Ηλεκτρικά Αεροσκάφη! Είναι Εφικτό;

<===========>

Στα μέσα του Ιανουαρίου, ακούστηκε η είδηση ότι η Τζέιν Φόντα, 82 ετών πλέον, συνελήφθη από την αστυνομία της Ουάσινγκτον για τρίτη φορά, λόγω υπερβολών στα πλαίσια ακτιβιστικής κίνησης! Ψάχνοντας την είδηση λίγο περισσότερο, βρήκα ότι πράγματι η Τζέιν Φόντα μετακόμισε στην Ουάσιγκτον όπου και παρέμεινε για ένα διάστημα και δημιούργησε την ομάδα “Fire Drill Friday”. Την ομάδα αυτή, ομάδα ακτιβισμού κατά της “κλιματικής αλλαγής”, ίδρυσε η Φόντα “εμπνεόμενη από την Γκρέτα Τούνμπεργκ” και για έξη συνεχόμενες Παρασκευές, συγκέντρωνε έναν αριθμό ομοϊδεατών της και διοργάνωνε ομιλίες και πορείες προς το Καπιτώλιο. Μερικές από τις εκδηλώσεις ξεπέρασαν κάποια όρια και η ηθοποιός κατέληξε ισάριθμες φορές στο τοπικό κρατητήριο [1].

Θα το θεωρούσα ανούσια σαν είδηση, αλλά εξετάζοντας τις φωτογραφίες των εκδηλώσεων παρατήρησα ότι ορισμένοι από τους διαμαρτυρομένους κρατούσαν κάτι περίεργες για μένα πινακίδες (πλακάτ στα ελληνικά), όπως “STOP THE MAGLEV” και “NO NEW FOSSIL FUELS” ˙ περίεργες, γιατί δεν φαινόταν να έχουν κάποια λογική συνοχή. Κάποια από αυτές τις πινακίδες μου έκανε ιδιαίτερη εντύπωση μια και το θέμα μου ήταν τελείως άγνωστο. Η πινακίδα έγραφε: “GREEN NEW DEAL NOW!”. Το μήνυμα κέντρισε την περιέργειά μου και έψαξα να μάθω τί είναι αυτό το “GREEN NEW DEAL”. Ανακάλυψα λοιπόν ότι το “GREEN NEW DEAL” είναι ένα μανιφέστο, ή αν θέλετε, πρόταση σχεδίου νόμου, της βουλευτού των δημοκρατικών στην περιφέρεια της Νέας Υόρκης Alexandria Ocasio-Cortez. Το σχέδιο αυτό, προβλέπει την μετεξέλιξη των ΗΠΑ σε περιοχή απελευθερωμένη από τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (κάτι από Αργυρούπολη μου θύμισε αυτό !) μέσα στα επόμενα 10 χρόνια (!!) χωρίς όμως την χρήση πυρηνικής ενέργειας (!!!). Για το σκοπό αυτό προτείνει πολλά μέτρα, ορισμένα των οποίων είναι:

• η ενεργειακή αναβάθμιση όλων ανεξαιρέτως των κτιρίων εντός της επικράτειας!
• η κατάργηση όλων των οχημάτων που κινούνται με μηχανές εσωτερικής καύσεως!
• η αντικατάσταση των αεροσκαφών από τρένα υψηλής ταχύτητας! (πως αυτό ταιριάζει με το “STOP THE MAGLEV” που κρατά ο άλλος κύριος δίπλα, με ξεπερνάει!)
• η πλήρης οικονομική εξασφάλιση όλων όσων είναι ανίκανοι ή απρόθυμοι για εργασία! (αυτό το “απρόθυμοι” το διέγραψε εσπευσμένα μετά από το σχετικό “κράξιμο” στα social media!)

Άσχετα με το οικονομικά και μηχανολογικά ανέφικτο των πιό πάνω δράσεων, στο τρίτο σημείο κόλλησα λίγο παραπάνω, λόγω και του επαγγέλματος! “Γιατί βρε κοπέλα μου θέλεις να καταργήσεις τα αεροσκάφη; εμείς τί θα γίνουμε, δεν μας σκέφτεσαι;”. Άσε που, αν πραγματοποιηθεί αυτή η ιδέα, οι χρόνοι μετακίνησης μέσα στις ΗΠΑ θα τετραπλασιαστούν και ανάλογη θα είναι η ταλαιπωρία των ταξιδιωτών! Η οικονομία των ΗΠΑ θα καταρρεύσει και μόνο μετά από μια τέτοια κίνηση! Τέλος, τί θα γίνει με τα διηπειρωτικά ταξίδια; Θα καταργηθούν;

Μήπως καλύτερα να εξετάζαμε την αντικατάσταση των κινητήρων των αεροσκαφών με άλλους ηλεκτρικούς όπως δειλά-δειλά γίνεται αυτή την εποχή με τα αυτοκίνητα; Στην περίπτωση αυτή βέβαια, εκτός από τους κινητήρες θα χρειαζόταν η αντικατάσταση της πηγής ενέργειας, από δεξαμενές με κηροζίνη σε ηλεκτρικές μπαταρίες. Σκέφτηκα λοιπόν να διερευνήσω κατά πόσον θα μπορούσε να γίνει αυτό το τελευταίο!

Σαν παράδειγμα ξεκινώ με ένα αεροσκάφος για υπερατλαντικά ταξίδια, το Α-320 της Airbus: Το αεροσκάφος αυτό λοιπόν, γεμίζει με κηροζίνη περίπου 20000 kg για να πραγματοποιήσει ένα ταξίδι με πλήρες φορτίο γύρω στις 7 με 8 ώρες [2], [3]. Η περιεκτικότητα της κηροζίνης σε ενέργεια (θερμογόνος δύναμη) είναι 36,656 MJ/m3, ή περίπου 44 MJ/kg [4]. Η αντίστοιχη ειδική ενέργεια των σύγχρονων ηλεκτρικών συσσωρευτών λιθίου στο εμπόριο, είναι σήμερα 0,85 MJ/kg, ενώ δοκιμάζονται μπαταρίες στα 1,26 MJ/kg και υπολογίζεται ότι σε 5 με 10 χρόνια θα φτάσουμε στα 1,8 MJ/kg! [5] Γίνεται λοιπόν προφανές ότι το βασικότερο πρόβλημα για την μετατροπή μεγάλων αεροσκαφών σε ηλεκτρικά είναι η αδυναμία αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Διότι ένα αεροσκάφος του τύπου Α-320 για παράδειγμα, μπορεί να φορτώσει και καταναλώσει ενέργεια υπό μορφή καυσίμου έως 880 GJ (44 MJ/kg x 20000 kg), ενώ με την ίδια μάζα συσσωρευτών η συνολική ενέργεια θα ήταν μόνο 36 GJ και αυτό την επόμενη δεκαετία! Δηλαδή με άλλα λόγια ένα αεροσκάφος του μεγέθους του Α-320 με την παρούσα τεχνολογία δεν θα μπορούσε να πετάξει πάνω από μισή ώρα και τούτο παραβλέποντας το γεγονός ότι το βάρος του καυσίμου μειώνεται συνεχώς καθώς καταναλώνεται, ενώ το βάρος των συσσωρευτών θα παραμένει το ίδιο σε όλο το ταξίδι. Διηπειρωτικά ταξίδια με τις συνθήκες αυτές λοιπόν, αποκλείονται.

Στην πραγματικότητα εδώ θα έπρεπε να σταματήσω, αλλά όλο και κάποιος θα αναρωτηθεί: “Και γιατί δεν βάζουμε παραπάνω μπαταρίες; Έστω και με μερική επανασχεδίαση; δεν θα βελτιώναμε την κατάσταση λίγο;”. Για να απαντηθεί ένα τέτοιο ερώτημα θα χρειαστεί κάτι περισσότερο από μια απλή σύγκριση μεταξύ κηροζίνης και μπαταριών. Θα χρειαστεί να επισκεφθώ για λίγο τη μηχανική της πτήσης και να κάνω λίγους “μπακαλίστικους” έστω υπολογισμούς, με στόχο να σας δείξω πως μεταβάλλεται η απαιτούμενη ενέργεια και ο χρόνος πτήσεως, όταν προσθέτουμε επιπλέον μπαταρίες σε ένα αεροσκάφος! Το να καταφέρω να το εξηγήσω αυτό στο πίσω μέρος ενός πακέττου τσιγάρων για να γίνει κατανοητό, όπως υποστήριζε ο πολύς Dr Eli Brookner της RAYTHEON κάποτε, το βρίσκω μάλλον απίθανο˙ πάντως θα προσπαθήσω να το παρουσιάσω όσο πιό απλά μπορώ, ώστε την συνέχεια να μπορεί να παρακολουθήσει ακόμη και ένας μαθητής του λυκείου! Εν πάση περιπτώσει, όσοι δεν θέλουν να με ακολουθήσουν σ’ αυτήν την περιήγηση, μπορούν να παραλείψουν όλο το κείμενο που περιέχει μαθηματικές εξισώσεις και να συνεχίσουν στην σελίδα 10.

Ξεκινώ καταρχήν με μια υπενθύμιση των νόμων της Νευτώνειας Μηχανικής, που είναι σημαντικοί για την συζήτηση :

1ος Νόμος: Αν σε ένα σώμα δεν ασκούνται δυνάμεις ή ασκούνται δυνάμεις των οποίων η συνισταμένη είναι μηδενική, τότε το σώμα είτε παραμένει σε ηρεμία, είτε κινείται ευθύγραμμα και ομαλά.

2ος Νόμος: Ο ρυθμός μεταβολής της ορμής ενός σώματος, ισούται με τη δύναμη που ασκείται στο σώμα και έχει τη διεύθυνση και τη φορά αυτής ή στην απλή περίπτωση, η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα ισούται με το γινόμενο της μάζας του επί την επιτάχυνση του, που έχει την ίδια διεύθυνση και φορά με την ασκούμενη δύναμη.

3ος Νόμος: Οι δυνάμεις εμφανίζονται κατά ζεύγη. Για κάθε δράση υπάρχει και μια ίση αντίδραση.

Η Συνέχεια εδώ: