Airbusin E-Fan X -prototyyppi on rakennettu British Aerospace 146 -lyhyen matkan matkustajakoneen pohjalle. Airbusin yhdessä Siemensin ja Rolls-Roycen kanssa kehittämän lentävän prototyyppikoneen yksi neljästä perinteisestä moottorista on korvattu sähkömoottorilla, jonka akku painaa hurjat 2 000 kiloa.

 

Niin suuret kuin pienemmät lentokonevalmistajat kehittävät parhaillaan erilaisia ratkaisuja ilmailun kiristyviin ympäristö- ja päästötavoitteisiin. Yksi potentiaalisimmista vaihtoehdoista on lentokoneiden siirtyminen sähkö- ja hybridimoottoreihin.

Ilmailuteollisuus lennättää joka päivä noin 12 miljoonaa mat­kustajaa ja kuljettaa suunnil­leen kolmanneksen maailman rahdista vuosittain. Kun lento­liikenteen ennustetaan jatkossa kasvavan viiden prosentin tahtia vuosittain, lentoko­neiden valmistajiin – niin suu­riin kuin pieniin – kohdistuu aiempaa enemmän paineita tuottaa ympäristöystävälli­sempiä, vähemmän hiilidioksi­dipäästöjä sekä melusaastetta tuottavia koneita.

Autoteollisuudessa vaihtoehtoiset ener­gianlähteet ovat jo käytössä, ja hybridi- ja säh­kömoottoreilla toimivat autot ovat jo vuosia huristelleet arjen tieliikenteessä. Niistä on kehittynyt luotettavia, kestäviä ja entistä edullisempia vaihtoehtoja. Ilmailualalla saman tempun tekeminen ei kuitenkaan ole yksinkertaista, sillä lentokoneisiin ja niiden osiin sovelletaan enemmän määräyksiä kuin autoihin. Myös käytön luotettavuuden ja turvallisuuden kysymykset ovat hieman eri luokkaa: jos sähköautosta loppuu virta kesken ajomatkan, sen voi ohjata tien si­vuun, mutta sähkö ei voi loppua lennettäessä yli yhdeksän kilometrin matkakorkeudessa.

Hybridi- ja sähkömoottorit tekevät tu­loaan ilmailuunkin monilla eri tasoilla – len­tokoulutuksessa käytettävistä ja harrastajien suosimista pienkoneista aina kaupallisen ilmailun matkustajakoneisiin. Aivan heti ei kyytiä ole kuitenkaan luvassa täysin elektro­nisesti lentävässä koneessa.

”Pyrimme siihen ja mahdollisimman nopeasti. Olemme panostaneet vaihtoeh­toisten energianlähteiden tutkimukseen ja kehitykseen huomattavat määrät osaa­mista ja rahaa, jotta siitä tulisi todellisuutta 2030-luvulla. Kuitenkin paljon kysymyksiä on vielä vailla vastausta”, Airbusin sähkö­energialähteiden käytön tutkimuksesta koko konsernin tasolla vastaava johtaja Glenn Llewellyn sanoo.

Aivan kuten autoteollisuudessa, energian varastointi on ilmailussakin keskeinen ky­symys, sillä liikettä syntyy vain niin paljon kuin akusta irtoaa tehoa. Toistaiseksi vielä on ratkaistava kysymyksiä muun muassa energian varastoinnin turvallisuuteen, luo­tettavuuteen, kokoon ja painoon liittyen.

”Uskomme akkuteknologian paranevan aiempaa nopeammin, koska siihen on val­tava tilaus niin kuluttajaelektroniikan val­mistajien kuin auto- ja ilmailuteollisuuden piirissä.”

”Sähköön siirtymiseen panostetaan nyt vahvasti. Kuitenkin akkujen on vielä kehityttävä, ennen kuin voimme kehittää niiden avulla lentävän sähkölentokoneen. Me olemme kehityksessä aktiivisesti mu­kana, mutta ennen kuin akkuongelmat on ratkaistu, on vaikeaa arvioida, milloin uudet lentokoneet voisivat olla markkinoilla”, Llewellyn toteaa.

Yhteistyötä yli rajojen

Airbusin ja Boeingin kaltaiset ilmailualan jättiläiset ovat tehneet yhteistyötä vaihto­ehtoisilla energianlähteillä toimivien lento­koneiden kehittämiseksi yli kymmenen vuotta. Täysin sähköllä käyvät moottorit tarkoittaisivat hiljaisempia ilma-aluksia, jol­loin lentokentät ja kiitotiet voitaisiin siirtää lähemmäs kaupunkeja ja ne voisivat – toisin kuin nykyään – myös toimia kellon ympäri.

Ilmailusektori on sitoutunut nollapääs­töjen tavoitteeseen vuoteen 2050 mennessä. Fossiilisten polttoaineiden käytön vähen­täminen tai niistä kokonaan luopuminen on olennainen osa tavoitteen toteuttamista. Lisäksi uudistukset voivat laskea lentoko­neiden operointikustannuksia ja siten laskea muun muassa lentolippujen hintoja.

Sähköratkaisujen lisäksi kaupallisen lentoliikenteen konevalmistajat lisäävät bio­polttoaineiden ja komposiittimateriaalien käyttöä. Niiden avulla voidaan keventää koneen painoa ja parantaa polttoainete­hokkuutta. Boeingin Bret Jensenin mu­kaan jatkuvasti kehittyvä ja innovaatioihin tarttuva ilmailuala on jo edennyt oletettua nopeammin päästöjen vähentämisessä ja fossiilisten polttoaineiden korvaamisessa.

”Meillä on koneistamme täysikokoisia testimalleja, joissa voimme testata uutta tek­nologiaa ja tarkastella niiden käytettävyyttä ja luotettavuutta perinpohjaisesti, ennen kuin niitä asennetaan varsinaisiin lentoko­neisiin”, Jensen kertoo.

Vaikka Boeing investoi miljoonia puh­taampien ja tehokkaampien koneiden kehi­tystyöhön, työ kantaa hedelmää vasta joskus tulevaisuudessa.

”Sähkökoneiden tulo kaupalliseen liiken­teeseen vie vielä pitkään. Kuinka nopeasti siitä tulee todellisuutta, riippuu uuden tek­nologian tuomista taloudellisista hyödyistä”, Jensen sanoo.

Toisaalta Airbus pyrkii kohti nolla­päästöjä myös kehittämällä pienempiä, kaupunkiolosuhteisiin sopivia ilma-aluksia. Esimerkiksi Los Angelesin kaltaisissa suurissa ja laajalle levinneissä kaupun­geissa, joissa on lisäksi useita lentokenttiä, hybridi- tai sähkökäyttöiset ilma-alukset – lentokoneet tai helikopterit – voivat jo ensi vuosikymmenellä lennättää matkustajia ja tavaroita lyhyemmillä matkoilla.

Itävaltalaisen Diamond Aircraft Industriesin DA40-koneesta muokattu hybridiversio lensi ensilentonsa 31. lokakuuta 2018. Hybridikone lentää pelkällä sähköteholla noin 30 minuuttia tai viisi tuntia hybridijärjestelmällä.

Yleisilmailussa ollaan jo ilmassa

Entä miltä näyttää harrastusilmailun puo­lella? Kuinka pienkoneiden valmistajat ovat hyödyntämässä vaihtoehtoisia energianläh­teitä ja miten nopeasti niitä olisi tarjolla?

Pienkoneiden valmistajat ovat tutkineet innokkaasti eri energialähteitä ja akkutek­nologiaa jo pitkään. Ensimmäiset täysin säh­köllä toimivat koneet ovat jo valmistuneet ja niitä lentää muutamia myös Pohjoismaissa. Suomeen ensimmäinen sähkölentokone, slovenialaisvalmistaja Pipistrelin Alpha Electro -kone, hankittiin vuosi sitten Helsingin sähkölentokoneyhdistyksen toi­mesta.

Myös itävaltalainen Diamond Aircraft on muuntanut suositun DA40-koneensa moottorin säh­kö-hybridikäyttöiseksi yhteis­työssä Siemensin kanssa. Kaksi 75 kilowatin sähkömoottoria tuottavat 150 kilowattia tehoa lentoonlähtöä varten. Nokalta löytyy dieselgeneraattori ja sähköä varastoivat akut on sijoi­tettu matkustamon takaseinälle. Akkujen ollessa täydessä latin­gissa pelkällä sähköllä voi lentää 30 minuuttia, kun taas hybridiä käytettäessä lentoaikaa on viisi tuntia.

Hybridikone teki ensilentonsa viime lokakuun lopussa Itävallan Wiener Neustadtissa.

”Meillä on toimiva proto­tyyppi, jolla haluamme näyttää maailmalle, mikä on hybridi-il­mailussa tällä hetkellä mahdol­lista. Aiomme kehittää teknolo­giaa tästä eteenpäin”, Diamondin hybridiprojektin johtaja, diplomi-insinööri Maarten Frijling sanoo.

”Emme ole tuomassa hybridikonetta suoraan markkinoille, vaan sen avulla me lentokonevalmistajana voimme nähdä, mikä toimii ja siten kehittää toimivan mallin serti­fiointia varten.”

Frijlingin mukaan moottoria on kehitet­tävä edelleen, sillä nykyisellään se olisi liian suuri tavallista käyttöä ajatellen. Kuitenkin DA40-hybridiversiolla voi jo tehdä lentoon­lähdön pelkällä sähköllä, mikä vähentää melua. Sähköstä irtoaa reippaat tehot lähtö­kiihdytykseen ja akut voidaan ladata jälleen täyteen lennon aikana.

Diamond pyrkii yleisilmailukonemarkki­noiden sähköisen kehityksen kärkikaartiin. Kunhan kaikki palaset saadaan kohdilleen, DA40-hybridikonetta tullaan markkinoi­maan sekä koulutus- että harrastuskäyttöön. Kuinka nopeasti se tapahtuu, riippuu – sa­moin kuin kaupallisen ilmailun puolella – akkuteknologian kehityksestä.

”Akkujen kehitys hidastaa täyssähköisten koneiden kehi­tystä ja yleistymistä. Me pää­timme rakentaa välimuodon eli hybridin, jossa yhdistyvät sekä sähkölentokoneen edut että pitkän kantaman mahdolli­suudet.”

”Uskon, että näemme seu­raavien 5–10 vuoden aikana todellisen käänteen kohti sähkö­käyttöisiä lentokoneita. Niiden luotettavuus ja turvallisuus tulee kohenemaan niin, etteivät elekt­roniset koneet eroa siinä suh­teessa enää perinteisistä poltto­moottorikoneista. Tilastollisesti sähkömoottori on itse asiassa luotettavampi vaihtoehto, sillä siinä on vähemmän liikkuvia osia, ja pitkällä tähtäimellä sähkö- tai hybridikoneen maine tulee ole­maan turvallisempi – ja vertailu­kelpoisella hinnalla”, Diamondin Frijling ennakoi.

Slovenialaisvalmistaja Pipistrel kehitti Alpha Electron lentokoulujen koulutuskoneeksi, mutta se vetoaa myös ilmailun harrastajiin, jotka etsivät täysin sähkökäyttöistä lentokonetta kilpailukykyiseen hintaan.