Airbus, ลดคาร์บอน, เครื่องบิน, เฮลิคอปเตอร์, เครื่องยนต์, ไฮบริด, อากาศยาน, เทคโนโลยี

Airbus เชื่อ ระบบไฮบริดลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนของอากาศยานได้ 5%

อัปเดตล่าสุด 23 มี.ค. 2566

‘แอร์บัส’ เชื่อพลังงานไฟฟ้าแบบไฮบริดสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของอากาศยานได้ 5% และอาจลดได้ถึง 10% ในเฮลิคอปเตอร์ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่า

เดือนมีนาคม 2023 แอร์บัส (Airbus) นำเสนอบทความ “ระบบไฮบริดมีบทบาทอย่างไรในอนาคตของการบิน” ซึ่งระบบไฮบริดได้ถูกนำมาทดลองใช้งานในเฮลิคอปเตอร์ตั้งแต่ปี 2021และยังมีความร่วมมือกับหลายหน่วยงาน

แอร์บัส เผย “ASCEND” ก้าวแรกสู่อากาศยานพลังงานไฟฟ้า

Advertisement

โดยการทดลองใช้งานในเฮลิคอปเตอร์ระบบไฟฟ้าแบบไฮบริดนี้จะทำงานเมื่อเครื่องยนต์หลักล้มเหลว ใช้ชื่อว่า “Engine Back-up System (EBS)”

อีกทั้งยังมีโครงการ Ecopulse จากความร่วมมือระหว่าง Airbus, Daher และ Safran ทดลองระบบไฮบริดในอากาศยานขนาดเล็ก เพื่อสะสมองค์ความรู้ในการพัฒนาระบบขับเคลื่อนแบบกระจาย (Distributed propulsion systems) และระบบจัดการพลังงานจากหลายแหล่ง (Multiple power source management) ซึ่งโครงการนี้ได้ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแรงสูง ขนาดกะทัดรัด และน้ำหนักเบา

อย่างไรก็ตาม เครื่องบินพาณิชย์และอากาศยานทางการทหารมีน้ำหนักมากกว่าอากาศยานขนาดเล็กเหล่านี้ และยังต้องใช้พลังงานในระบบต่าง ๆ ไปจนถึงการช่วยผ่อนภาระของเครื่องยนต์ เช่น การขึ้นบินและการชะลอความเร็ว ซึ่งทั้งหมดนี้อาจต้องการพลังงานมากถึง 1 เมกะวัตต์เลยทีเดียว

ด้วยเหตุนี้ แอร์บัสและผู้ผลิตเครื่องยนต์ร่วมกันพัฒนากังหันก๊าซประเภทใหม่ที่มีประสิทธิภาพ อีกทั้งเริ่มโครงการต่าง ๆ เพื่อสาธิตเครื่องยนต์ไฮบริดแบบต่าง ๆ ซึ่งไม่เพียงแต่กังหันก๊าซเท่านั้น แต่มอเตอร์ไฟฟ้าก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

มอเตอร์ไฟฟ้าในอากาศยาน

“มอเตอร์ไฟฟ้า” เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ตรงข้ามกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

ปัจจุบันมอเตอร์ไฟฟ้ามีหลายประเภท แต่สิ่งที่ระบบไฮบริดให้ความสำคัญ คืออัตราส่วนแรงต่อน้ำหนัก (power-to-weight ratio) และประสิทธิภาพสัมพัทธ์ (Relative Efficiency: RE) โดยอัตราส่วนแรงต่อน้ำหนักที่เหมาะสมคือ 6-8 กิโลวัตต์/กก. ซึ่งยังไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในยานพาหนะที่ต้องการจำกัดน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม แอร์บัสคาดการณ์ว่าตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้น 2 เท่าภายใน 10 ปีข้างหน้า

ข้อดีของมอเตอร์ไฟฟ้า คือ มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่จำนวนน้อย ทำให้บำรุงรักษาง่าย มีความเสี่ยงน้อยกว่าเครื่องยนต์ก๊าซเทอร์ไบน์ที่ใช้ในอากาศยานอย่างเช่นทุกวันนี้ และยังทำงานในช่วงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าได้ จึงไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่องก่อนใช้งาน

โดยตัวเลือกสถาปัตยกรรมของมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับอากาศยานที่ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแบบไฮบริด มี 2 แบบ คือ แบบอนุกรม และแบบขนาน

สถาปัตยกรรมแบบอนุกรมหรือแบบขนาน?

สถาปัตยกรรมมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอนุกรม แหล่งพลังงานเชิงกลแหล่งเดียวจะขับเคลื่อนใบพัดหรือพัดลม ซึ่งไม่จำกัดว่าแหล่งพลังงานนี้จะต้องเป็นแบตเตอรี่ แต่ยังมีตัวเลือกอื่น เข่น เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอีกด้วย ซึ่งไม่ว่าจะใช้อะไรเป็นแหล่งพลังงาน มอเตอร์ไฟฟ้าก็จะทำหน้าที่ขับเคลื่อนใบพัดทั้งสิ้น ทำให้สามารถขับเคลื่อนแบบกระจายได้ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบของสถาปัตยกรรมแบบนี้ แต่ในขณะเดียวกัน การเพิ่มแหล่งพลังงาน ก็หมายถึงน้ำหนักที่มากขึ่นเช่นกัน

ส่วน สถาปัตยกรรมมอเตอร์ไฟฟ้าแบบขนาน มีจุดด้อย คือ บางครั้งกังหันแก๊สอาจทำงานได้ประสิทธิภาพต่ำกว่าระดับประสิทธิภาพสูงสุดที่สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม สถาปัตยกรรมแบบขนานใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ส่งผลให้สถาปัตยกรรมนี้เหมาะกับระบบขับเคลื่อนแบบไฮบริดมากกว่า

Image Credit: Airbus

แบตเตอรี่สำหรับอากาศยานระบบไฮบริด

แบตเตอรี่ปัจจุบันมีข้อเสียคือ ความหนาแน่นของพลังงาน (Energy density) ต่ำเมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าดและไฮโดรเจน ยกตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมยานยนต์มีความหนาแน่นของพลังงานที่ 200 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม (Wh/kg) แต่น้ำมันก๊าดมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าราว 50 เท่า ซึ่งแม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมจะยังพัฒนาต่อได้ แต่อากาศยานต้องการพลังงานมากกว่านี้

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร ตลาดจะก้าวไปในทางไหนในปี 2030?

ด้วยเหตุนี้ แอร์บัสจึงร่วมมือกับบริษัทอื่นเพื่อแก้ปัญหานี้ เพื่อหาจุดลงตัวระหว่างประสิทธิภาพ ปริมาตร และมวล เพื่อให้สามารถใช้งานในอากาศยานได้

Leire Segura ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบกำเนิดพลังงานจากแอร์บัสแสดงความเห็นว่า แบตเตอรี่โซลิดสเตตอาจเป็นทางแก้ปัญหานี้ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลายด้าน เช่น อิเล็กโทรไลต์แบบแข็งที่ลดความเสี่ยงจากความร้อน ลดความเสี่ยงจากการบวมของแบตเตอรี่ที่เรียกว่า “Thermal runaway” ทำให้มีความปลอดภัยกว่า อีกทั้งเมื่อความเสี่ยงลดลง ชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันความเสี่ยงเหล่านี้ก็จะลดลงตามไปด้วย ซึ่งหมายถึงแบตเตอรี่ที่เบาลงนั่นเอง

แบตเตอรี่โซลิดสเตต สำคัญไฉน?

อย่างไรก็ตาม บริษัทยังอยู่ระหว่างการหารือกับซัพพลายเออร์ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ คาดว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะไม่ถูกนำมาติดตั้งในอากาศยานก่อนปี 2030

เครื่องบินพาณิชย์ระบบไฮบริดชาร์จไฟอย่างไร

1. การเปลี่ยนแบตเตอรี่บนภาคพื้นดิน หรือติดตั้งจุดชาร์จที่สนามบิน โดยอาจใช้พลังงานหมุนเวียนได้
2. ลงทุนโครงสร้างพื้นฐาน ซึ่งช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ในระยะยาว
3. ชาร์จแบตเตอรี่ได้ในระหว่างการบินโดยอาศัยเครื่องยนต์ของเครื่องบิน