Lennukid (Taastuvenergiast ilma udujututa)

Lennukid

Kujutagem ette, et me teeme lennukiga ühe kontinentide vahelise lennu aastas. Kui palju energiat selleks kulub?

Boeing 747-400 võtab peale $240000$ liitrit kütust ja $416$ reisijat ning lendab nii umbes $8800$ miili ( $14200 k m$ ). Me juba teame, et kütuse kütteväärtus on $10 k W h$ liitri kohta. (Saime selle teada peatükis Autod.) Seega on ühe sellise reisi energiakulu kõigi reisijate vahel võrdselt jaotatuna

\frac{2 \times 240000 l i i t r i t}{416 r e i s i j a t} \times 10 k W h / l i i t e r ≅ 12000 k W h r e i s i j a k o h t a

Kui te teete ühe sellise reisi aastas, siis vastav energia tarbimine päeva kohta on

\frac{12000 k W h}{365 p ¨ a e v a} ≃ 33 k W h / p ¨ a e v

$14200 k m$ on veidi kaugemal, kui Londonist Kaplinna ( $10000 k m$ ) ja Londonist Los Angelesse ( $9000 k m$ ), nii et me oleme tüüpilise kontinentide vahelise reisi pikkust veidi ülehinnanud; aga me oleme ka üle hinnanud lennukite täitumust ning energiakulu reisija kohta on suurem, kui lennuk ei ole täis. Kui skaleerime lennu $10000 k m / 14200 k m$ võrra, saades nii Kaplinnale vastava reisi pikkuse, ja siis uuesti $100 / 80$ võrra üles, arvestades lennukite $80 %$ täituvust, saame tulemuseks $29 k W h$ inimese kohta. Meeldejätmise lihtsustamiseks ümmardame selle $30 k W h$ päeva peale.

Toome tulemuse arusaadavuse huvides ühe võrdluse. Selline lend üks kord aastas kulutab energiat pisut rohkem, kui hoiaksime kogu aasta $24$ tundi ööpäevas töös $1 k W$ küttekeha.

Joonis 5.1 Kui me teeme ühe kontinentidevahelise lennureisi aastas.

Täpselt nagu peatükk Autod, milles me hindasime autode energiatarbimist, on varustatud peatükiga Autod II, kus me näitame, kuhu see energia läheb, on ka selle peatüki lisana olemas tehniline peatükk Lennukid II, kus me näitame, kuhu läheb energia lennukites. Peatükk Lennukid II lubab meil vastata sellistele küsimustele nagu „kas lendamine võtaks oluliselt vähem energiat, kui kasutaksime aeglasemaid lennukeid?" Vastus on ei: erinevalt ratastega sõidukitest, mis võivad aeglaselt sõites efektiivsemad olla, on lennukid juba täna peaaegu nii energiatõhusad kui see üldse võimalik on. Lennukid kulutavad paratamatult energiat kahel põhjusel: nad peavad suruma õhku allapoole, et õhus püsida, ja nad vajavad energiat õhutakistuse ületamiseks. Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. $10 %$ tõhusamaks? Jah, võib-olla. Kaks korda tõhusamaks? Ma sööksin ära oma kübara.

Küsimused

Kas turbopropellerlennukid ei ole palju energiatõhusamad?

Joonis 5.2 Bombardier Q400 NextGen. www.q400.com.

Ei ole. „Roheline” Bombardier Q400 NextGen, „tehnoloogiliselt kõige arenenum turbopropellerlennuk maailmas,” kasutab tootja andmetel [www.q400.com] $3, 81$ liitrit kütust $100$ reisija-km kohta (reisilennu kiirusel $667 k m / h$ ), mis teeb energiakuluks $38 k W h$ $100$ reisija-km kohta. Täis 747 energiakulu on $42 k W h$ $100$ reisija-km kohta. Seega on mõlemad need lennukid kaks korda energiatõhusamad, kui ühe sõitjaga auto. (Räägin siin keskmisest Euroopa autost, nagu selgitatud peatükis Autod.)

Tabel 2.4 Reisijateveo tõhusus, väljendatuna kulutatud energiana 100 reisija-km kohta.

Energiakulu vahemaa kohta	( $k W h$ $100$ reisija-km kohta)
Auto ( $4$ reisijat)	$20$
Ryanair’i lennukid 2007.a,	$37$
Bombardier Q400, täis	$38$
747, täis	$42$
747, $80 %$ täituvus	$53$
Ryanair’i lennukid 2000.a.	$73$
Auto ( $1$ reisija)	$80$

Kas lendamine on kuidagi eriti suur kliimamuutuste põhjustaja?

Jah, eksperdid arvavad just nii, ehkki selles küsimuses on veidi ebaselgust [3fbufz]. Lendamine tekitab lisaks $C O_{2}$ -le veel ka teisi kasvuhoonegaase, nagu näiteks vett ja osooni, samuti kaudselt kasvuhooneefekti põhjustavaid gaase nagu näiteks lämmastikoksiidi. Kui tahta hinnata oma süsinik-jalajälge $C O_{2}$ -ekvivalent-tonnides, siis peaksime võtma reaalse $C O_{2}$ emissiooni ja korrutama selle kahe või kolmega. Selle raamatu joonised ei sisalda sellist tegurit, sest siin me keskendume energiabilansile.

Parim, mida keskkonnakaitsjatega teha saaks, oleks nad maha lasta.

Michael O’Leary, Ryanair'i tegevjuht [3asmgy]

Märkused ja edasine lugemine

Boeing 747-400 – andmed pärinevad [9ehws].

Lennukites ei ole kõik kohad täis. Lennukompaniid on on uhked $80 %$ täituvuse korral. Easyjet'i lennukid on keskmiselt $85 %$ täitunud. (Allikas: The London Paper, teisipäev, 16. jaanuar 2007.) $80 %$ täidetud 747 tarbib umbes $53 k W h$ $100$ reisija-km kohta.

Joonis 5.4 Ryanair Boeing 737-800. Foto: Adrian Pingstone.

Kuidas on lühilendudega? 2007.a. pakkus Ryanair, „Euroopa kõige rohelisem lennukompanii,” transporti hinnaga $37 k W h$ $100$ reisija-km kohta[3exmgv]. See tähendab seda, et Euroopas lennates kulutaksime umbes sama palju energiat kui paneksime kõik reisijad autodega sõitma, kaks igasse autosse. (Idee teiste lennukompaniide kütusekulu kohta võib saada sellest, et enne oma keskkonnasõbralikku investeeringut 2000.a. kulutas Ryanair üle $73 k W h$ 100 reisija-km kohta.) Londonist Rooma on $1430 k m$ ; Londonist Malagasse on $1735 k m$ . Seega kõige rohelisema lennukompanii edasi-tagasi lend Rooma kulutab $1050 k W h$ energiat, edasi-tagasi lend Malagasse kulutab $1270 k W h$ . Kui satute Roomasse ja Malagasse üks kord aastas, on teie keskmine energiatarve kõige rohelisemat lennukompaniid kasutades $6, 3 k W h / p$ , vähem rohelistega arvatavasti üle $12 k W h / p$ .

Joonis 5.5 Kaks lühilendu kõige rohelisemal lühilennuliinil: $6.3 k W h / p$ . Lende hõbedase sagedase lendaja staatuse saamiseks: $60 k W h / p$ .

Kuidas on sagedaste lendajatega? Kontinentide vahelise sagedase lendaja kaardi saamiseks peate lendama umbes $25000$ miili aastas. See on umbes $60 k W h$ päevas, kui arvestame, et lennukite täituvus on $80 %$ .

Veel mõned numbrid Valitsustevahelisest kliimamuutuste paneelist [yrnmum]: täis 747-400 energiatarbimine madala istmete tiheduse korral ( $262$ istet) $10000 k m$ lennul on $50 k W h$ $100$ reisija-km kohta. Suure istmete tiheduse korral ( $568$ istet) on selle lennuki energiatarbimine $4000 k m$ lennul $22 k W h$ $100$ reisija-km kohta. Lühilendu tegeva Tupolev-154 energiatarbimine $2235 k m$ lennul, kui $70 %$ selle $164$ istmest on hõivatud, on $80 k W h$ $100$ reisija-km kohta.

Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. Tegelikult püüab Advisory Council for Aerospace Research in Europe (ACARE) saavutada $50 %$ kütusekulu vähendamist reisija-km kohta 2020. aastaks (võrreldes 2000.a. tasemega), kus $15 - 20 %$ paranemine loodetakse saavutada mootori tõhususe tõstmisega. 2006. aastaks on Rolls Royce saavutanud poole sellest mootoritele püstitatud eesmärgist [36w5gz]. Dennis Bushnell, NASA Langley Uurimiskeskuse juhtivteadur, näib nõustuvat minu üldise hinnanguga energiatõhususe parandamise perspektiividele lennunduses. „Lennukitööstus on lõpuni välja arenenud. Seal ei ole enam palju võita, välja arvatud väikesed paranemised, protsent siit ja sealt pika aja jooksul.” (New Scientist, 24 February 2007.)

Radikaalselt ümber kujundatud Silent Aircraft [silentaircraft.org/sax40], kui see lõpuks valmis ehitatakse, on ennustuste kohaselt $16 %$ efektiivsem, kui traditsiooniliselt disainitud lennuk (Nickol, 2008).

Kui ACARE sihid saavutatakse, siis tõenäoliselt läbi suurema täituvuse ja parema lennujuhtimise.