräver 90 ton batterier. Varken stora förbättringar av aerodynamik eller tomvikt skulle göra någon principiell skillnad.

Slutsatsen blir att batteridrivna passagerarflygplan är flygtekniskt omöjliga, även för mycket korta distanser. Energitätheten i batterier är på tok för låg jämfört med flygfotogen.

Om ”batteriflyg” ska göra skillnad vad gäller utsläpp av växthusgaser så måste tekniken fungera, introduceras och användas i stor skala snarast. Batterierna måste dock bli minst 20 gånger bättre för att batteridrivna flygplan ska komma på kartan.

Det är propellern som bullrar

Eldrift medför inte heller några särskilda flygtekniska fördelar, snarare tvärtom. Detta gäller även påståenden om att elflygplan skulle vara tysta eftersom det är propellern/fläkten som bullrar mest.

Självfallet kan det finnas specialiserade tillämpningar utanför det storskaliga kommersiella flyget, till exempel inom sportflyget, där eldrift kan vara intressant av olika skäl.

Det finns knappast något behov ”av att testa tekniken i mindre skala”, vilket föreslagits. Om elflyg har en potential så är flygindustrin fullt kapabel att konstruera och bygga dessa flygplan.

Kenneth Nilsson

Civ.ing, ansvarat för förprojektering av civila flygplan på Saab i Linköping och Deutsche Airbus i Hamburg. ”Technical Manager, Saab 2000 program”. Chef för tillämpad aerodynamik, Saab.

Patrick Berry

Civ. ing. och tekn. lic., har arbetat med förprojektering av såväl civila som militära flygplan på Saab i Linköping. Forskat, samt undervisat i flygtekniska ämnen på LiTH. Thulinmedaljen i silver.