Az elektromos repülés már nem sci-fi, nemsokára robothelikopterekkel utazhatunk

Amikor a klímaváltozásról beszélünk, rendre előkerül a repülés mint az egyik legnagyobb károsanyag-kibocsátással járó ágazat. Talán kevésbé ijesztő a kép, ha az arányt nézzük: a globális kibocsátás 2,4 százaléka jut a légi közlekedésre. A trend mindenesetre az, hogy egyre többet repülünk, és ha nem változtatunk valamit a rendszerben, akkor néhány évtized alatt megsokszorozódhat a légi közlekedés üvegházgáz-kibocsátása, jó nagy löketet adva a klímaváltozásnak.

Maga az iparág is a karbonsemlegesség elérését tűzte ki 2050-re, de az előrejelzések szerint meglehetősen rögös vagy inkább légörvényes út vezethet odáig. A technológiai fejlesztések már előrehaladott állapotban vannak, de még egyáltalán nem biztos, hogy a bioüzemanyagok, a hidrogén- vagy teljesen elektromos, hibrid-elektromos meghajtás, esetleg a vitorlázórepülés képesek lesznek teljes mértékben kiváltani a fosszilis energiahordozók használatát, hiszen mindegyiknél van még néhány leküzdendő akadály.

Ahogy a közúti közlekedésben egyre nagyobb szerepet kapnak az elektromos és hibrid meghajtású autók, úgy a repülésben is létezik ez az irány. Több mint száz éve. Kármán Tódor vezetésével már 1917-ben készült egy olyan helikopterjellegű szerkezet, amelyet négy darab elektromos motor emelt el a földről. A használhatósággal voltak bajok, hiszen az áramot a motorok kábeleken keresztül, a földről kapták.

„Ha troliszerű lenne egy repülőgép, nem lenne nagy kihívás megcsinálni az elektromos meghajtását”

– mondta Balázs Gergely György, a Rolls-Royce Magyarország ügyvezető igazgatója, aki egy hazai mérnökcsapat élén fenntartható elektromos technológiai fejlesztéseken dolgozik.

Ha már a technológiatörténetbe belekaptunk, megjegyezte, úgy tűnik, hogy Közép-Európa „meg van fertőzve” az elektromos repüléssel, hiszen 1973-ban Ausztriában volt a modern kor első elektromos repülése, 2011-ben pedig Bécsújhelyen emelkedett magasba az első hibrid hajtású gép. Most Budapesten ültünk egy olyan kutató-fejlesztő vállalat bázisán, amelynek az ötleteit megvalósítják az elektromosenergia- és hajtásrendszerek terén. Bár itthon a Rolls-Royce-t a legtöbben még mindig a luxusautóval azonosítják, a márkanév nagyjából ötven éve már a repülőgépiparban cseng jobban, szóval nem hirtelen profilváltásról van szó.

A légi ipar több meghatározó szereplője, hajtóműgyártók, így a Rolls-Royce is vállalta, hogy karbonsemlegessé válik 2050-re, a vállalat az elsők között csatlakozott az ENSZ Race to Zero (verseny a nulláig) nevű kezdeményezéséhez. Amikor a cég károsanyag-kibocsátás szempontjából átvilágította önmagát 2019-ben, arra jutottak, hogy a több megatonnás kibocsátásuk 97,67 százaléka a hajtóműveikből jön, így nyilvánvalóvá vált, hogy azzal kell leginkább foglalkozniuk.

Arra még várni kell, hogy több száz tonnás gépek több ezer kilométernyi távolságra repüljenek tisztán elektromos meghajtással, de azért már most látszanak olyan szegmensei a repülésnek, ahol valós alternatívát jelenthet az elektromos motor.

„Az Urban Air Mobility, a városi légi közlekedés még egy rendkívül kicsi iparág, de nagy potenciál van benne. Néhány metropoliszban, mint New Yorkban vagy Rio de Janeiróban már most is vannak olyan ingajáratok, amelyek magas épületek tetején található heliportokon összegyűjtik az utasokat, és a nagy repterekre viszik őket. Közúton ez órákig is eltarthat, míg egy ilyen légi taxinak tízpercekbe. Ez még általánosabbá válhat, persze ne gondoljuk, hogy olyan összevisszaság lesz, mint a sci-fikben. Meghatározott útvonalakon mehetnek csak ezek a helyből felszálló légi járművek” – mondta Balázs Gergely György.

Ezek a légi járművek a tervezőasztalon még futurisztikusnak tűnnek. A Vertical Aerospace egyik járműve például egy helikopter és egy repülőgép öszvérének mutatja magát (ez látható a cikk tetején a képen). A szárnyakon elhelyezett nyolc, felfelé néző légcsavarból négy bebillenthető, így könnyen át tud váltani horizontális mozgásba.

Ha két-három hajtómű leállna, a gép akkor is irányítható maradna. A mérnökök szerint belső égésű motorokkal ezt nem lehetne megcsinálni, így biztonsági érvek is szólnak az elektromos hajtás mellett.

A tervek szerint kezdetben még pilóták repülik majd ezeket az eszközöket, de a távolabbi cél, hogy automata üzemben is működhessenek.

Az elektromos meghajtás nemcsak a légi taxizásban, hanem a regionális légi közlekedésben is nagyobb szerepet kaphat. Norvégia, Skócia és az Egyesült Államok egyes részein, ahol nehézkes a szárazföldi vagy vízi közlekedés, már eddig is kis hatótávolságú, alacsony utasszámú gépek repültek. Ezeken az utakon teljesen elektromos járművekkel is lehet helyettesíteni a fosszilis üzemanyaggal működő gépeket. „A Rolls-Royce az olasz Tecnammal közösen 2021-ben például már tesztelt egy hibrid hajtással működő, négyüléses kisgépet, ennek a tapasztalatait felhasználva lehet kialakítani az akkumulátoros töltéssel és elektromos hajtással működő, kilencüléses gépet, amit a tervek szerint már ebben az évtizedben rendszeresítenek Skandináviában.”

Az elektromos repülőgépeknek néhány kérdésre még választ kell adniuk. A lítiumion-akkumulátorok jóval kisebb energiasűrűséget képesek biztosítani, mint a most megszokott üzemanyag, a kerozin. Ahogy az elektromos autók is jóval nehezebbek azoknál, amelyekben belső égésű motorok vannak, az elektromos repülőgépeknél is számolni kell a nagy tömegű akkumulátorokkal. És ezektől meg sem lehet úgy szabadulni, mint a folyékony üzemanyagtól, landoláskor is ugyanakkora géptömeggel kell kalkulálni. A töltésre két lehetőség van, vagy egyszerűen kicserélik az akkukat, mint egy kazettát, vagy egy nagy teljesítményű töltőre kapcsolják.

„Egy hagyományos repülős ember nem nagyon szereti, ha minden leszállásnál egy fő elemet cserélni és rögzíteni kell. Egyáltalán nem triviális, hogy milyen energiatárolási mód a biztonságos” – mondta Balázs Gergely György.

Amikor nagy teljesítményre van szükség, például startoláskor, akkor az akkumulátorok kellő üzemi hőfokáról is gondoskodni kell. A skandináv piacon pedig simán előfordulhatnak nagy hidegek, így az akkuk felfűtése is szóba kerülhet.

Az is repülésbiztonsági kérdés, hogy az akku töltése milyen hatótávolságra elég. Míg elektromos autóknál a bruttó és nettó akkumulátorkapacitás között nagyjából 20 százalék a különbség, addig itt ez 50 százalék felett is lehet. Viszonylag gyakran előfordul, hogy a gépeknek kitérő repülőteret kell keresniük a rossz időjárási viszonyok miatt. Ezért kell nagy tartalékokat fenntartani.

Az iparág egyelőre lítiumion-akkumulátorokban gondolkodik, de készen áll egy gyors technológiai váltásra is.

Az aksik töltése ideális esetben szél- vagy napenergiával valósul meg, de kis méretű moduláris reaktorokban is gondolkodnak az iparági szereplők, ezek akár egy üzem vagy egy kisebb városrész energiaellátására is alkalmasak lehetnek.

Balázs Gergely György úgy látja, az elektromos technológia nemcsak kompromisszumok kötésével jár, de sok új dolgot is behozott a tervezésbe, ami például a villanyautóknál nem annyira látványos. A hagyományos repülőgépekhez képest több lehetőség van játszani a dizájnnal, aerodinamikailag előnyösebb megoldások születhetnek azzal, hogy kisebb és több típusú hajtóműveket lehet elhelyezni a gép testén vagy szárnyán. Bár a Rolls-Royce fő profilja az energiaelosztó és hajtásrendszerek tervezése és gyártása, a géptesteket gyártó partnereknek is tesznek javaslatokat a hajtóművek elhelyezésére.

Az elektromos repülésre való átálláshoz nem elég, hogy biztonságosan üzemelő gépeket terveznek, de legalább ekkora feladat a kiszolgáló háttér megteremtése. „Az infrastruktúra villamos autóknál is komoly kihívás volt; hiába van jó hajtásrendszered, ha nem tudod feltölteni, akkor használhatatlan. A villanyautóknál is láttuk, hogy nem volt egységes töltőinfrastruktúra, még továbbra is tart az evolúció, Európa már jobbára csak egy típust használ, de még mindig vannak olyan autótípusok, amelyeket nem tudsz azon tölteni. A Rolls-Royce nemcsak a fejlett légi közlekedés járművei számára kínál technológiai megoldásokat, hanem az infrastruktúra kapcsán felmerülő kihívásokat is törekszik integráltan megoldani. A repülésben is ezt várom, valahogy elindulunk, aztán szépen lassan standardizálódik majd. A játékteret azért csökkenti, hogy a repülőknél jóval nagyobb wattokról beszélünk” – mondta Balázs Gergely György.

Az elektromos repülés még egy kezdeti fázisban lévő, fortyogó iparág, amelyben a startupok is jelentős szerepet visznek a jármű- és hajtásfejlesztésben. Hogy ki válik igazán erős szereplővé, az azon múlik, ki tudja majd jól elhelyezni a termékeit a piacon. A dekarbonizáció erőltetett menetet követelne meg a környezetbarát repülési módok elterjedésétől, de az elektromos szektorban nem csak azon múlik, hogy kinek van arra elég pénze, hogy lecserélje a flottáját.

„Amikor arról beszélünk, hogy ezek a gépek mikor fognak kereskedelmi forgalomba kerülni, akkor nemcsak azon fog múlni, hogy mi milyen gyorsan húzzuk a vonalakat a dizájnerprogramokban, és aztán milyen gyorsan tudjuk majd legyártani, hanem azon is, hogy egyáltalán lesz-e hozzá megfelelő tanúsítvány, certifikáció. Még a hatóságok is csak most alakítják ki a szabványaikat, éppen ezért velük is együtt kell működni”

– mondta Balázs Gergely György. A repülés villamosítása mindezzel együtt is már inkább a jelen, bizonyos szegmensekben már ebben az évtizedben megtörténik, és milliárd dolláros iparággá válik.

Egy tanulmány szerint a globális fejlett légi közlekedési piacon 2050-re csak az ázsiai és csendes-óceáni régió az összes üzemeltetett elektromos, függőlegesen fel- és leszálló légi jármű több mint felét, és a globális bevétel több mint 40 százalékát adhatja.

A kisgépek üzemeltetésének karbon-semlegessé tétele is fontos lépés környezeti szempontból, de nem ezek, hanem a nagy utasszállítók vannak szem előtt, amikor a kibocsátáscsökkentésről beszélünk. Addig még hosszú út vezethet, hogy ezeknél is csak elektromos hajtás legyen. Most a fenntartható üzemanyagok tesztelése zajlik – ezeknél ellenérv, hogy túl sok mezőgazdasági területet igényelnek, amivel az élelmiszer-termelés kap egy pofont –, a következő lépcsőfok pedig a hidrogéntechnológia lehet a jelenleg alkalmazott hajtóművek módosításával, majd a hibrid hajtások bevezetésével.

„Várhatóan a teljesen elektromos rendszerek csak sokkal később jelenhetnek meg nagy utasszállító gépekben. Hosszú út áll előttünk még e téren, és az egyik legnagyobb kihívás az, hogy az akkumulátorok továbbra is nehezek, teljesítménysűrűségük pedig fajlagosan alacsonyabb, mint a kerozinnak” – mondta Balázs Gergely György.