Havayolunda elektrikli dönem: Hibrit uçaklar

Elektrikli uçaklar fütüristik görünebilir, ancak en azından kısa yolculuklar için o kadar da uzak bir gelecekte gerçekleşecekmiş gibi gözükmüyorlar. İki koltuklu Velis Electros şimdiden Avrupa'da uçmaya başladı, elektrikli deniz uçakları British Columbia'da test ediliyor ve daha büyük uçaklar ise sektöre girmeye hazırlanıyor. Air Canada, 15 Eylül 2022'de İsveç'in Heart Aerospace şirketinden 30 adet elektrikli hibrit bölgesel uçak satın alacağını ve bu uçakların 2028 yılına kadar hizmete girmesini beklediğini duyurdu. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndaki analistler, ilk hibrit elektrikli 50 ila 70 koltuklu uçağı bundan kısa bir süre sonra hazır olabileceğini belirtiyor. Öte yandan bilim insanları 2030'larda elektrikli havacılığın gerçekten başarılı olabileceğini söylüyorlar. Bu gelişmeler iklim değişikliğini yönetmek için oldukça önemli. Zira küresel emisyonların yaklaşık %3'ü havacılıktan geliyor ve nüfus arttıkça daha fazla yolcu ve uçuş olması bekleniyor. Havacılık sektörü 2050 yılına kadar COVID-19 pandemisinden önce olduğundan üç ila beş kat daha fazla karbondioksit emisyonu üretiyor olabilir.

Birçok sektör emisyonlarını azaltmaya başlarken, havacılık büyümeye devam etti. Havayolu endüstrisinden kaynaklanan karbon emisyonları 1990'dan 2012'ye yüzde 75 arttı. 2050'ye kadar hızla büyümeye devam etmeleri bekleniyor. Kontrol edilmemeleri durumunda, sıcaklık artışını 1,5 santigrat derece ile sınırlamak için mevcut karbon bütçesinin tam dörtte birini tüketebilirler.

En büyük sorun: Pil ağırlığı

Uçaklar, piyasadaki en karmaşık araçlardan biridir, ancak onları elektrikle çalışacak hale getirmek için en büyük sorun pil ağırlığıdır. Bir 737'yi bugünün pilleriyle tamamen elektrik ile çalışacak vaziyete dönüştürmeye çalışsaydınız, bir saatten az uçmak için tüm yolcuları ve kargoyu çıkarmanız ve o alanı pillerle doldurmanız gerekirdi. Jet yakıtı, birim kütle başına pillere kıyasla yaklaşık 50 kat daha fazla enerji tutabilir. Yani 1 pound jet yakıtına veya 50 pound pile sahip olabilirsiniz. Bu açığı kapatmak için ya lityum iyon pilleri daha hafif hale getirmemiz ya da daha fazla enerji tutan yeni piller geliştirmemiz gerekiyor. Yeni piller geliştiriliyor, ancak henüz bu piller uçaklarda kullanmak için hazır değiller.

Havayolu seyahatleri iklim tartışmalarında oldukça tartışmalı bir konudur zira kişisel ve toplu karbon emisyonlarımızdaki rolü arasındaki kopukluk var. Hava yolculuğu, sık seyahat edenlerin iklim değişikliğine bireysel katkısına oldukça katkıda bulunur. Yine de havacılık genel olarak küresel karbondioksit emisyonlarının sadece %3’ünü oluşturuyor. Bunun nedeni, ne kadar insanın uçtuğu konusunda büyük eşitsizlikler olmasıdır. Çoğu uçamaz veya uçmayı göze alamaz. En iyi tahminler bu rakamı dünya nüfusunun yaklaşık %80'i olarak gösteriyor.

Elektrikli bir alternatif: Hibrit uçaklar

Bir 737'yi tam olarak elektrikle çalışacak bir hale getiremesek de, hibrit uçuş sistemlerini kullanarak daha büyük jetlerdeki pillerden bazı yakıt yakma avantajları elde edebiliriz. Daha küçük bölgesel uçaklar için 2030-2035 hedefiyle bu kısa vadede gerçekleştirmeye çalışılıyor. Uçuş sırasında ne kadar az yakıt yakılırsa, o kadar az sera gazı emisyonu olur. Hibrit elektrikli uçaklar, pil ve havacılık yakıtlarının bir kombinasyonunu kullanmaları bakımından hibrit elektrikli arabalara benzer. Sorun şu ki, başka hiçbir endüstri, havacılık endüstrisinde yapılan ağırlık sınırlamalarına sahip değil. Bu nedenle, uçuş sisteminin nasıl ve ne kadar melezleştirildiği konusunda çok dikkatli olunmalı. Kalkış ve tırmanış sırasında pilleri güç desteği olarak kullanmak umut verici bir seçenek olarak görülüyor. Sadece elektrik gücü kullanarak pistte hareket etmek de önemli miktarda yakıt tasarrufu sağlayabilir ve havalimanlarındaki yerel emisyonları azaltabilir. Pilin eklenen ağırlığı ile net yakıt avantajları elde etmek için ne kadar elektrik kullanabileceğiniz arasında ince bir çizgi vardır. Bu optimizasyon problemi araştırmaların merkezinde yer alıyor.

En yaygın sera gazlarının (karbon dioksit, metan veya nitröz oksit) aksine, havacılıktan kaynaklanan karbondioksit salınımlarının büyük bir kısmının Paris Anlaşması'na dahil edilmediğini belirtmek önemlidir. Uluslararası havacılık herhangi bir ülkenin emisyon envanterleri veya hedefleri arasında sayılmadığı için, kolayca gözden kaçabileceği anlamına gelir.

Yakın zamanda bölgesel uçuşlar yapılabilir

Melez uçaklar uçuş sırasında uçaklar hala yakıt yakar, ancak tamamen jet yakıtı yakan uçaklara kıyasla çok daha az miktarda yakıtlar yakarlar. Hibridizasyonu sağlamak için daha büyük jetler orta vadeli bir seçenek olarak görülüyor, ancak bölgesel uçaklar için yakın vadeli bir çözüm oluşturulabilir. 2030'dan 2035'e kadar, genellikle 50-80 yolcu kapasiteli veya yük için kullanılan bölgesel uçaklar olan hibrit turboproplara odaklanılıyor. Bu melezler yakıt kullanımını yaklaşık %10 oranında azaltabilir. Elektrikli hibritlerle, havayolları ayrıca bölgesel havaalanlarından daha fazla faydalanabilir, bu da tıkanıklığı ve daha büyük uçakların pistte boşta harcadıkları zamanı azaltabilir.

Pandemiden önce, dünya çapında havacılık, küresel karbondioksit emisyonlarının yaklaşık yüzde 2-3'ünü oluşturuyordu. Havacılık endüstrisi, yakıt karışımında fosil içermeyen yakıtların geniş ölçekli kullanımı, yeni, daha yakıt verimli uçaklar, daha yüksek yük faktörleri, daha verimli uçuş yolları ve daha kısa uçuşların elektrifikasyonu yoluyla bu yüzde 2-3'ü daha da azaltmak için çalışıyor.

Sürdürülebilir havacılığın geleceği

Daha kısa vadede, sürdürülebilir havacılık yakıtlarının daha fazla kullanıldığını görebiliriz. Günümüz motorları ile sürdürülebilir havacılık yakıtını aynı yakıt deposuna boşaltabilir ve yakabiliriz. Mısır, yağlı tohumlar algler ve diğer yağlardan elde edilen yakıtlar halihazırda kullanılmaktadır. Sürdürülebilir havacılık yakıtları, bir uçağın net karbondioksit emisyonlarını yaklaşık %80 oranında azaltabilir, ancak bu konudaki tedarik oldukça sınırlıdır ve yakıt için daha fazla biyokütle kullanılması gıda üretimi ile rekabet edebilir ve ormansızlaşmaya yol açabilir. İkinci bir seçenek, havadan veya diğer endüstriyel işlemlerden karbonu yakalamayı ve onu hidrojenle sentezlemeyi içeren sentetik sürdürülebilir havacılık yakıtları kullanmaktır. Ancak bu karmaşık ve maliyetli bir süreç ve henüz yüksek bir üretim ölçeğine sahip değil. Havayolları ayrıca, neredeyse boş uçakların uçmasını önlemek için rota planlama gibi operasyonlarını kısa vadede optimize edebilir. Bu aynı zamanda emisyonları da azaltabilir.

Havacılık, küresel karbondioksit emisyonlarının yaklaşık % 2,5'ini oluşturuyor, ancak iklim değişikliğine genel katkısı daha yüksek. Bunun nedeni, hava yolculuğunun yalnızca karbondioksit salmasının yanı sıra iklimi bir dizi daha karmaşık yolla etkilemesidir. Uçaklar, yanan yakıttan karbondioksit açığa çıkarmanın yanı sıra atmosferdeki diğer gazların ve kirleticilerin konsantrasyonunu da etkiler. Ozonda kısa süreli bir artışa ve metanda ise uzun süreli bir azalmaya neden olurlar. Bu etkilerin bazıları ısınmaya neden olurken, diğerleri soğutma etkisine neden olur. Genel olarak, ısınma etkisi daha güçlüdür.

Hidrojen havacılık için bir seçenek mi?

Hidrojen yakıtı çok uzun bir süredir var ve su ve elektroliz ile yenilenebilir enerjiyle üretilen yeşil hidrojen olduğunda karbondioksit üretmezler. Ayrıca, pillerden daha fazla kütle birimi başına enerji tutabilirler. Bir uçakta hidrojen kullanmanın iki yolu vardır: ya bir motordaki normal jet yakıtı yerine ya da hidrojen yakıt hücrelerine güç vermek için oksijenle birleştirilir, bu da daha sonra uçağa güç sağlamak için elektrik üretir. Ancak sorun hacimdir zira hidrojen gazı çok yer kaplar. Bu nedenle mühendisler, gaz olarak yanana kadar sıvı olarak saklanabilmesi için çok serin tutmak gibi yöntemleri araştırıyorlar. Mevcut yöntemler hala jet yakıtından daha fazla yer kaplıyor ve depolama tankları oldukça ağır. Bu nedenle uçakta nasıl depolanacağı veya dağıtılacağı hala belirsizdir. Airbus, A380 platformlu modifiye gaz türbinli motorlar kullanarak hidrojen yakma konusunda çok fazla araştırma yapıyor ve 2025 yılına kadar olgun teknolojiye sahip olmayı hedefliyor. Avustralya'nın Rex havayolu şirketi, önümüzdeki birkaç yıl içinde 34 koltuklu, hidrojen-elektrikli bir uçağı test etmeye başlamayı umuyor. Seçeneklerin çeşitliliği nedeniyle, hidrojen sürdürülebilir havacılık için kilit teknolojilerden biri olarak görülüyor.

Elektrik veya karayolu taşımacılığı gibi en büyük emisyon yayıcılarının çoğu için emisyonları azaltacak çözümlerimiz var ve artık bunları daha geniş kesimlere yayma meselesi var. Yenilenebilir ve nükleer enerji teknolojilerini devreye alabilir ve elektrikli arabalara geçiş yapabiliriz. Ancak havacılığın üstesinden gelmek için henüz kanıtlanmış çözümler bulunmuyor. Elektrikli uçaklar uygulanabilir bir konsept olabilir, ancak pil teknolojilerinin ve kapasitesinin sınırlamaları nedeniyle bugünkü teknolojilere göre en azından ilk aşamada çok küçük uçaklarla sınırlı olacaktır.

Mevcut korku taleplerin artacağı yönünde

Havacılık emisyonlarıyla ilgili sorun mevcut seviyeler değil, talep arttıkça emisyonlarının hızla artacağı korkusu. 2050 yılına kadar, havacılıktan pandemi öncesine göre üç ila beş kat daha fazla karbondioksit emisyonu görebiliriz. Bir Birleşmiş Milletler kuruluşu olan Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü, genellikle endüstrinin hedeflerini tanımlayarak, neyin mümkün olduğuna ve havacılığın sınırları nasıl zorlayabileceğine odaklanıyor. Örgütün uzun vadeli hedefi, 2050 yılına kadar net karbondioksit emisyonlarını 2005 seviyelerine kıyasla %50 azaltmaktır. Bu noktaya ulaşmak, farklı teknolojilerin ve optimizasyonun bir karışımını gerektirecektir. 2050 yılına kadar ulaşabilecek miyiz tam olarak bilinmiyor ama geleceğin havacılığını çevresel olarak sürdürülebilir kılmak için bilim insanlarının elinden geleni yapması gerekiyor.