Yazan: Gökçin Çınar
Çeviren: Alper Topal
Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Özet: Havacılık sektöründe alışık olduğumuz yakıt türü bir yenilenemez yakıt türü olan ve petrolden üretilen jet yakıtıdır. İklim değişikliği ve petrolün tükenme ihtimali gibi birçok sebepten dolayı yeni arayışlara girilmiştir. Bunlardan en umut vereni de elektrikli uçaklardır. Günümüzde elektrikle çalışan basit bazı hava araçları (bazı drone, İHA ve hafif uçaklar) üretilmiş olsa da bu alanda henüz tüm sorunlar çözülebilmiş değildir. Bu sorunlar için çözümler aranmakta, elektrikli uçaklar düşüncesinin yaydığı umut ışığı büyüyerek yakınlaşmaktadır.
Elektrikli Uçaklar
İki kişilik Velis Electro1 uçağı şimdiden Avrupa’nın her tarafında uçuyor. Britanya Kolombiyası2’nda test aşamasında olan elektrikli deniz uçakları mevcut ve daha büyük uçaklar da sırada. Air Canada isimli hava yolu şirketi, 15 Eylül 2022’de, İsveçli Heart Aerospace firmasından 30 hibrit bölgesel uçak alacağını açıkladı. 30 yolcu kapasiteli bu uçakların 2028’de servise girmesi bekleniyor. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarındaki analistler; ilk 50-70 yolcu kapasiteli hibrit kısa mesafe uçağının kullanımda olacağı zamanın, bu gelişmelerden sonra çok uzakta olmadığını belirtti. Dediklerine göre, 2030’larda elektrikli havacılık gerçek anlamda uçuşa geçecek.
İklim değişikliği ile mücadelede havacılığın önemi büyüktür. Bugün, küresel salımın (emisyonun) yaklaşık %3’ü havacılıktan kaynaklanmaktadır. Buna ek olarak, artan nüfusla paralel olarak artış göstermesi beklenen yolcu ve uçuş sayıları ile birlikte havacılık, 2050 yılında, COVID-19 salgınından önce yaydığı karbondioksitten 3 ila 5 kat fazlasını yayabilir.
Havacılık Mühendisi ve Öğretim Görevlisi Gökçin Çınar, Michigan Üniversitesinde hibrit uçaklar ve hidrojen yakıt alternatifleri gibi kavramları da içeren sürdürülebilir havacılık kavramları üzerine çalışmalarını sürdürüyor. Ona, havacılığın zararlı salımlarını engellemenin yollarını, uçakları elektriklendirme ve hidrojen yakıt gibi teknolojilerin nereye gittiğini sorduk.
Neden Elektrikli Havacılık Bu Kadar Zor?
Uçaklar, mevcut olan en karmaşık araçlardır ama onları elektriklendirmek için en büyük sorun batarya ağırlıklarıdır. Eğer bir Boeing 7373’yi günümüz bataryaları ile tam elektrikli yapmak isterseniz, yalnızca 1 saatten bile az bir süre uçmak için uçaktaki tüm yolcuları ve kargoları indirmeniz ve tüm boş hacmi pil ile doldurmanız gerekmektedir.
Birim kütle ile karşılaştırdığınızda, jet yakıtı pillerden 50 kat daha fazla enerji depolayabiliyor. Yani, 1 kg jet yakıtı ve 50 kg batarya arasında tercih yapmak gibi bir durum oluşuyor. Aradaki farkı kapatmak için ya lityum-iyon pilleri hafifleştirmeliyiz ya da daha çok enerji depolayabilen yeni bataryalar geliştirmeliyiz. Yeni bataryalar geliştiriliyor ancak hâlâ uçaklarda kullanılmak için hazır değiller.
Elektrikli bir diğer çözüm ise hibrit uçaklar. Her ne kadar bir 737’yi tam olarak elektriklendiremesek de hibrit itki sistemlerini kullanarak büyük jetlerde bazı yakıt avantajları elde edebiliriz. Bunu, küçük bölgesel uçaklar için 2030-2035 hedefi ile kısa dönemde gerçekleştirebilmek için çabalıyoruz. Uçuş sırasında daha az yakıt yakmak daha az sera gazı yayılmasını sağlayacak.
Hibrit Havacılık Salımı Nasıl Engelleyecek?
Hibrit uçaklar, hibrit arabalar ile benzer sisteme sahiptir: Pilleri ve yakıtı birlikte kullanırlar. Sorun ise havacılığın başka hiçbir sektörde olmadığı kadar ağırlık sınırlandırmalarına sahip olmasıdır. Bu sebeple, itki sistemini nasıl ve ne kadar hibritleştirdiğimiz konularında çok çalışma yapmalıyız.
Pilleri, uçuşun kalkış ve tırmanış aşamaları sırasında yardımcı güç olarak kullanmak çok umut vadeden bir seçenek. Taksi hareketinde4 sadece elektrikli itki kullanmak da önemli bir miktarda yakıtın harcanmasını engeller ve havalimanındaki yerel salım miktarını azaltır. Eklenen batarya ağırlığı dezavantajı ile yakıtta avantaj sağlamak için ne kadar elektriklenmesi gerektiği arasında güzel bir nokta var. İşte bu en iyileme (optimizasyon) problemi benim araştırmalarımın merkezi.
Hibrit araçlar uçuş sırasında yine yakıt yakıyor olabilir ama bu miktar, sadece jet yakıtını tercih etmeye göre önemli derecede azdır. Ben hibritleştirmeyi büyük uçaklar için orta vadede bir seçenek olarak görüyorum ancak bölgesel hava araçları için kısa vadeli bir çözüm olduğunu düşünüyorum.
50-80 yolcu kapasitesine sahip olan veya nakliye için kullanılan küçük bölgesel uçakların kullanabileceği hibrit turboprop5 motoru üzerine çalışıyoruz ve 2030’lu yılların ilk yarısında kullanılabilmesini hedefliyoruz. Bu hibritler yakıt tüketiminde %10’a yakın bir derecede azalma sağlayabilir.
Hibrit itki sistemleri sayesinde; hava yolları bölgesel havalimanlarını daha çok kullanabilir, yoğun hava trafikleri ve büyük uçakların pist başında motor ısıtma süreleri de azalabilir.
Sürdürülebilir Havacılıkta Kısa Vadede Bizi Neler Bekliyor?
Kısa bir dönem içerisinde sürdürülebilir havacılık yakıtlarının [kısaca SAF (Sustainable Aviation Fuels)] daha çok kullanıldığını göreceğiz. Bugünün motorlarını kullanarak, sürdürülebilir yakıtları mevcut yakıt tanklarına koyup yakabilirsiniz. Mısır, ayçiçeği, alg ve diğer yağlardan üretilen yakıtlar şimdiden kullanılıyor.
Sürdürülebilir havacılık yakıtları, bir uçağın karbondioksit yayılımını %80 civarında azaltabilir fakat arz sınırlıdır ve yakıt için daha fazla biyokütle kullanımı, gıda üretimi ile rekabete girerek ormansızlaştırmaya yol açabilir.
İkinci bir seçenek ise yapay sürdürülebilir havacılık yakıtları kullanmaktır. Bu, havadan veya diğer sınai[6] işlemlerden karbonu yakalayarak ve bunu hidrojen ile birleştirerek üretilir. Bu seçenekteki sorun ise üretimin karmaşıklığı ve pahalılığı, buna ek olarak henüz geniş üretim imkânı olmayışıdır.
Hava yolları, neredeyse boş uçan uçakları uçurmamak için rota planlaması yapmak gibi bazı seçenekler ile kısa vadede çalışmalarını daha verimli kılabilir. Bu işlem de gaz salımının azaltılmasını sağlar.
Hidrojen, Havacılık için Bir Seçenek mi?
Hidrojen yakıtları çok uzun bir süredir kullanılıyor ve bu, yeşil hidrojen7 olduğunda hiç karbondioksit üretilmiyor. Ayrıca, pillere göre birim kütle başına daha fazla enerji depolayabiliyor.
Uçaklarda hidrojen kullanımının iki yolu vardır: Birincisi, doğrudan sıradan jet yakıtlarının yerine kullanmaktır. Diğer seçenek ise; hidrojeni oksijen ile birleştirip daha sonra elektrik üreterek uçağa güç sağlayacak olan hidrojen yakıt hücrelerine güç vermektir.
Bundaki sorun ise hacimdir: Hidrojen gazları çok yer kaplıyor. Bu sebeple mühendisler, gaz halinde yakılması işlemine kadar hidrojeni sıvı halde depolayabilmek için çok soğuk tutabilmek gibi bazı yöntemler üzerine çalışıyorlar. Hâlâ jet yakıtından daha çok yer kaplıyorlar ve depolama tankları çok ağır; bu yüzden nasıl depolanacağı, nasıl kullanılacağı, uçak içerisindeki aktarımı gibi konular üzerine hâlâ çalışılıyor.
Airbus, bir A3808 platformu üzerindeki değişkin9 gaz türbinli motoru kullanarak, hidrojen yanması konusunda çok fazla araştırma yapıyor ve 2025’e kadar projenin tamamlanmasını hedefliyor. Avustralya’nın Rex isimli hava yolu firması önümüzdeki birkaç yıl içerisinde, kısa mesafe uçan 34 yolculu hidrojen elektrikli bir uçağın testine başlamayı planlıyor.
Seçeneklerin bolluğundan dolayı, hidrojeni sürdürülebilir havacılık için kilit teknolojilerden biri olarak görüyorum.
Bu Teknolojiler Havacılık Endüstrisinin Salım Azaltma Hedefleri için Yeterli Olacak mı?
Havacılıktaki gaz salımın asıl problemi günümüzdeki seviyesi değil, artan taleple birlikte hızla artmasının korkusu. 2050’de, COVID-19 salgını öncesine göre havacılıkta 3 ila 5 kat fazla karbondioksit salımı görebiliriz.
ABD hava ulaşımı verileri, COVID-19 salgını öncesi hızla yükseliyordu ve şu an tekrar yükselmekte. ABD Enerji Bilgilendirme İdaresi, 2019-2050 arasında ticari hava ulaşımı yolcu mili10 sayılarında %60’ı aşan bir yükseliş bekliyor.
Birleşmiş Milletlere bağlı olan Uluslararası Sivil Havacılık Kurumu [International Civil Aviation Organization (ICAO)]; nelerin mümkün olduğuna ve havacılığın, sınırları nasıl zorlayabileceğine bakarak sektörün hedefini belirler.
Bu kurumun belirlediği uzun dönem hedef; karbondioksit salımını, 2050 yılına kadar, 2005’e göre %50 oranında azaltmaktı. Bu noktaya ulaşmak için, farklı teknolojilerin birleşimine ve en iyileme yapmaya ihtiyaç var. Bu 2050 hedefine ulaşıp ulaşamayacağımızı bilmiyorum ama gelecekteki havacılığı çevre açısından sürdürülebilir yapmak için elimizden gelen her şeyi yapmamız gerektiğine inanıyorum.
1 Slovenya’lı Pipistrel şirketinin ürettiği, eğitim uçağı olması için tasarlanan bir elektrikli hafif uçaktır. [1]
2 Kanada’nın bir eyaletidir.
3 Boeing isimli ABD’li yolcu uçağı şirketinin (satış verilerine göre) en başarılı yolcu uçağı serisidir. [2]
4 Uçağın yerde yaptığı harekete verilen isimdir.
5 Turboprop; şaftına bağlı olan turbojet motorunun elde ettiği güç ile dönen büyük bir pervaneye sahip motor türüdür. Diğer türlere göre düşük hızlarda uçuşa izin verir ancak daha yüksek verime sahiptir.
6 Endüstriyel. (Kaynak: Güncel Türkçe Sözlük)
7 Su ve gücünü yenilenebilir enerjiden alan elektrotlar kullanılarak üretilen hidrojendir.
8 Avrupalı yolcu uçağı şirketi Airbus’ın ürettiği, dünyanın en büyük geniş gövdeli (çift koridorlu) yolcu uçağıdır. [3]
9 Değişikliğe uğramış, değiştirilmiş, muaddel. (Kaynak: Güncel Türkçe Sözlük)
10 Sivil havacılık verilerinde çokça kullanılan bir terimdir. Yolcu sayısı ile gidilen mesafenin çarpımı ile hesaplanır, uçuş trafiğinin bir birimidir. [4]
