Kaupallisen lentämisen sähköistyminen on vielä utopiaa – mikä neuvoksi?

Tieliikenteen tavoin ilmailussa toivotaan suuria päästöleikkauksia muun muassa sähköistämisestä. Täyssähköinen reittilentäminen tuskin kuitenkaan toteutuu toviin, mutta kehitettävää löytyy niin hybriditekniikasta, biopolttoaineista kuin itse suihkumoottoristakin.

Lentämisen päästöt ovat jo niin polttava puheenaihe, että ruotsalaisten puheissa kuuluu flygskam, lentohäpeä. Lentämisen sähköistyminen on eräs yleisimmistä keskustelulääkkeistä, mutta yhtälö on vielä monin verroin tieliikennettäkin monimutkaisempi.

Tiedämme jo, että pienkoneiden saralla sähkölentokoneista on saatu positiivisia kokemuksia. Meillä Suomessakin toimii Helsingin sähkölentokoneyhdistys, joka lentää kaksipaikkaisella Pipistrel Alpha Electro -täyssähkökoneellaan. Maailmalla on vireillä useampia eri mittakaavan sähkölentokoneprojekteja. Pienlentokoneiden lisäksi suunnittelun asteella on myös suurempia syöttöliikennekoneiden kokoluokan hankkeita. Sähköllä toimiva lentokone olisi ilmassa lentäessään päästötön, ja ratkaisisi siltä osin monia suihkukoneiden aiheuttamia ongelmia ilmakehässä.

Iso mutta

Financial Times (maksumuuri) kuitenkin käsittelee aihetta pitkien matkojen reittilentämisen kautta, jossa akkuteknologiaan perustuva sähkölentäminen ei näyttäisi toteutuvan nykymuodossaan välttämättä koskaan.

Ensimmäinen ja kaikkein suurin ongelma on sama kuin perinteisesti sähköautoilla: toimintamatka. Lentokonepuolella tämä ongelma on kuitenkin vielä suurempi, sillä lennettäessä massalla vielä paljon suurempi merkitys. Parhaimmatkin nykyaikaiset akut painavat aivan liikaa niiden varastointikykyyn nähden. Esimerkiksi keskikokoisen Airbus A320 tai Boeing 737 -kokoluokan koneen saaminen vaikkapa Helsingistä Varsovaan vaatisi akkukapasiteettia 0,8 kilowattituntia yhtä kilogrammaa kohden. Tällä hetkellä akut pystyvät noin neljäsosaan tästä. Vaikka akkujen kapasiteettia pystyttäisiin kasvattamaan neljän prosentin vuosivauhdilla, menisi 35 vuotta tarvittavan kyvyn saavuttamiseen.

Toinen iso mutta liittyy nopeuteen. Sähkömoottori pyörittäisi tietysti potkuria, joka ei siivittäisi sähkömatkustajakonetta kuin ehkä puoleen suihkumoottorien tarjoamasta matkalentonopeudesta. Lämpimän ilman tuottamaa työntövoimaa on vaikea voittaa millään sähköllä tuotetulla.

Kolmas iso mutta on kustannuspuolella. Toki sähköisen voimalinjan sovittaminen matkustajakoneeseen olisi varmasti ainakin aluksi kallista touhua, mutta myöskään itse sähköenergia ei mitenkään päihitä kerosiinia hintakilpailussa. Eräiden laskelmien mukaan esimerkiksi Yhdysvalloissa kerosiinin hinnan tulisi yli tuplaantua, jotta sähköenergia pystyisi kilpailemaan hinnallaan.

Apuvoimia biosta ja hybridistä

Koska kokonaan sähköllä toimiva matkustajakone vaikuttaa siis kerta kaikkiaan todella hankalalta yhtälöltä, on järkevää kehittää sähkölle paikkaavaa, korvaavaa sekä tukevaa teknologiaa. Moottorivalmistaja Rolls-Roycelta kerrotaan FT:n artikkelissa, että eräänlaista hybriditekniikkaa voidaan soveltaa mahdollisesti jo vuosikymmenen sisällä lyhyemmän kantaman koneissa.

Hybriditekniikkaa tässä vaiheessa huomattavasti varteenotettavampi vaihtoehto ovat biopolttoaineet. Suomalaiset ovat tässäkin kehityksessä kärkipäässä. Finnair lensi taannoin pari lentoa San Franciscosta Helsinkiin yksinomaan biopolttoaineen voimalla, ja aikoo toteuttaa tällaisia lentoja myös jatkossa. Autopuolelta tutun Neste My -dieselin kaltainen uusiutuva kerosiini, joka sitoo yhtä paljon hiiltä kuin mitä sen polttamisessa syntyy, on ehdottoman tervetullut vaihtoehto. Monet maailman suurimmista lentoyhtiöistä ovat satsaamassa vuosittain kymmennumeroisia rahasummia uudenlaisiin käyttövoimiin ja uudenlaisiin teknologioihin. Kasviöljyn lisäksi polttoainetta saa aikaan myös biojätteestä. Miltä tuntuisi lentää vaikkapa joulukinkun rasvalla?

Eikä suihkumoottorikaan ole valmis

Ensivaiheessa apua on odotettavissa myös itse suihkumoottoreista. Rolls-Royce on kehittämässä isojen koneiden Trent-moottoriperhettään entistä taloudellisempaan suuntaan. Finnairinkin käytössä oleva Airbus A350 -konetyyppi on saamassa uutta puhtia jo 2020-luvun puolivälissä, kun valmistaja esittelee seuraavaa sukupolvea edustavat Advance- ja UltraFan-moottoriversiot. Matkustajakoneiden suihkumoottorit ovat niin sanottuja ohivirtausmoottoreita, joissa moottorin suulla näkyvä osa, puhallin, työntää osan ilmasta moottorin sisään polttoaineen kaveriksi ja osan taas sen ohi samoin kuin tavallinen potkuri tekee. Tällä tavoin saavutetaan huomattava etu polttoainetaloudessa. Nykyaikaisen matkustajakoneen moottorin puhallin työntää yhtä moottorin sisään menevää ilmalitraa kohti tyypillisesti viisi sen ohi. UltraFan puolestaan työntää peräti viisitoista. Ohivirtaussuhde on siis 15:1, mikä tekee moottorista ennätyksellisen taloudellisen.

Rolls-Royce on peukaloinut vanhaa Trent-perhettä ja suihkumoottoria yleensäkin myös monilla muilla tavoin. Esimerkiksi puristussuhde on parhaimmillaan tuplaantunut ja ilman virtausta moottorin sisällä on muiltakin osin muutettu järkevämmäksi. Lisäksi valtavat, yli puolitoistametriset puhaltimen siivet, kuten monet muutkin moottorin osat on muutettu keveyden nimissä komposiittisiksi. Optimaalista käyntiä avustavat nyt koko lennon ajan säädettävissä olevat puhaltimen siivet, joiden ansiosta esimerkiksi perinteinen laskussa moottorista aukeava ”suihkujarru” tulee olemaan historiaa.

Rolls-Royce osti hiljattain lentoyhtiö Qantasin vanhan Boeing 747-koneen, jonka siivessä se aikoo testata pian jättikokoista UltraFania. Valmistaja on kunnianhimoinen ja lupaa polttoaineenkulutuksen sekä hiilidioksidi- ja typenoksidipäästöjen putoavan peräti 25 % nykyisestä Trent-sukupolvesta.

Vähemmän melua – ainakin koneesta

Airbus A350:n lisäksi tätä teknologiaa tullaan varmasti näkemään myös Boeing 787:ssa ja kumppaneissa, ja muutkin moottorivalmistajat tulevat ottamaan kopin tästä kehityskulusta. Kun sähkölentokoneista haaveillaan, esille nousee usein unelma ilmansaasteiden lisäksi vähemmästä melusaasteesta. Jos nykyiselläkään moottoriperheellä ei järin suuria ongelmia tämän asian kanssa ole, niin Advancella ja UltraFanilla vielä vähemmän.

Kaikesta länsimaiden ilmastokeskustelusta huolimatta lentoliikenne jatkaa vakaata kasvuaan ympäri maailmaa. Sähkölentokoneiden vallankumousta saadaan odottaa vuosikymmeniä – tai sitten ikuisesti. Mahdollisesti tulevaisuudessa tullaan keksimään jotain aivan muuta siipiin ripustettavaksi. Tällä hetkellä voimme luottaa suihkumoottoreiden kehityksen kärkeen.

Lähde: Financial Times Teksti: Benjamin Helander Kuvat: Moottorin arkisto, Rolls-Royce