Prototipe Alice karya Eviation. Ian Langsdon / EPA

Pemerintah Inggris berencana untuk melarang penjualan mobil bensin dan diesel konvensional baru oleh 2040. Jelas rencananya adalah untuk semua warga negara untuk mengendarai mobil listrik atau hibrida-listrik, atau - lebih baik lagi - mengendarai sepeda. Tetapi dapatkah elektrifikasi membantu mengurangi emisi dari bentuk transportasi penumpang lain yang intensif karbon, terbang?

Ini adalah pertanyaan yang kompleks dan masalah ukuran. Dimungkinkan bagi pesawat terbang kecil untuk ditenagai oleh listrik. Bahkan beberapa perusahaan sudah mengembangkan pesawat listrik kecil dan mereka bisa datang di pasar dalam beberapa tahun ke depan.

Tetapi untuk pesawat besar yang kita semua gunakan lebih sering tidak mungkin terjadi dalam waktu dekat. Masalahnya bukanlah teknologi propulsi tetapi penyimpanan energi. Bahan bakar jet mengandung sekitar 30 kali lebih banyak energi per kilogram daripada baterai lithium-ion tercanggih yang saat ini tersedia.

Pesawat penumpang terbesar di dunia, Airbus A380, dapat menerbangkan 600 penumpang 15,000 kilometer dalam satu penerbangan. Tapi, menurut perhitungan saya, dengan baterai hanya bisa terbang sedikit di atas 1,000 kilometer. Bahkan jika semua penumpang dan barang diganti dengan baterai, jangkauannya masih akan kurang dari 2,000 kilometer. Untuk menjaga jaraknya saat ini, pesawat akan membutuhkan baterai yang beratnya 30 kali lebih banyak daripada asupan bahan bakarnya saat ini, artinya pesawat itu tidak akan pernah turun dari tanah.

Pertukaran ini sangat buruk untuk penerbangan jarak jauh karena bahan bakar membuat setengah dari berat pesawat saat lepas landas. Terlebih lagi, pesawat konvensional menjadi lebih ringan ketika bahan bakar dikonsumsi, tetapi pesawat listrik harus membawa bobot baterai yang sama untuk seluruh penerbangan. Seperti yang saya katakan, ukuran itu penting.

Untuk pesawat ringan lima hingga sepuluh kursi, bahan bakar kemungkinan membuat 10% hingga 20% dari berat pesawat. Cukup menukar bahan bakar untuk baterai mungkin masih mengurangi jarak pesawat bisa terbang dengan jumlah yang tidak praktis. Tetapi mengganti dua atau tiga penumpang dengan baterai tambahan akan memberikan kisaran 500 kilometer ke 750 kilometer, dibandingkan dengan kisaran bertenaga bahan bakar lebih dari 1,000km.

Model komersial pertama

Namun, mungkin ada opsi lain. Perusahaan Israel Eviation baru-baru ini mengungkapkan versi prototipe dari apa yang diklaimnya sebagai pesawat penumpang semua-listrik komersial pertama di dunia. Pesawat, bernama Alice, tidak hanya menukar bahan bakar jet dengan baterai tetapi juga konsep desain baru yang meningkatkan cara sistem propulsi diintegrasikan ke dalam badan pesawat. Mengangkut sembilan penumpang dengan jangkauan 1,000km, Alice diharapkan untuk memasuki layanan di 2022.

Alice mungkin merupakan alternatif praktis untuk perjalanan kecil dan regional tetapi tidak untuk sebagian besar penerbangan penumpang terjadwal, bahkan yang jarak pendek. Jadi bagaimana elektrifikasi dapat membantu di sini? Meningkatkan teknologi baterai adalah salah satu opsi. Teknologi baru yang dikenal sebagai baterai lithium-air secara teoritis dapat mencapai kepadatan energi yang sama dengan bahan bakar jet. Namun, mereka masih dalam tahap laboratorium. Mengingat sifat sadar yang sangat aman dari industri penerbangan, tidak mungkin untuk merencanakan pesawat masa depan pada teknologi yang belum terbukti.

Apa yang lebih mungkin kita lihat untuk penerbangan jarak pendek di tahun-tahun 20 ke 30 berikutnya adalah pesawat hibrida yang menggabungkan mesin turbofan saat ini dengan sistem penggerak listrik baru. Sistem hybrid yang lebih fleksibel ini dapat dioptimalkan untuk memberikan daya dorong tinggi yang diperlukan untuk lepas landas dan kepadatan energi yang dibutuhkan untuk pelayaran yang panjang.

E-Fan X hybrid. Airbus

Ini adalah area yang secara aktif dikejar dalam E-FanX proyek, yang melibatkan Airbus, Rolls-Royce dan Siemens bekerja sama untuk mengembangkan demonstran penerbangan tenaga hibrida-listrik. Menggunakan pesawat BAe 146, yang biasanya membawa sekitar penumpang 100, mereka berencana untuk mengganti salah satu dari empat mesin turbofan Honeywell pesawat dengan kipas penggerak yang digerakkan oleh motor listrik dua megawatt.

Pada fase awal proyek, listrik sebenarnya akan dipasok oleh turbin gas Rolls-Royce AE2100 yang bertempat di badan pesawat (badan utama). Namun E-FanX masih akan menjadi langkah penting dalam evolusi teknologi listrik hibrida. Kata Airbus ia ingin membuat teknologi ini tersedia untuk pesawat dengan kursi 100 oleh 2030s.

Dimungkinkan juga untuk melengkapi pesawat dengan beberapa penggerak listrik kecil dalam apa yang disebut sistem propulsi terdistribusi yang lebih efisien daripada desain tradisional yang menggunakan dua turbofan besar. Gagasan ini dapat diambil lebih jauh dengan menggabungkan badan pesawat dan sayap yang terpisah menjadi satu “tubuh-sayap-campuran", Lebih efisien mengintegrasikan propulsor dengan badan pesawat dalam desain yang lebih aerodinamis. Ini dapat mengurangi jumlah energi yang dibutuhkan oleh pesawat sebesar 20%.

Namun tak satu pun dari dua pabrikan pesawat utama dunia, Boeing dan Airbus, yang secara aktif mengejar teknologi blended wing. Pergeseran desain besar seperti itu memiliki terlalu banyak tantangan teknis untuk membuatnya layak secara komersial sekarang juga. Misalnya, sebagian besar bandara tidak akan dapat mengakomodasi pesawat sayap campuran.

Tidak ada alternatif

Sayangnya, untuk jenis penerbangan yang sebagian besar dari kita buat saat ini tidak ada alternatif praktis untuk turbofan berbahan bakar jet. Untuk alasan ini, produsen mesin pesawat terbang utama berinvestasi besar-besaran dalam meningkatkan teknologi mesin mereka saat ini. Asosiasi Transportasi Udara Internasional memperkirakan itu setiap generasi baru pesawat rata-rata 20% lebih hemat bahan bakar daripada model yang digantikannya, dan bahwa maskapai penerbangan akan menginvestasikan US $ 1.3 triliun pada pesawat baru selama dekade berikutnya.

Misalnya, mesin terbaru Rolls-Royce, the Trent XWB yang memberdayakan yang baru Airbus A350, dipasarkan sebagai “mesin aero besar paling efisien di dunia”. Airbus mengklaim mesin ini akan membantu A350 mencapai “25% lebih rendah biaya pengoperasian, pembakaran bahan bakar, dan CO? emisi jika dibandingkan dengan pesawat generasi sebelumnya”.

Generasi berikutnya dari mesin Rolls-Royce, the UltraFanTM, akankah menawarkan pengurangan konsumsi bahan bakar dan CO sebesar 20% hingga 25%? emisi dan akan mulai beroperasi pada tahun 2025.

Namun perlu diingat bahwa penerbangan saat ini hanya menyumbang 2% hingga 3% CO global? emisi. Bandingkan dengan sekitar 30% hingga 35% untuk seluruh sektor transportasi, dan 30% hingga 35% untuk pembangkit listrik.

Jumlah penumpang udara adalah diperkirakan akan berlipat ganda selama dua dekade berikutnya tetapi demikian juga total emisi sehingga ini tidak mungkin membuat penerbangan menjadi bagian yang lebih besar dari masalah. Mengurangi emisi penerbangan sebesar 20% per generasi pesawat mungkin mungkin bukan peningkatan berkelanjutan. Tetapi jika pesawat hibrida menjadi kenyataan, maka terbang benar-benar dapat menjadi kontributor total emisi yang lebih sedikit daripada saat ini.

Tentang Penulis

Duncan Walker, Dosen Senior Aerodinamika Terapan, Loughborough University

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.