Flyget och tekniken

Tankar om flyget och möjligheterna för miljövänlig flygteknik.

I den senaste tidens flygdebatt bland annat i morgonstudion (se ca 1.20 in i programmet) har knäckfrågan blivit om vi ska ändra livsstil (minska vårat flygande) ELLER om vi ska utveckla miljövänliga flygplan. Flera försök till resonerande och faktabaserade texter har på kort tid skrivits om detta dilemma, bland annat av journalisten Per Grankvist, eller intervjuer med forskare bland annat här och här.

Jag själv har gått från att flyga ganska mycket till att flyga lite och de senaste två åren inte flyga alls - precis som de flesta i både Sverige och Världen. För mig funkar detta ganska bra då jag redan har sett  mycket av världen och helst semestrar i svenska fjällen. Och om jag vill ut i Europa går det ju alltid att ta tåget som i somras när vi åkte till Skottland.

Illustration över hur snabbt vi behöver minska våra utsläpp för en god chans att klara  undvika mer än 2 graders uppvärmning. (börja idag = utsläppsminkningar om ca 10 % / år) Källa.

Det är olyckligt att debatten ska handla om antingen livsstil eller teknikutveckling - det ena utesluter ju inte det andra och troligtvis behövs båda. Den takt på utsläppsminskningarna som krävs för att vi ska klara 2 gradersmålet är i genomsnitt ca 10 % per år. Idag 2017 står utsläppsminskningen nästan still - där inte en enda utsläppssektor når mer än 5 % utsläppsminskning - vilket jag anser är ett tydligt tecken på behovet av att också tala om livsstilsförändringar.

Men eftersom jag är intresserad av flygteknik så tänkte jag i detta inlägg lämna livsstil åt sidan för att istället spåna fram tekniska alternativ till ett miljövänligare flyg:

Alternativ med förbränningsmotorer:

1. Flyg lägre 

En stor del av flygets utsläpp (ca 50 %!?) beror på så kallade höghöjdseffekter som uppstår av att utsläppen sker på hög höjd. En lösning på detta vore givetvis att flyga lägre. Detta borde rimligtvis påverka bränsleförbrukningen, vilket är anledningen till att man idag flyger på högre höjd. En högre bränsleförbrukning innebär i sin tur kortare distanser alternativt att en större andel av flygplanets vikt måste upptas av bränsle - vilket ytterligare påverkar bränsleekonomin/passagerare. Resultat dyrare flyg + ett framtida behov av flygplan konstruerade för att vara mest effektiva på denna typ av flyghöjd.

Sovietiska ekranoplan som nyttjade markeffekten för att kunna lyfta tunga grejer trots korta vingspann.

2. Flyg ännu lägre - markeffektsplan

Om man flyger tillräckligt lågt - typ ca 10 meter över marken - uppstår en så kallad markeffekt, vilket ger en extra lyftkraft och därmed en drastiskt förbättrad bränsleförbrukning i förhållande till vikt. På sträckor över hav, där det går att flyga lågt som exempelvis mellan Stockholm - Luleå kan detta faktiskt ge en effekt, med hybridplan konstruerade för att nyttja markeffekt men med möjlighet att vid behov flyga på lite högre höjd skulle detta vara möjligt.

I detta fall uteblir höghöjdseffekten samtidigt som bränsleeffektiviteten kan öka - förutsatt att den ökade lastkapaciteten kan omvandlas till ökad passagerarkapacitet - vilket ger en potential om ca 20 - 70 (!?) % minskade utsläpp per passagerare. En nackdel är säkerheten då dessa flygplan riskerar att krocka med båtar eller andra flygplan, vilket kräver en hundraprocentig sjöövervakning och gör det till en olämplig lösning i områden med mycket båt och flygtrafik. Oväder längs sträckan kommer också bli ett problem. Dessutom är det en risk att denna typ av plan också blir långsammare än dagens flygplan eftersom marknivå innebär ett större luftmotstånd och att flygvägen blir längre om man tvingas att flyga över vatten. 

3. Biobränslen

Biobränslen sänker utsläppen (än så länge är det få som sänker utsläppen med 80 % som C tycks mena i denna uträkning) jämfört med fossila bränslen, även om stora delar av höghöjdseffekterna sannolikt kvarstår. I Sverige finns stor potential i skogsråvaran - men globalt sett finns en begränsad tillgång till biobränslen. För att Sverige ska bli självförsörjande på biobränslen krävs antagligen en ekonomisk politik efter nordkoreansk modell där självförsörjning prioriteras före största ekonomisknytta såväl som största klimatnytta. Troligtvis kommer utländska köpare av biobränslen köpa upp stora andelar av den svenska biobränsleproduktionen så länge den säljs till högstbjudande. Varför ett självförsörjningsscenario inte är trovärdigt.

Här är det också troligt att biomassan från skog går att använda mer effektivt än just för flygbränsle. T.ex som kolsänka i form av långvariga material, där nettoeffekten för biobränsle jämfört med fossilt flygbränsle + biomassa som kolsänka på kort till medellång sikt inte innebär någon större skillnad.

Rött = Bränsleutrymmen i ett vätgasdrivet plan för långsdistans

4. Vätgas

Vätgas bildar vatten efter förbränning. Nu har ju även vatten en växthuseffekt - faktiskt den mest betydelsefulla växthusgasen. Om vi skulle ta bort vattnet i atmosfären skulle det bli kallt. En fördel mot koldioxid är att vatten i atmosfären redan finns i massor - varför mänsklig tillförsel har lägre procentuell påverkan än co2. Utsläpp på hög höjd lär dock fortsättningsvis ge effekter - till och med större klimateffekter än vanligt jetbränsle. Frågan är om vätgas har potential som framtida bränsle som vi kan utnyttja i stor skala utan någon större klimatpåverkan!?

Vätgas har så klart nackdelar i form av hanteringssvårigheter - särskilt i kompakt och flytande form - vilket skulle kräva annorlunda flygplansutformning jämfört med idag då bränslevolymen skulle behöva öka drastiskt, till nackdel för passagerarutrymme och luftmotstånd. Därför finns det anledning att tro på att vätgasplan med raketmotorer flyger mycket högt upp i atmosfären där det saknas luftmotstånd.

Alternativ utan förbränningsmotorer

1. Markeffektsplan + el/batteri

Eldrivna flygplan bedöms som osannolika på annat än korta sträckor eftersom ett batteri kräver högre energitäthet än flygbränsle för att ge flygplanet samma räckvidd. På ett markeffektsplan spelar dock vikten en mindre betydelse, vilket gör eldrift och batterier mer sannolikt. Stockholm - Luleå på drygt två timmar med eldrift vore då kanske ingen omöjlighet.

laserdrivet modellflygplan

2. Markbaserad laser.

Ett sätt att komma ifrån problemen med tunga batterier, vore att överföra energi från marken med exempelvis lasrar placerade längs flygrutterna, antingen via en solcell eller att laserstrålen utnyttjas för att bilda termisk energi som kan driva farkosten. På det sättet får vi lätta och effektiva flygplan, samtidigt som lasrarna kan drivas av utsläppsfria energikällor på marken. Verkningsgraden blir ett problem, likaså turer över vatten och vid dimma och molnigt/regnigt väder då lasern blir verkningslös. Dessa farkoster kräver troligtvis också starthjälp av katapultsystem som på bl.a amerikanska hangarfartyg.

3.  Luftskepp + solceller.

De är inte så snabba (ca 150 km/h) men de flyger åtminstone - dessutom kan de landa mitt i stan exempelvis på en skyskrapas topp. Den stora ytan och flyghöjd ovan molnen lämpar sig för solceller som energikälla och en resa över Atlanten går att göra på bara 5 dagar.