Traditioneel werd batterij-elektrisch vliegen niet als serieuze luchtvaartoplossing beschouwd, gezien de veronderstelde beperkingen in de capaciteit en het bereik van vliegtuigen. Deze perceptie wordt echter uitgedaagd door twee wetenschappelijke artikelen, ‘Een nieuwe kijk op de batterij-elektrische luchtvaart, deel I en II’, geschreven door Rob Wolleswinkel, Reynard de Vries, Maurice Hoogreef en Roelof Vos.
Het eerste wetenschappelijke artikel onderzoekt de gangbare aannames die leiden tot de perceptie dat batterij-elektrische vliegtuigen beperkt toepasbaar zijn. Ook presenteert het nieuwe parametrische ontwerpen voor haalbare batterij-elektrisch vliegtuigen met 40-120 passagiers, waarbij met een kruisbereik tot 1000 km gevlogen kan worden. “In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, kunnen grote batterij-elektrische vliegtuigen veel meer energie vervoeren en zijn ze aerodynamisch efficiënter dan aanvankelijk werd aangenomen”, zegt Rob Wolleswinkel, medeoprichter en Chief Technology Officer van lucht- en ruimtevaart start-up Elysian. “In plaats van turbopropvliegtuigen beschouwden we de eerste generatie jets met smalle romp als referentiepunt. Hoewel deze straaljagers brandstofinefficiënt waren, waren ze ontworpen voor lange afstanden en hadden ze een hoge energiemassa in verhouding tot de totale vliegtuigmassa. Het gold als inspiratie voor elektrische vliegtuigontwerp van Elysian.”
DEZE LUCHTVAART-ARTIKELEN vind je vast ook interessant:
- Sirius Aviation AG onthult ’s werelds eerste waterstof VTOL vliegtuig
- NASA en Boeing onthullen nieuwe look van groen X-66 vliegtuig
Variërende ontwerpkeuzen
Het tweede onderzoekspaper schetst het ontwerp van een batterij-elektrisch vliegtuig – zoals Elysian dat wil bouwen – met plaats voor 90 passagiers. Dit vliegtuig kan alleen al op batterijvermogen tot 800 km reizen, uitgaande van een energiedichtheid van het batterijpakket van 360 Wh/kg. Het voldoet aan de vereiste specificaties door verschillende ontwerpkeuzes, waaronder het plaatsen van batterijen in de vleugel om het vliegtuig lichter te maken. Hierdoor wordt de last daar geplaatst waar de lift is en wordt de beschikbare ruimte in de vleugelkast gebruikt.
Ook is er een kleinere propellerdiameter dankzij gedistribueerde elektrische voortstuwing (DEP), waardoor een configuratie met lage vleugels en een op de vleugel gemonteerd landingsgestel mogelijk is. Dit leidt tot een lichter landingsgestel en een lichtere romp. Grotere vleugels en een kleiner lichaam (vergeleken met een conventioneel vliegtuig) kunnen de aerodynamische efficiëntie aanzienlijk verhogen zonder geavanceerde technologie. Gezien de grote spanwijdte worden hierbij opvouwbare vleugeltips gebruikt om de aerodynamische prestaties te optimaliseren en binnen de beperkingen van de poortspanwijdte te passen. Tot slot is er het gebruik van een op gasturbines gebaseerd ‘reserve-energiesysteem’ om energie te leveren aan de batterijen en motoren tijdens omleiding of rondhangen. Het reserve-energiesysteem is ontworpen om reserves te dekken, niet om het missiebereik te vergroten.
Technologie versterken met design
Joris Melkert, Senior Lecturer Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de Technische Universiteit Delft: “Wij verwachten dat Elysian een belangrijke bijdrage zal leveren aan het ontdekken van de grenzen van batterij-elektrisch vliegen door op een verfrissende nieuwe manier te kijken naar de combinatie van technologie en design. Wij ondersteunen hun systematische en wetenschappelijke aanpak van harte en kijken uit naar hun oplossingen voor de technologische uitdagingen die voor ons liggen.”
Helft lijnvluchten kan elektrisch
Momenteel vormen vluchten tot 1.000 km 50 procent van alle lijnvluchten wereldwijd en zijn ze verantwoordelijk voor ongeveer een vijfde van alle luchtvaart-gerelateerde CO2-uitstoot. De introductie van batterij-elektrische vliegtuigen voor korte afstandsvluchten heeft het potentieel om de klimaatimpact van de luchtvaartindustrie drastisch te verminderen. Bovendien bereikt dit ontwerp een tot vijf keer hogere efficiëntie per passagierskilometer dan waterstof- of SAF-aangedreven vliegtuigen, wat overeenkomt met de energie-efficiëntie van een gemiddelde elektrische auto met 1,2 passagiers. Ten slotte vormt dit vliegtuig, vanwege zijn hoge passagierscapaciteit, een economisch levensvatbaar en concurrerend alternatief voor het conventionele vliegtuig.
Genoeg uitdagingen over
Hoewel deze bevindingen aangeven dat de haalbaarheid van grootschalige batterij-elektrische vliegtuigen binnen handbereik ligt, moeten er tijdens de ontwikkeling van dergelijke vliegtuigen verschillende technische uitdagingen worden opgelost. Deze omvatten de ontwikkeling en integratie van batterijcellen, thermisch beheer, het ontwerp en de certificering van reserve-energiesystemen en de transmissie van hoogspanningsvermogen.