Elektrická letadla mají být za rohem. Ale jak vzdáleným?

Rychlý přechod k elektrifikované letecké přepravě má těžký probléem. Dnešní baterie nestačí požadavkům, která se na dopravní stroje kladou.

Všichni dobře víme, že změny nebývají jednoduché. Byť jsou ve výsledku třeba pozitivní, málokdy je snášíme bez skřípění zubů. Není tak divu, že proponenti změn dělají vše pro to, aby naše obavy zmírnili a dopředu nás utěšili.

Přesně to se dnes děje v oboru elektrického létání, upozorňuje v nedávném sloupku pro časopis IEEE Spectrum Václav Smil, v Kanadě působící odborník českého původu a autor mnoha knih, které s oblibou doporučuje například Bill Gates.

Opakovaně se nám dostává ujištění, že potenciál komerčního elektrifikované letecké dopravy je ohromný a tato nová kategorie letadel zcela změní náš život. Skutečnost je ovšem podstatě skromnější, vysvětluje Smil.

Nepovedené starty

Kdyby měly pravdu všechny zprávy, elektrická letadla by byla už dávno mezi námi. V roce 2017 společnosti Boeing a JetBlue financovaly americkou společnost Zunum Aero, která neslibovala nic menšího než proměnu letecké dopravy pomocí elektrických letadel na krátké vzdálenosti schopných přepravit 12 osob, a to do roku 2022. O dva roky později společnost Boeing odmítla pokračovat ve financování projektu.

Na pařížském leteckém veletrhu v červnu 2019 představil generální ředitel společnosti Eviation Alici, devítimístné příměstské letadlo, které mělo dva tlačné motory na koncích křídel – což je velmi pochybná konstrukce – a řekl: “Tohle není nějaké hypotetické letadlo… Už funguje.” Nefungovalo. První let se neuskutečnil, jak bylo oznámeno, a v roce 2021 byly motory přemístěny na záď trupu.

Čím větší nároky, tím rychlejší ústup. První elektrické letadlo na světě, Sun Flyer, letělo v červenci 2017 v Oshkoshi ve Wisconsinu půl hodiny ve výšce 1 000 stop. Konstruktér, společnost Bye Aerospace, uvedl, že postaví větší model schopný přepravit čtyři osoby na vzdálenost 300 mil – skutečný převrat. FAA tvrdí, že do roku 2020 povolí provoz elektrického letadla. Sun Flyer má však problémy s naplněním očekávání.

Sun Flyer 2 vzlétl v říjnu 2018 a poprvé přeletěl kanál La Manche, ale pouze se dvěma lidmi – ne se čtyřmi. Letadlo bude nyní rozšířeno, aby se do něj vešli čtyři lidé. Větší verze, Sun Flyer 4, měla vzlétnout v roce 2019, aby byla připravena k certifikaci v roce 2020. Nyní však není stanoveno žádné datum prvního startu.

Pravda, existuje Pipistrel Velis Electro, první elektrické letadlo, které získalo letovou certifikaci Evropské unie. Je schopen přepravovat pouze dvě osoby, a má zhruba hodinovou výdrž. Nejrychlejším elektrickým letadlem vůbec je zatím pouze sportovní Rolls-Royce Spirit of Innovation (Duch Inovace), který žádné cestující nevozí a vozit nikdy nemá.

Většina nových technologií nastupuje pomalu a lopotně, to se dá očekávat. V případě elektrifikace letectví nejde ovšem jen o to, že část příliš ambiciózních výrobců či kladla nerealistické cíle a dočkala se logického neúspěchu. Problém je mnohem zásadnější. Či možná by bylo lepší říci širší.

Tisíce, miliony, miliardy

Celý světový letecký průmysl – včetně nákladních, charterových a firemních letů – přepraví ročně 6 miliard cestujících a 2 miliardy tun nákladu. Pokud by všech 11 000 komerčních letadel (a 100 000 soukromých tryskáčů), která jsou dnes v provozu, bylo nahrazeno elektrickými letadly, ušetřilo by se 4,4 milionu tun paliva ročně, což by mohlo odpovídat zhruba částce kolem 50 miliard dolarů.

 Celosvětová flotila letadel pro přepravu cestujících však roste o více než 8 % ročně. Očekává se, že do roku 2030 se roční růst zpomalí na 5 %, což stále znamená zdvojnásobení celosvětové flotily letadel každých 15 let.

Letecká doprava vzrostla z 28 miliard osobokilometrů v roce 1950 na 2,8 bilionu osobokilometrů v roce 2000, což představuje stonásobný nárůst. Před pandemií pak dosáhl roční objem přepravy téměř 9 bilionů osobkilometrů.

Biliony osobokilometrů mohly tak rychle přibýt díky nástupu širokotrupých letadel přepravujících 300 až 500 cestujících na jedno letadlo mezi kontinenty. Jak připomíná Smil, rychlý nárůst objemu přepravy byl možný díky letům na dlouhých, a přitom velmi frekventovaných trasách. Mezi Evropou a Severní Amerikou je zapotřebí překonat zhruba šest tisíc kilometrů. Na cestě mezi Evropou a východní Asií je zapotřebí překonat vzdálenost kolem osmi tisíc kilometrů. A mezi Severní Amerikou a Asií leží zhruba 11 tisíc kilometrů širého oceánu.

Proti tomu nárůst přepravy na kratší vzdálenosti byl podstatně méně výrazný. Pokud k němu došlo, tak především ve větších zemích a na delších trasách. Na menších vzdálenostech letadla tak dobře jiným typům dopravy konkurovat tak účinně nemohou. Příkladem ostatně může být nedávné ukončení provozu letecké společnosti Alitalia. Ta v nezvykle vysoké míře spoléhala na domácí linky, kde se ovšem ukázaly populárnější levnější, pohodlně a prakticky stejně rychlé vlaky (pravda do jisté míry dotované státem).

Mimochodem, příklad Itálie ukazuje, že “elektrifikace letectví” někdy může proběhnout v podstatě uzemněním letadel. Došlo k výměně jednoho dopravního prostředku za jiný. To je možné u regionálních linek, zatím ale nemáme dopravní prostředek, který by letadla dokázal takto jednoduše nahradit na delší vzdálenosti. Může na nich tedy proběhnout přímočará výměna letounů na fosilní paliva za letadla na baterie?

Problém paliva

Motory dnešní dopravních strojů jsou poháněny leteckým petrolejem, který poskytuje energii téměř 12 000 watthodin na kilogram. Naproti tomu nejlepší současné komerční li-ion baterie poskytují méně než 300 Wh/kg, tedy jednu čtyřicetinu (1/40) energetické hustoty petroleje. Dokonce i když vezmeme v úvahu vyšší účinnost elektromotorů, klesne efektivní hustota energie přibližně na pět procent hodnoty petroleje, tedy jednu dvacetinu (1/20). Tuto výkonností propast mohou baterie v příští dvou desetiletích těžko překonat.

Za posledních 30 let se maximální hustota energie baterií zhruba ztrojnásobila. I kdyby elektrochemici tento výkon zopakovali a v roce 2050 nám poskytli baterie s kapacitou 1 000 Wh/kg, stále by to zdaleka nestačilo na to, abychom mohli letět letadlem bez mezipřistání z New Yorku do Tokia, což už léta dělají letecké společnosti All Nippon Airways, Japan Airlines a United Airlines s Boeingem 777. A zatímco letadla na kerosin jsou cestou k cíli pouze lehčí a lehčí, elektrická letadla budou s sebou musí vždy nést obrovské baterie.

Neměli bychom se nechat zmást analogií s elektrickými vozy. Jak automobily, tak letadla musí sice překonávat v pohybu především odpor vzduchu. Ovšem síly, kterým jsou vystaveny, jsou velmi rozdílné. Elektromobil dosahuje maximální rychlosti přibližně 160 kilometrů za hodinu. Typický elektromobil o hmotnosti dvou tun musí při této rychlosti vyvinout k překonání odporu vzduchu sílu řádově stovek Newtonů. To si v podstatě můžete představit jako sílu, kterou Země přitahuje objekt o hmotnosti řádově několika desítek kilogramů.

Ovšem větší dopravní letadlo musí překonat odpor vzduchu o několik řádů vyšší, obvykle ve stovkách tisíc Newtonů. Při současné hustotě baterií si takový stroj vůbec těžko představit. Baterie by rozhodně tvořily velkou část jeho celkovou hmotnosti, i kdyby byly výrazně výkonnější než dnes.

Na papíře samozřejmě existují způsoby, jak si s problémem poradit. Baterie nemusí být umístěny v samotném letadle. Baterie by se mohly například vyměňovat za letu, čímž by se snížila potřeba letadla schopného pojmout tisíce kilowatthodin lithium-iontových baterií. Tento scénář by však musel zahrnovat flotilu elektrických letadel, která by cestovala v tandemu. Kromě toho by elektrické letadlo muselo nést další komponenty, včetně motorů, převodovek, vrtulí, motorů. Jinak řečeno, jde zatím o sci-fi.

Existuje trh, na kterém se elektrické stroje mohou uchytit: je to doprava menšího počtu osob na menší vzdálenosti: v podstatě tedy „aerotaxi“. V této oblasti jsou technické překážky nejmenší a nejsnáze překonatelné, Jak jsme ale uváděli, podíl takových letadel na celkovém trhu je velmi malý.

Elektrifikace letů na krátké vzdálenosti by i tak samozřejmě mohla mít svoje výhody a mohla by zlepšit život a zpříjemnit cestování milionům, které žijí v odlehlejších částech světa. V řadě případů by mohla možná i dopravu zlevnit, třeba díky snížení nákladů na dopravu paliva na odlehlejší letiště (samozřejmě by bylo nutné vybudovat v takových místech zdroje elektřiny, ale to má i další přidružené pozitivní efekty). Ovšem zavedení malých vrtulových letadel na elektrický pohon svět letecké dopravy nezmění.

Stroj Alice v barvách společnosti DHL (foto DHL)
Elektrické letadlo Alice společnosti Eviation. Letoun se má dodávat jak v nákladní verzi, tak i verzi pro přepravu osob. K ovládání stroje stačí jeden pilot, nosnost je poměrně skromných 1200 kilogramů. Doba nabíjení na jednu letovou hodinu je přibližně 30 minut. Maximální dolet je 815 kilometrů. Tucet těchto strojů předběžně objednala společnost DHL. (foto DHL)

Peníze, peníze

Letecký průmysl navíc vyžaduje obrovské investice. Odhady před začátkem epidemie nemoci covid-19 uváděly, že v letech 2018 až 2038 se bude kombinovaný trh s novými letadly spolu s náklady na jejich údržbu, opravy a související výcvikové služby pohybovat v řádu 16 bilionů amerických dolarů. Takto obrovské výdaje vyžadují dlouhé plánovací horizonty, zakotvené v závazcích ke konkrétním projektům a objednávkám letadel.

Letecký průmysl si je vědom rozdílu mezi svými potřebami a technologií baterií. Mezinárodní asociace leteckých dopravců (IATA), která zastupuje 275 leteckých společností, uvádí, že “do doby, než se elektrická letadla stanou realitou, zbývá ještě nejméně 20 let”. Očekává se, že do roku 2037-38 se rozdíl zmenší natolik, že umožní “rychlý nárůst” počtu elektrických letadel.

IATA se v tomto případě řídí historickým precedentem. Pokud se podíváme na historii nasazení nejdůležitějších leteckých motorů, zjistíme, že většina z nich byla zavedena až po 20 letech, a některým dokonce trvalo téměř 40 let, než dosáhly svého plného potenciálu.

Vyvinout a zkonstruovat nový významný letecký motor, který může pohánět širokou škálu letadel, a nejen několik modelů, trvá dlouho. Dlouhou dobu trvá také vybudování infrastruktury a vyškolení inženýrů pro podporu provozu a údržby tohoto nového motoru a modelů letadel a flotil, které bude pohánět.

To znamená, že o příštích několika desetiletích v tomto odvětví je již rozhodnuto. Vzhledem k tomu, že průměrná životnost dopravních letadel je něco málo přes 20 let, nadcházející nákupy nových letadel rozšíří stávající flotilu nejméně o polovinu. A všechna tato nová letadla budou spoléhat na motory poháněné kerosinem.

Související články

Vložit komentář...