Biorąc przykład z branży motoryzacyjnej przemysł lotniczy coraz śmielej podąża w stronę samolotów napędzanych energią elektryczną.

Pojazdy elektryczne stają się powoli codziennością. Choć w związku z wysokimi kosztami zakupu w wielu krajach są one w dalszym ciągu ciekawostką na drogach, raczej rozwiane zostały wątpliwości co do stworzenia samochodu elektrycznego zdolnego zaspokoić codzienne potrzeby obywateli. Dynamiczny rozwój tego sektora rynku motoryzacyjnego sprawia, że ceny tych pojazdów staja się coraz bardziej przystępne dla szerszej rzeszy kierowców, czego dobrym przykładem jest zaprezentowana przed kilkoma miesiącami Tesla (TSLA  ) Model 3.

Dokonujący się postęp w technologiach magazynowania energii sprawił, że coraz więcej producentów samolotów zaczyna obmyślać plany budowy samolotów elektrycznych lub hybrydowych. Pojawiają się także start-up'y, które liczą na sukces podobny jaki odniósł Elon Musk i jego Tesla.

--- Więcej na temat Tesli Model 3 pisaliśmy w artykule "Przyszłość jest dzisiaj". Tesla Model 3 już na rynku." ---

Jedną z takich firm jest Zunum Aero - start-up założony w 2013 r. pod Seattle przez Matt'a Knapp i Ashisha Kumar. Projekt budowy samoloty elektrycznego nabrał rozpędu po tym jak firma otrzymała dofinansowanie od Green Energy Fund stanu Waszyngton, a inwestorami zostały dwa duże podmioty z amerykańskiego rynku lotniczego: JetBlue Technology Ventures (JBLU  ) oraz Boeing HorizonX (BA  ). Według ogłoszonych niedawno planów, w 2022 r. na rynku ma się pojawić 12-miejscowy samolot o napędzie hybrydowym. W skrzydłach znajdą się baterie zasilające silniki elektryczne, ale obecnie dostępna technologia umożliwiłaby przelot na maksymalnie 100 mil. Aby zwiększyć zasięg samolotu do 700 mil (1300 km) wmontowany zostanie również generator prądu o mocy 1 MW. Prędkość maksymalna ma być równa 340 mil na godzinę, a rozbieg na pasie startowej 2200 stóp (670 metrów).

"Sprawimy, że linie lotnicze zaczną obniżać ceny lotów małymi samolotami i to na krótkich trasach. Tego rodzaju samolot obecnie nie istnieje." Matt Knapp, Zunum Aero.

Produkując tak małe samoloty, Zunum chce wypełnić lukę, jaka istnieje w przypadku podróży lokalnych. Koszty obsługi tras o długości 300 mil małymi odrzutowcami regionalnymi lub samolotami prywatnymi są zbyt wysokie, przez co rynek ten praktycznie nie istnieje. Założyciele firmy przekonują, że koszt nabycia takiego samolotu wyniesie 4,5 miliona dolarów, czyli tyle, ile kosztują podobnej wielkości samoloty 1-silnikowe jak Pilatus PC-12 czy Cessna Denali. Dzięki obniżeniu kosztów operacyjnych o 40-80%, czyli do poziomu turbośmigłowego 78-miejscowego Bombardiera Q400 opłacalne będzie wykonywanie połączeń komercyjnych tak małymi maszynami. Miałoby to umożliwić rozładowanie korków na ulicach i autostradach. Wg pomysłodawców Zunum Aero, samoloty te obsługiwałyby przede wszystkim trasy łączące małe lotniska stanowiąc alternatywę dla podróży samochodami, które odpowiadają za większość podróży do 300 mil w USA. Jako przykład podawana jest podróż między Doliną Krzemową a Los Angeles, która mogłaby się rozpocząć z lotnisk w Palo Alto, San Carlos, Hayward czy Reid Hillview, a zakończyć w Santa Monica, Burbank, Hawthorne lub San Gabriel Valley. Pozwoliłoby to także na ominięcie dużych lotnisk i wzrost liczby pasażerów, bez inwestycji w rozbudowę hubów. Dodatkowo uczynienie podróży bardziej bezpośrednimi wiązałoby się z oszczędnościami czasu, pieniędzy i paliwa oraz emisji. Konfiguracja wnętrza z 9 miejscami siedzącymi umożliwiłaby na jeszcze większe oszczędności dzięki zmniejszeniu liczby załogi z dwóch do jednego pilota.

Planując wprowadzenie swojego pierwszego samolotu w 2022 r. firma przedstawiła także wizję dalszego rozwoju. Pod koniec przyszłej dekady możliwe byłoby powstanie samolotu 50-miejscowego o napędzie w pełni elektrycznym i zasięgu 1000 mil. Rozwój pojazdów autonomicznych wszedłby także do lotnictwa, więc za sterami zasiadałby tylko jeden lub żaden pilot.

Aby wzmocnić własne działania mające na celu rozwój technologii samolotów elektrycznych i autonomicznych, Boeing przejął także firmę Aurora Flight Sciences. To założone w 1989 r. przez profesora Massachusetts Institute of Technology przedsiębiorstwo zdobyło światową sławę ultra-lekkim samolotem napędzanym siłą ludzkich mięśni, który przeleciał z Krety na Santorini. Innowacje z zakresu bardzo lekkich materiałów zostały szybko zaimplementowane przez armię amerykańską. Najnowszym projektem przygotowanym przez Aurorę dla wojska jest samolot bezzałogowy o napędzie hybrydowym: LightningStrike XV-24A, do którego napęd hybrydowy stworzyły wspólnie koncerny Honeywell (HON  ) i Rolls-Royce.

"Ludzie zastanawiali się, jaka będzie odpowiedź Boeinga na A3, i myślę, że właśnie ją znaleźli." John Langford, założyciel Aurora Flight Sciences.

W statki powietrzne o napędzie elektrycznym sporo inwestuje także europejski konkurent Boeinga - Airbus. Europejczycy jednak skupiają się w głównej mierze na pojazdach VTOL umożliwiających pionowy start i lądowanie. Efekty prac spółki-córki Airbus Helicopters pod nazwą Vahana jest jednak bardziej skierowany do rozwiązania problemów transportu miejskiego i jest to bardziej latający samochód niż samolot. Nie mniej jednak doświadczenia z zakresu zasilania elektrycznego mogą być przydatne w dalszej przyszłości.

--- Więcej na temat pojazdów VTOL pisaliśmy w artykule "Uber planuje wprowadzenie latających taksówek." ---

Rosnące zainteresowanie samolotami o napędzie elektrycznym można także zaobserwować ze strony przewoźników lotniczych. Brytyjskie linie easyJet nawiązały współpracę z amerykańskim start-up'em Wright Electric, której celem ma być skonstruowanie w pełni elektrycznego samolotu pasażerskiego. Wstępne plany wskazują, że maszyna ta miałaby zadebiutować na rynku lotniczym za 10 lat, czyli w 2027 r.

Planowany zasięg samolotu to 291 mil (540 km), a liczba pasażerów miałaby wynieść co najmniej 120 osób. Taki zasięg elektrycznego samolotu Wright Electric umożliwiłby easyJetowi obsługę nim tras odpowiadających za 20% wszystkich pasażerów tej niskokosztowej linii. Firma Wright Electric przekonuje, że samolot będzie o 50% cichszy i 10% tańszy w eksploatacji. Potencjalne oszczędności miałyby być przeniesione na pasażerów, którzy płaciliby mniej za bilety lotnicze. Zaangażowanie się przewoźnika w ten projekt jest także elementem jego polityki środowiskowej, która zakłada ambitne cele redukcji emisji dwutlenku węgla. Do 2022 r. linia chce obniżyć emisje w przeliczeniu na jednego przewiezionego pasażera o 10% w porównaniu do stanu obecnego, a pomóc w tym mają przede wszystkim nowe samoloty Airbus A320neo.

"Pierwszy raz w mojej karierze mogę sobie wyobrazić przyszłość bez paliwa lotniczego i bardzo się cieszę, że mogę być jej częścią. Teraz to już nie jest kwestia czy, ale kiedy elektryczny samolot krótkiego zasięgu będzie latał." Carolyn McCall, CEO easyJet.

Firma Wright Electric powstała w 2016 r. przez zespół doświadczonych inżynierów lotniczych, konstruktorów silników i chemików. Jak dotąd producent zbudował jedynie dwuosobowy prototyp samolotu. Jest on jednak przekonany, że baterie będą mogły być rozbudowane bez znacznego wzrostu ich masy. Chociaż baterie w modelu dwumiejscowym ważą 272 kg, to firma twierdzi, że w większych modelach zastosowane będą baterie o innym składzie chemicznym, które są dużo lżejsze. Kolejnym krokiem jest powiększenie istniejącej konstrukcji, tak aby mogła zabrać na pokład 10 osób. Rola easyJet w projekcie ma polegać przede wszystkim na określaniu potrzeb ze strony użytkownika samolotu.

"Gdy technologia idzie naprzód, zmienia się Twoja podstawa i zmieniają się Twoje ambicje. Dostrzegasz szanse, których wcześniej nie widziałeś. To szczerze ekscytujące." Peter Duffy, CCO easyJet.

Spore postępy w produkcji napędów hybrydowych dla lotnictwa poczynił także General Electric (GE  ) będący jednym z dwóch głównych dostawców silników lotniczych. W 2013 r. koncern zainwestował 51 milionów dolarów w Centrum Zintegrowanych Elektrycznych Systemów Napędowych w Dayton, Ohio. Koncern raczej niezbyt chętnie chwali się wynikami swoich prac, tym bardziej interesujące były pierwsze od dwóch lat doniesienia dotyczące projektów GE.

Inżynierowie GE zmodyfikowali silnik F110 napędzający m.in. samoloty F-15 i F-16, tak aby podczas pracy generował dodatkowo 1 MW energii elektrycznej. Dla porównania Boeing 787 Dreamliner posiada 6 generatorów prądotwórczych, które są w stanie dostarczyć maksymalnie 1,4 MW energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia systemów elektrycznych. Drugim projektem jest silnik elektryczny o mocy 1 MW (1341 KM), czyli porównywalnej z popularnym silnikiem PT6 firmy Pratt & Whitney. Bardzo ważną cechą tego silnika jest jego wysoka efektywność wynosząca 98% podczas gdy branżowa norma to 90%. Oznacza to, że silnik o mocy 1 MW produkuje jedynie 20 kW energii cieplnej zamiast 100 kW.

Samolotami elektrycznymi interesują się także podmioty z krajów, które być może nie przychodzą nam jako pierwsze na myśl, gdy chodzi o innowacje w lotnictwie. Nad napędem hybrydowym pracują m.in. Rosjanie. Podczas tegorocznych targów MAKS Centralny Instytut Silników Lotniczych im. Baranova zaprezentował system napędowy o mocy 500 kW. To, co wyróżnia go spośród innych projektów, to zastosowanie nadprzewodników, których inni producenci unikają w obawie o interferencję pól elektromagnetycznych. Jeżeli projekt ten odniesie sukces, następnym krokiem ma być budowa jednostki napędowej o mocy 2 MW, który napędzałby samolot 19-miejscowy.

Innym bardzo interesującym projektem jest samolot Alice izraelskiej firmy Eviation. Jest to w pełni elektryczna 9-miejscowa konstrukcja, która ma konkurować z tak popularnymi modelami jak Cessna 402, Beechcraft King Air 350 czy Pilatus PC-12. Współzałożyciel spółki oraz główny konstruktor, Bar Yohay, zapowiedział, że jego ambicją jest zdobycie certyfikatu FAA w 2020 r., tak aby pierwsze egzemplarze mogły trafić do klientów w 2021 r. Jednocześnie jest on świadomy wyzwań, jakie stoją przed każdym producentem chcącym certyfikować swój samolot elektryczny do celów komercyjnych. Alice będzie napędzany trzema silnikami elektrycznymi, do których energia elektryczna będzie dostarczana z 30 000 ogniw baterii litowo-jonowej wyprodukowanej przez Panasonic i stosowanej także w samochodach Tesla. Baterie nie są jedynym elementem pochodzącym z Tesli, który znajdzie się w izraelskim samolocie. Silniki samoloty będą tymi z Tesli S, tylko o 10 razy większej mocy. Stosowanie sprawdzonych technologii ma ułatwić certyfikację. Zasięg maszyny ma wynieść 520 mil. Wysokość przelotowa zaplanowana jest na 10 000 stóp, a prędkość maksymalna 240 węzłów (444 km/h). W przyszłości planowane jest użycie baterii aluminiowo-powietrznych, których produkcją zajmuje się jeden z akcjonariuszy Eviation - izraelska firma Tzidon.

"W mojej ocenie (...), potrzeba odkrycia w chemii wartego nagrody Nobla, aby osiągnąć pojemność energetyczną potrzebną do budowy samolotu elektrycznego napędzanego bateriami." Alan Epstein, wiceprezydent Pratt & Whitney.

Pomimo coraz liczniejszych projektów i kolejnych dziesiątek milionów dolarów przeznaczonych na samoloty elektryczne, nie brak jest sceptyków. Jednym z największych z nich jest Alan Epstein, wiceprezydent Pratt & Whitney (UTX  ) ds. technologicznych. Przedstawił on swoje wyliczenia dotyczące potencjalnego napędzenia Boeinga 737 energią elektryczną. Gdyby wmontować do tego samolotu baterie o 50% większej pojemności, niż te obecnie produkowane, to samolot ten ... nie byłby w stanie nawet wystartować. Dopiero 10-krotne zwiększenie pojemności baterii oraz poprawa efektywności urządzeń elektrycznych o 600% umożliwiłoby start, krótki lot oraz lądowanie. Zatem jego zdaniem potrzeba jeszcze wielu lat, aby samoloty elektryczne stały się codziennością. Jest do tego potrzebny ogromny przełom w konstrukcji baterii.

Bardzie optymistyczne spojrzenie ma Bertrand Piccard, który był jednym z inicjatorów projektu Solar Impulse 2 - samolotu solarnego, który odbył podróż dookoła świata. Jego zdaniem za 10 lat samoloty w 100% zasilane energią elektryczną będą zdolne obsługiwać krótkodystansowe loty komercyjne z 50 pasażerami na pokładzie. Odrzuca on sceptycyzm przywołując rozmowę z prezesem jednej z dużych firm lotniczych: "Kiedy ogłaszaliście program Solar Impulse moi inżynierowie śmieli się, że nigdy nie będziecie w stanie zbudować takiego samolotu. Kiedy zdołaliście go zbudować, myśleli, że nigdy nie poleci. Podczas pierwszego lotu byli pewni, że rozbije się o ziemię, a kiedy przekonali się, że lot dookoła świata się powiedzie, poradzili mi, aby rozpocząć program samolotów elektrycznych."

--- Więcej na temat projektu Solar Impulse 2 pisaliśmy w artykule "Historyczny lot Solar Impulse 2 dookoła świata." ---

Źródła