Zunum er en av aktørene som jobber med å utvikle elektriske fly.
Zunum er en av aktørene som jobber med å utvikle elektriske fly. (Illustrasjon: Zunum.)

Innsikt: Elektriske fly

Norge skal bli først og størst på elektrisk luftfart

Godt hjulpet av et ideelt kortbanenett, grønn elforsyning og en el-entusiastisk befolkning vil Avinor gjøre Norge til et pionerland.

Godt hjulpet av et ideelt kortbanenett, grønn elforsyning og en el-entusiastisk befolkning vil Avinor gjøre Norge til et pionerland.

Det er et faktum at Norge er det mest elektrifiserte landet i verden på biltrafikk. Det er store muligheter for at vi også blir pionerlandet for elektrisk luftfart. Det er det flere grunner til.

Den viktigste er kanskje at Avinor er så ivrige. Luftfartsorganisasjonen er ikke upåvirket av det som skjer på veiene og ønsker å være en driver i denne utviklingen.

Samtidig ser de at Norge er svært godt egnet for elektrisk luftfart. Vi har et stort land med en liten befolkning og 44 flyplasser, hvorav 26 er småflyplasser. Og nettoforbruket vårt av strøm er fornybar.

OSL var først i verden med å tilby biodrivstoff i verden. Los Angeles var nummer to.

Luftfarten til og fra Norge står for fem prosent av CO2-utslippene på tross av at utslipp per passasjer er halvert siste 20 år. Luftfarten står for rundt 15 prosent av utslippene i transportsektoren.

Samferdselsministeren peker også på at flyplasser og flyselskaper trengs for at vi skal kunne bo i distriktene og ha et aktivt næringsliv utenom byene. Han tror at kortbanenettet kan bli revitalisert av de fordelene elfly kan by på.

Vil bli lønnsomt

Elektriske fly

Reduserer utslipp, forventes å bli lønnsomme på korte ruter.Støyer lite.

Klarer seg med korte rullebaner

Dagens batterier er ikke gode nok. De
gir kort rekkevidde og egner seg kun for
små fly.

El-fly bygges på en måte som gjør det
enkelt å skifte til batterier med høyere
energitetthet når de kommer på
markedet.

Til større fly er en hybridløsning med
turbingenerator eller brenselcelle som
kan fylle batteriet når det er tomt aktuelt.

Hybridløsning vil gi sikkerhet for at fly
kan fortsette til andre flyplasser enn
planlagt om noe skjer

– Vi tror elektriske fly kommer til å bli lønnsomme og vi vil være med og dytte på denne utviklingen. Airbus har sagt til oss at de trenger et marked og en kunde, og vi har gode forutsetninger for det her i landet. Ikke minst fordi staten i dag bruker store summer i støtte til regional flytransport, sier Avinorsjef, Dag Falk-Petersen.

Men teknologien som skal til for å realisere elektrisk luftfart er stort sett bare på planstadiet og i visjonære powerpointer.

Likevel begynner det i det små. Avinor har bestilt et Pipistrel Alpha Electro toseter batterielektrisk fly som kan fly inntil 130 km med 180 kg i last. Som gammel både jagerflyger og kommersiell flyger har Falk-Petersen invitert samferdselsminister Ketil Solvik-Olsen på tur til sommeren, og han har på sin side lovet å tilpasse kroppsvekten så de to kommer under 180 kilo.

– Vi tror på en gradvis introduksjon av elektriske fly med utgangspunkt i det norske kortbanenettet. Norge har allerede en subsidiering av dette rutenettet og vi må vurdere om dette kan benyttes som insitament for å fremme utslippsfri lufttransport. Jeg tror vi har store muligheter til å bli en global leder på dette området, sier strategidirektør i Avinor, Olav Mosvold Larsen.

Han tror driftskostnadene til elektrifiserte fly kommer til å bli lavere enn dagens fly med fossile motorer når vi nærmer oss slutten av 20-tallet.

– Bare for fem år siden snakket vi om å ta i bruk biodrivstoff. I fjor brukte vi mindre enn en halv prosent. Det er vanskelig å få tak i mer, men med de initiativene som er i gang her i landet kan dette øke betraktelig i årene fremover, sier han.

Men da Airbus fløy med sin E-Fan over den engelske kanal sommeren 2015 våknet interessen for elektriske fly. Siden den gang har utviklingen skutt fart i hele bransjen og nå tror Avinor at de første elektriske flyene vil bli satt inn i kommersiell trafikk på noen strekninger innen 2025.

 Ideen om elektriske fly er gammel, men først i det siste har utviklingen skutt fart. Installert effekt har skutt i været og teknologien er snart klar for kommersiell bruk til persontransport. (Illustrasjon: Airbus)

Flere drivere

Sjefen for elektrifisering i Airbus, Glenn Llewellyn, mener det er fire viktige drivere i utviklingen av elektrisk lufttransport. Det ene er kravene til utslipp. Skal flyindustrien fortsette å vokse må dette under kontroll, og i tillegg til biodrivstoff og andre forbedringer er elektrifisering et viktig bidrag.

En annen viktig driver er støy. Et elektrisk drevet luftfartøy bråker svært mye mindre enn et som drives med en forbrenningsmotor. Både lavere utslipp og mindre støy vil gjøre det mye lettere å trafikkere fly- og landingsplasser i nærheten av boliger.

Glenn Llewellyn, Airbus sjef for elektrifisering mener el-fly er en plattform for innovasjon og at de vil spille en stor rolle i fremtidens luftfart.
Glenn Llewellyn, Airbus' sjef for elektrifisering mener el-fly er en plattform for innovasjon og at de vil spille en stor rolle i fremtidens luftfart. Foto: Airbus/GOUSSE Herve - MasterFilms

Kost er også et argument. Spesielt ettersom batterier blir billigere og man mestrer teknologien.

I tillegg vil elektriske fly kunne ta av og lande på mye kortere rullebaner enn fly med forbrenningsmotor. Motorene vil kunne gi svært høy effekt og akselerere raskere. Et fenomen vi kjenner fra kraftige elbiler.

Det er åpenlyst at elektrifisering av lufttransport vil begynne med korte transportstrekninger. Spesielt med dagens batteriteknologi. Det krever mye strøm å transportere personer selv på korte ruter. På sikt – etter hvert som batteriteknologi og lærekurven på elektriske fly utvikler seg – kommer distansene til å øke. Om elfly noen gang kan fly transatlantisk på batterier vil det kreve et paradigmeskifte, men det kan la seg realisere med hybridfly basert på hydrogen eller biodrivstoff.

De fleste som nå designer elfly, vet at batteriteknologien vil bli bedre år for år. Derfor designes batteriene slik at de kan skiftes ut med mer energitette når de kommer.

– Elektrifisering av fly med vinger åpner mange nye designmuligheter. I stedet for å ha to store motorer under vingene kan vi ha mange små motorer på oversiden av vingene. Mange små er mye billigere enn to store og de vil gi økt lufthastighet over vingene og bidra til mer løft og kortere takeoff. Vi kan også eliminere flaps fordi vi kan bremse med propellene og gjenvinne energi i stedet for å varme opp lufta. Jeg tror vi kan spare mer enn ti prosent energi på denne måten, sier Llewellyn.

Hastighet

Llewellyn ser ingen grunn til at elektriske fly ikke kan ha minst like høy hastighet som dagens jetfly. Motorene på elfly som skal fly raskt, vil ha såkalte «ducted fans», eller innkapslede vifter. I praksis vil de se ut som vanlige jetmotorer, men med en kraftig elmotor i midten omgitt av en vifte.

– Jo høyere hastighet, jo større energiforbruk, men slike fly kan fly høyere enn dagens fordi motorene ikke er begrenset av at de trenger oksygen til forbrenning. Og jo høyere, jo lavere friksjon mot den tynnere luften, sier han.

Jeg tror vi har store muligheter til å bli en global leder på dette området.

Olav Mosvold Larsen, Strategidirektør i Avinor

Det er i dag usikkert om batteriteknologi noen gang kan håndtere virkelig lange strekninger. Om man spesialutvikler hybridfly med turbingeneratorer for svært lave lufttrykk, kan batteriene gjøre jobben med å ta flyet opp gjennom de varierende lufttrykkene. En vanlig jetmotor må kompromisse for å håndtere både lufttrykk ved overflaten og i 12.000 meters høyde. En slik generator vil også fungere på optimal virkningsgrad slik at det vil være mulig å redusere drivstofforbruket.

Urban lufttransport

Etter hvert som byene i verden fortsetter å tiltrekke seg en større andel av befolkningen, øker utfordringen med intern transport i byene. Derfor kan såkalt urban luftfart bli et nytt, viktig marked for flyprodusentene. Airbus peker på at det ofte tar en time eller mer å flytte seg fra en by til en flyplass. Med små droneliknende elektriske farkoster som kan ta fire personer, kan tiden reduseres til 15 minutter.

City Airbus har åtte motorer som roterer fordelt i fire bevegelige og innkapslete vifter.
City Airbus har åtte motorer som roterer fordelt i fire bevegelige og innkapslete vifter. Illustrasjon: Airbus

Det samme kan selvfølgelig også hevdes om et helikopter, men det er mange grunner til at slik urban transport aldri har tatt av. Først og fremst handler det om miljøutfordringer slik som støy og utslipp, men også fordi dette er veldig kostbart.

– Det er mange fordeler med såkalt urban luftfart. For det første kreves det nesten ingen infrastruktur, bare et lite sted hvor det er mulig å lande. For slike fly, om man skal kalle dem det, tar av og lander selvfølgelig vertikalt som et helikopter, sier Llewellyn.

I motsetning til helikoptre vil de ikke ha én stor rotor, men mange. I CityAirbus er det åtte med hver sin elmotor, og de minner om store droner. Det betyr svært lite støy, og antallet motorer bidrar også til stor sikkerhet. Slike fly vil selvfølgelig være autonome, noe som er mye enklere å få til i luften enn på bakken hvor det er et mye mer komplekst bilde. Det er lett å manøvrere rundt andre ting som flyr, men skulle det komme en stor fugl inn i en propell og skade den er det stor redundans i de som er igjen.

CityAirbus vil veie rundt to tonn, omtrent som en stor bil. Den vil ha litt mer enn 100 kWh som vil bety et sted mellom 15 og 20 minutter med flytid basert på dagens batteriteknologi. Men alle slike fly, selv om de utvikles nå, er bygget slik at de lett kan endre til nye mer energitette batterier som forventes etter 2020. Det vil enten øke flytiden eller redusere strømforbruket ved å gjøre enheten lettere.

Dette er ikke veldig raske fly, men de vil operere et sted mellom 100 og 200 km/t. Likevel er det veldig raskt sammenliknet med biler som beveger seg mellom 15 og 45 km/t.

En annen variant av slike urbane luftfarkoster kan også ha åtte motorer, men i tillegg vinger som kan tiltes.

Hybrid sikkerhet

Det er i dag mulig å lage fly med 10 til 15 seter som kan fly rundt 300 km på ren batteridrift. Det er godt nytt for norske småflyplasser og våre korte ruter. Problemet er sikkerhet. Et elektrisk fly må, på samme måte som et fossildrevet fly, ha en reservekapasitet til å fly til en annen flyplass. Det betyr at mange slike fly trenger en form for reserveenergi, og når motoren er elektrisk drevet må den kunne levere strøm. Det kan være en generator drevet av en turbin eller en hydrogenbasert brenselcelle om bord.

Slike hybridfly er heller ikke bundet av rekkevidden til batterier, men kan trafikkere lengre strekninger der batteriene tar en del av ruta.

E-Fan X

E-Fan X har vært en testplattform for å utvikle mellomstore elektriske flymotorer som kan ta opp konkurransen med de jetmotorene vi har i dag.
E-Fan X har vært en testplattform for å utvikle mellomstore elektriske flymotorer som kan ta opp konkurransen med de jetmotorene vi har i dag. Illustrasjon: Airbus

Airbus jobber nå med hybridflyet de kaller E-Fan X som skal i lufta i 2020.

Det er et BAe146 testfly med fire motorer, hvor én av dem er erstattet av en MW Siemens elmotor som driver en innkapslet vifte.

Strømmen forsynes av en generator i flykroppen drevet av en jetmotor.

– Dette er et fly som skal teste ut kraftige motorer og legge grunnlaget for elektrifisering. Vi tror det vil ta tid før fly av denne størrelsen blir elektrifisert, men konkurransen rundt mindre fly med kort rekkevidde vil starte tidlig på 2020-tallet, sier Llewellyn, og peker på at interessen fra Avinor i Norge er viktig for å endre dynamikken i den kommende elfly-industrien.

De mest optimistiske tror batterier, som i dag kan lagre opptil 300 Wh/kg kan doble dette rundt 2020, når teknologien med faststoffbatterier blir kommersiell. En tilsvarende dobling vil komme rundt 2030, når man mestrer litium-luft.

Flere utfordringer

Sjef for salg og forretningsutvikling i Siemens eAircraft, Olaf Otto, er ikke like optimistisk.

– Vi står overfor tre utordringer: Vi trenger motorer med svært høy krafttettet, batterier med svært høy energitetthet og alt må ha svært høy sikkerhet. Både kraft- og energitetthet gir nå mening innen luftfart, men vi må jobbe videre med sikkerhet, sier han.

Det elektriske flyet E-Fan 1 fløy 1. juli 2015 over Den engelske kanal med to personer om bord. Turen tok 36 minutter.
Det elektriske flyet E-Fan 1 fløy 1. juli 2015 over Den engelske kanal med to personer om bord. Turen tok 36 minutter. Foto: Airbus

Han viser til at motorene de har tatt frem for Siemens har en krafttetthet på 5 kW/kg. Til sammenlikning har en motor i f. eks. et tog 20 prosent av dette, mens en vanlig jetmotor ligger mellom 1,3 til 1,5 kW/kg.

– Virkningsgraden i disse elmotorene er mer enn 95 prosent og over 98 prosent i inverteren, så her er vi allerede kommet svært langt. Vi tror batterier basert på såkalte poseceller er bedre enn sylindriske som brukes i de fleste andre sammenhenger. De kan lagre mer aktivt materiale per volumenhet, men de er mindre sikre. Det må det jobbes med, sier Otto.

Han peker på at disse batteriene trenger et stort antall ladesykler og at de verken bør lades helt ut eller helt opp for å maksimere levetiden. Hvis faststoffbatterier kommer, vil både antall ladesykler, kapasitet og sikkerhet bedre seg. Alternativt kan litium-svovelbatterier være interessante. De vil ha lenger levetid og lagre opptil 400 kW/kg, men de har et problem. De må lades ut sakte. Derfor kan en hybridløsning med vanlige batterier som tar effekttoppene være en løsning.

– Batterier og motorer er ikke de eneste utfordringene med elfly. Høyspenning i et stort fly på 30.000 fot eller mer er heller ikke trivielt. Det er viktig å redusere kabling og alt som skal kjøles for å bedre sikkerhet og spare vekt, sier Otto.

Regjeringen vil ha el-fly

Avinor har i to år hatt en prosjektgruppe som har jobbet med elektrifisering av norsk luftfart, og vil nå intensivere arbeidet.

AV: TORMOD HAUGSTAD

Seniorrådgiver Olav Mosvold Larsen sier til Teknisk Ukeblad at dette er initiert av regjeringens Jeløya-erklæring.

Optimist: – Vi mener at det er realistisk å fly batterielektrisk i 99 prosent av tilfellene på 20 av flyplassene i vårt kortbanenett, sier seniorrådgiver Olav Mosvold Larsen.
Optimist: – Vi mener at det er realistisk å fly batterielektrisk i 99 prosent av tilfellene på 20 av flyplassene i vårt kortbanenett, sier seniorrådgiver Olav Mosvold Larsen. Foto: Avinor

– Der fikk vi et tydelig oppdrag om å utarbeide et program for innfasing av elektriske fly i kommersiell luftfart, men jeg kan foreløpig ikke røpe hva vi konkret planlegger, bl.a. fordi det er flere juridiske spørsmål som må avklares. Vi må se på hele verktøykassa for å komme fram til hvilke insentiver som kan legge til rette for rask utvikling.

Mosvold Larsen sier at prosjektgruppen også har eksterne medlemmer fra NHO Luftfart og Norges Luftsportsforbund (NLF) som har vært sentrale pådrivere for å få elektrifisert flytrafikken.

Blant annet har NLF stått for alt det praktiske når det gjelder bestilling av det toseters batterielektriske flyet Pipistrel Alpha Electro. Avinor betaler regningen på ca. to millioner kroner.

Det første flyet

 – Dette er det første serieproduserte elektriske flyet som er godkjent for bruk og representerer derfor en milepæl. Det kan i praksis fly kontinuerlig så lenge man hver time lander for bytte av batteri og er derfor svært godt egnet for demonstrasjonsaktiviteter og skoleflyvninger, sier Mosvold Larsen.

Et område Avinor er godt i gang med er å se på hvilke laderessurser som kreves på norske kortbaneflyplasser og hvordan man skal legge til rette for å få nok strømkapasitet.

Han understreker viktigheten av å snakke om elektrifisering av luftfarten – ikke bare batterielektriske fly, men også hybridfly der batteriene lades underveis f. eks. med en generator som kan drives av jet biodrivstoff. Lading med hydrogen og brenselcelle er også et alternativ.

– I vårt kortbanenett ligger 20 av flyplassene i en avstand fra 39 til 170 km. Derfor tror vi at vi kan fly batterielektrisk i 99 prosent av tilfellene mellom disse. Innen 2030 tror vi at hybridelektriske fly som tar mellom 70 og 100 passasjerer kan fly strekninger opp til 1000 km.

Billigere å fly

Mosvold Larsen bekrefter at elektrifisering av luftfarten vil komme passasjerene til gode i form av billigere flybilletter både fordi strøm er billigere enn drivstoff og fordi en elmotor er billigere å bygge og vedlikeholde.

– Jeg legger ikke skjul på at elektrisering av luftfarten er en enorm boost også for Avinor og hele bransjen. Vi har vært utsatt for berettiget miljøkritikk og er avhengige av å finne fram til bærekraftige løsninger. Den satsingen som nå skjer med biodrivstoff-teknologier og planer for elektrifisering er inspirerende, sier Olav Mosvold Larsen.

Kommentarer (96)

Kommentarer (96)