हमारे पास इलेक्ट्रिक विमान क्यों नहीं हैं?

हमारे पास इलेक्ट्रिक विमान क्यों नहीं हैं?
सीसी द्वारा एनडी

इलेक्ट्रिक कार, ट्रेन, ट्राम और नावें पहले से मौजूद हैं। यह तार्किक रूप से इस सवाल की ओर जाता है: हम बड़े इलेक्ट्रिक विमान क्यों नहीं देख रहे हैं? और क्या हम उन्हें जल्द ही देखेंगे?

हमारे पास इलेक्ट्रिक कार और ट्रेनें क्यों हैं, लेकिन कुछ इलेक्ट्रिक प्लेन हैं? मुख्य कारण यह है कि कार या ट्रेन को मौलिक रूप से संशोधित करना बहुत सरल है, भले ही वे बाहर के पारंपरिक जीवाश्म-ईंधन वाहनों के समान हों।

भूमि वाहन आसानी से बिजली भंडारण या विद्युत प्रणोदन प्रणाली से अतिरिक्त द्रव्यमान का सामना कर सकते हैं, लेकिन विमान बहुत अधिक संवेदनशील हैं।

उदाहरण के लिए, 35% से कार का द्रव्यमान बढ़ने से 13-20% के ऊर्जा उपयोग में वृद्धि होती है। लेकिन एक विमान के लिए, ऊर्जा का उपयोग सीधे द्रव्यमान के समानुपाती होता है: 35% द्वारा अपने द्रव्यमान को बढ़ाने का मतलब है कि उसे 35% अधिक ऊर्जा (अन्य सभी चीजें समान होने की आवश्यकता है)।


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लेकिन वह कहानी का केवल एक हिस्सा है। विमान जमीनी वाहनों की तुलना में बहुत अधिक यात्रा करते हैं, जिसका अर्थ है कि एक उड़ान को औसत सड़क यात्रा की तुलना में कहीं अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विमान को प्रत्येक उड़ान के लिए अपने द्रव्यमान को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक सभी ऊर्जा को जहाज पर रखना चाहिए (एक विद्युत ग्रिड से जुड़ी ट्रेन के विपरीत)। एक भारी ऊर्जा स्रोत का उपयोग करना इस प्रकार एक उड़ान के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो अतिरिक्त द्रव्यमान की ओर जाता है, और इसी तरह और भी।

एक विमान के लिए, द्रव्यमान महत्वपूर्ण है, यही वजह है कि एयरलाइंस तेजी से सामान का वजन करती है। इलेक्ट्रिक विमानों को प्रति किलोग्राम बैटरी की पर्याप्त ऊर्जा के साथ बैटरी की आवश्यकता होती है, या बड़े पैमाने पर जुर्माना का मतलब है कि वे लंबी दूरी तक नहीं उड़ सकते हैं।

कम दूरी के विमान

इसके बावजूद, इलेक्ट्रिक विमान क्षितिज पर हैं - लेकिन आपको जल्द ही किसी भी समय इलेक्ट्रिक एक्सएनयूएमएक्स दिखाई नहीं देगा।

आज का सबसे अच्छा उपलब्ध लिथियम आयन बैटरी पैक लगभग 200 वाट-घंटे (प्रति) प्रति किलोग्राम प्रदान करता है, के बारे में वर्तमान विमान ईंधन की तुलना में 60 गुना कम है। इस प्रकार की बैटरी लगभग 100km की दूरी पर चार यात्रियों के साथ छोटी इलेक्ट्रिक एयर टैक्सियों को बिजली दे सकती है। लंबी यात्राओं के लिए, अधिक ऊर्जा-घनी कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।

उदाहरण के लिए, 30km से कम के लिए 800 लोगों को ले जाने वाले लघु-श्रेणी के इलेक्ट्रिक कम्यूटर विमान, विशेष रूप से 750 और 2,000Wh / किग्रा के बीच की आवश्यकता होती है, जो केरोसिन-आधारित जेट ईंधन की ऊर्जा सामग्री का कुछ 6-17% है। यहां तक ​​कि बड़े विमानों को भी हल्की बैटरी की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 140km के लिए 1,500 यात्रियों को ले जाने वाला एक विमान प्रति यात्री 30kg केरोसिन का उपभोग करता है। वर्तमान बैटरी तकनीक के साथ, प्रति यात्री लगभग 1,000kg बैटरी की आवश्यकता होती है।

क्षेत्रीय कम्यूटर विमानों को पूरी तरह से इलेक्ट्रिक बनाने के लिए बैटरी के वजन में चार से दस गुना कमी की आवश्यकता होती है। बैटरी ऊर्जा में सुधार की दीर्घकालिक ऐतिहासिक दर लगभग दोगुनी, 3-4% प्रति वर्ष रही है लगभग हर दो दशक में। इस ऐतिहासिक प्रवृत्ति की निरंतरता के आधार पर, पूरी तरह से इलेक्ट्रिक कम्यूटर विमानों के लिए आवश्यक चार गुना सुधार संभवतः मध्य शताब्दी के आसपास पहुंच सकता है।

हालांकि यह एक अविश्वसनीय रूप से लंबा इंतजार लग सकता है, यह बुनियादी ढांचे और विमान डिजाइन जीवन चक्र दोनों के लिए विमानन उद्योग में बदलाव के समयसीमा के अनुरूप है। एक नया विमान डिजाइन करने में 5-10 साल लगते हैं, और फिर दो से तीन दशकों तक सेवा में बने रहेंगे। कुछ विमान अभी भी अपनी पहली उड़ान के बाद 50 उड़ रहे हैं।

यहां हाइब्रिड आते हैं

क्या इसका मतलब है कि लंबी दूरी की उड़ान हमेशा जीवाश्म ईंधन पर निर्भर करेगी? जरुरी नहीं।

जबकि पूरी तरह से इलेक्ट्रिक बड़े विमान को ऊर्जा भंडारण में एक प्रमुख, अभी तक आविष्कार की जाने वाली पारी की आवश्यकता होती है, उड़ान के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के अन्य तरीके हैं।

हाइब्रिड-इलेक्ट्रिक विमान इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन के साथ ईंधन को जोड़ती है। विमान के इस वर्ग में बैटरी के बिना डिजाइन शामिल है, जहां विद्युत प्रणोदन प्रणाली जोर की दक्षता में सुधार करने के लिए कार्य करती है, जिससे आवश्यक ईंधन की मात्रा कम हो जाती है।

बैटरी के साथ हाइब्रिड-इलेक्ट्रिक विमान भी विकास में हैं, जहां बैटरी विशिष्ट परिस्थितियों में अतिरिक्त शक्ति प्रदान कर सकती है। उदाहरण के लिए, हवाई अड्डों के पास उत्सर्जन को कम करने के लिए, उदाहरण के लिए, स्वच्छ टेक-ऑफ और लैंडिंग प्रदान कर सकते हैं।

इलेक्ट्रिक विमानों को भी उड़ान के प्रत्यक्ष कार्बन पदचिह्न को कम करने का एकमात्र तरीका नहीं है। वैकल्पिक ईंधन, जैसे जैव ईंधन और हाइड्रोजन की भी जांच की जा रही है।

जैव ईंधन, जो से प्राप्त ईंधन हैं पौधों या शैवाल, पहले 2008 और एक वाणिज्यिक उड़ान पर उपयोग किया जाता था कई एयरलाइनों ने परीक्षण किया है उनके साथ। जबकि व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया है, महत्वपूर्ण शोध वर्तमान में टिकाऊ जैव ईंधन की जांच कर रहे हैं जो मीठे पानी के स्रोतों या खाद्य उत्पादन को प्रभावित नहीं करते हैं।

हालांकि जैव ईंधन अभी भी CO₂ का उत्पादन करते हैं, उन्हें मौजूदा विमान या हवाई अड्डे के बुनियादी ढांचे में महत्वपूर्ण बदलाव की आवश्यकता नहीं है। दूसरी ओर, हाइड्रोजन को हवाई अड्डे के ईंधन के बुनियादी ढांचे के पूर्ण पुनर्निर्देशन की आवश्यकता होती है और विमान के डिजाइन पर भी इसका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

जबकि हाइड्रोजन बहुत हल्का है - हाइड्रोजन में होता है प्रति किलोग्राम तीन गुना अधिक ऊर्जा केरोसिन की तुलना में - इसका घनत्व बहुत कम है, यहां तक ​​कि जब एक तरल के रूप में संग्रहीत किया जाता है -250 ℃। इसका मतलब है कि ईंधन को अब विंग में संग्रहीत नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसे धड़ के अंदर अपेक्षाकृत भारी और भारी टैंकों में ले जाने की आवश्यकता है। इन कमियों के बावजूद, हाइड्रोजन-ईंधन वाली लंबी दूरी की उड़ानें उपभोग कर सकती हैं केरोसिन की तुलना में 12% कम ऊर्जा तक.

के बारे में लेखक

डाइस वेरस्ट्रेट, एयरोस्पेस डिजाइन और प्रणोदन में वरिष्ठ व्याख्याता, सिडनी विश्वविद्यालय

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

वीडियो: भविष्य के विमान - नासा वृत्तचित्र

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