Superledere er løsningen på utslippsfrie fly

Du må ikke tro at biodrivstoff gjør flyreisene dine utslippsfrie. For å fly bærekraftig må dagens flypark endevendes, med neste generasjons elmotorer og hydrogen.

Superledere er løsningen på utslippsfrie fly
Avinor har investert i et elektrisk demonstrasjonsfly og har flere prosjekter på gang for å utvikle infrastruktur for elektrisk luftfart i kortbanenettet i Norge før 2030. Foto: Avinor

Biodrivstoff er i dag merket som et «bærekraftig flydrivstoff» av flere aktører. Det kutter kanskje opp mot 80 prosent av CO2-utslippene, men ingen andre utslipp. I realiteten er dette langt fra bærekraftig, og det kan kun ses på som en mellomløsning.

CO2-utslippene er faktisk ikke hovedproblemet. I dag står de for kun en tredjedel av klimapåvirkningen fra luftfarten. Resten kommer hovedsakelig fra kondensstriper og NOx, forårsaket av høye temperaturer i flyenes forbrenningsmotorer.

Den eneste veien til nullutslipp er å slutte helt med forbrenning om bord. Da kommer man ikke unna en løsning der elektriske motorer driver propellene.

Strømmen til disse kan man enten lagre i batterier eller produsere i brenselceller fra hydrogen som lagres om bord.

Flytende hydrogen slår to fluer i en smekk

Batterier er svært tunge og vil kun være et alternativ for små fly som dekker korte strekninger. Til sammenligning inneholder hydrogen mye mer energi. Med begrenset plass om bord i et fly må man lagre hydrogenet på den mest kompakte måten – i flytende form ved minus 253 grader.

De fire innleggsforfatterne.
Ole-Morten Midtgård (t.v.), Runar Mellerud og Jonas Kristiansen Nøland jobber på NTNU, Christian Hartmann (t.h.) jobber på Institutt for energiteknikk (IFE). Foto: Privat

Før hydrogenet brukes i brenselcellene, må det varmes opp til rundt 80 grader. I stedet for å installere en varmeovn, kan man bruke det ekstremt kalde drivstoffet til å kjøle ned de elektriske komponentene om bord. Tapsvarmen fra komponentene varmer opp hydrogenet i kjølekretsen.

Vi kan altså bruke flytende hydrogen både som energikilde og kjølevæske samtidig. Dette er en utrolig lukrativ synergi. Noen utvalgte elektriske komponenter kan holdes superkalde slik at vi oppnår ytelser som sprenger grensene for hva eksisterende teknologi kan gi oss.

Neste generasjons elmotor

For at større fly i det hele tatt skal klare å lette, må vi slanke fremdriftssystemet betraktelig. I denne sammenhengen blir også den klassiske elmotoren for tung og klumpete.

Den superkalde kjølingen åpner opp for at dagens kobberledninger kan erstattes med superledere. Disse lederne kan føre flere hundre ganger mer strøm enn kobber når de holdes ved lave temperaturer. I tillegg gir de en drastisk reduksjon i tap og varme, noe som gir en betydelig høyere virkningsgrad.

Superledende elektriske maskiner

Superledning ble først observert i 1911 av den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes. Det ble observert at den elektriske motstanden til kvikksølv ble borte da det ble avkjølt av flytende helium ved 269 minusgrader.

Superledende elektriske maskiner ble først utviklet for likestrøm og hovedsakelig for magnetisering.

Det neste steget har i nyere tid vært å realisere superledende vekselstrøm i elektriske maskiner. På denne måten får man hele maskinen til å benytte seg av superledning.

Med superledere i stedet for kobber vil elmotorens vekt og volum reduseres drastisk. Samtidig får vi en kraftig motor som yter langt mer enn det tradisjonelle elmotorer gjør.

NTNU driver utviklingen

Superledning er et trumfkort for storskala helelektrifisering av større fly. Det er helt nødvendig for å oppnå netto nullutslipp i større andeler av luftfarten i fremtiden. Derfor har dette temaet fått stadig større oppmerksomhet både fra kommersielle aktører og forskningsinstitusjoner 

Bildet viser segment av en veldig kraftig superledende motor som testes av Clean Aviation-prosjektet ved NTNU. Det mekaniske designet er laget av Mako Aerospace.
Bildet viser segment av en veldig kraftig superledende motor som testes av Clean Aviation-prosjektet ved NTNU. Det mekaniske designet er laget av Mako Aerospace. Foto: NTNU

Superledende motorer er allerede på et ganske høyt teknologisk modenhetsnivå (TRL6). Det er derfor gode utsikter for at man kan realisere teknologien kommersielt i nær fremtid. Gjennom initiativet Clean Aviation på NTNU jobber vi med å drive akkurat denne utviklingen fremover for å legge grunnlaget for fremtidens utslippsfrie lufttransport.

Les også

Les mer om: