EO

MIT bedenkt emissiecontrolesysteem voor vliegtuigen

18 januari 2021 om 09:59 uur

MIT-ingenieurs hebben een concept bedacht voor de voortstuwing van vliegtuigen waarvan ze schatten dat het 95 procent van de stikstofoxide-uitstoot in de luchtvaart kan elimineren en daarmee het aantal bijbehorende vroege sterfgevallen met 92 procent kan verminderen. Volgens onderzoek zijn dat er momenteel 16.000 per jaar.


Het concept is geïnspireerd op emissiecontrolesystemen die worden gebruikt in zware dieseltrucks. De onderzoekers stellen een soortgelijk ontwerp voor voor de luchtvaart, met een elektrische twist.

 

De vliegtuigen van vandaag worden voortgestuwd door straalmotoren die onder elke vleugel zijn verankerd. Elke motor herbergt een gasturbine die een propeller aandrijft om het vliegtuig door de lucht te laten bewegen terwijl de uitlaatgassen van de turbine naar achteren stromen. Vanwege deze configuratie was het niet mogelijk emissiebeperkende apparaten te gebruiken, omdat deze de stuwkracht van de motoren zouden verstoren.

 

In het nieuwe hybride-elektrische of 'turbo-elektrische' ontwerp zou de krachtbron van een vliegtuig nog steeds een conventionele gasturbine zijn, maar deze zou worden geïntegreerd in het vrachtruim van het vliegtuig. In plaats van rechtstreeks propellers of ventilatoren aan te drijven, zou de gasturbine een generator aandrijven, ook in het ruim, om elektriciteit te produceren, die vervolgens de in de vleugels gemonteerde, elektrisch aangedreven propellers of ventilatoren elektrisch zou aandrijven. De emissies die door de gasturbine worden geproduceerd, zouden worden ingevoerd in een emissiecontrolesysteem, in grote lijnen vergelijkbaar met die in dieselvoertuigen, dat de uitlaat zou reinigen voordat deze in de atmosfeer wordt uitgestoten.

 

"Dit zou nog steeds een enorme technische uitdaging zijn, maar er zijn geen fundamentele fysische beperkingen", zegt Steven Barrett, hoogleraar luchtvaart en ruimtevaart aan het MIT. "Als je naar een luchtvaartsector zonder nul wilt gaan, is dit een mogelijke manier om het luchtverontreinigingsgedeelte ervan op te lossen, dat aanzienlijk is, en op een manier die technologisch redelijk haalbaar is."

 

De details van het ontwerp, inclusief analyses van de potentiële brandstofkosten en gezondheidseffecten, zijn gepubliceerd in het tijdschrift Energy and Environmental Science.

 

Met dank aan Volkswagen's sjoemelaffaire

De zaden voor het hybride-elektrische vliegtuig van het team kwamen voort uit het onderzoek van Barrett en zijn team naar het Volkswagen-dieselemissieschandaal. In 2015 ontdekten milieuregelgevers dat de autofabrikant opzettelijk dieselmotoren had gemanipuleerd om de emissiecontrolesystemen aan boord alleen tijdens laboratoriumtests te activeren, zodat ze leken te voldoen aan de NOx-emissienormen, maar in werkelijkheid tot 40 keer meer NOx uitstoten. wereld rijomstandigheden.

 

Toen hij de gezondheidseffecten van de emissiebedrog bestudeerde, raakte Barrett ook bekend met de emissiecontrolesystemen van dieselvoertuigen in het algemeen. Rond dezelfde tijd onderzocht hij ook de mogelijkheid om grote, volledig elektrische vliegtuigen te ontwerpen.

 

"Het onderzoek dat de afgelopen jaren is gedaan, toont aan dat je waarschijnlijk kleinere vliegtuigen zou kunnen elektrificeren, maar voor grote vliegtuigen zal dit niet snel gebeuren zonder behoorlijk grote doorbraken in batterijtechnologie", zegt Barrett. 'Dus ik dacht: misschien kunnen we het elektrische voortstuwingsgedeelte van elektrische vliegtuigen en de gasturbines die al lang bestaan ​​en superbetrouwbaar en zeer efficiënt zijn, overnemen en dat combineren met de emissiebeheersingstechnologie die wordt gebruikt in de automobielsector. en grondstroom, om op zijn minst halfgeëlektrificeerde vliegtuigen mogelijk te maken."

 

Vliegen zonder impact

Voordat er serieus werd nagedacht over vliegtuigelektrificatie, was het wellicht mogelijk geweest om een ​​dergelijk concept te implementeren, bijvoorbeeld als aanvulling op de achterkant van straalmotoren. Maar dit ontwerp, merkt Barrett op, zou "elke stroom stuwkracht doden" die een straalmotor zou produceren, en het ontwerp effectief aarden.

 

Barrett's concept omzeilt deze beperking door de stuwkracht producerende propellers of ventilatoren te scheiden van de stroomopwekkende gasturbine. De propellers of ventilatoren zouden in plaats daarvan rechtstreeks worden aangedreven door een elektrische generator, die op zijn beurt zou worden aangedreven door de gasturbine. De uitlaatgassen van de gasturbine zouden naar een emissiecontrolesysteem worden geleid, dat accordeonachtig in het vrachtruim van het vliegtuig zou kunnen worden opgevouwen - volledig geïsoleerd van de stuwkracht producerende propellers.

 

Hij stelt zich voor dat het grootste deel van het hybride-elektrische systeem - gasturbine, elektrische generator en emissiecontrolesysteem - in de buik van een vliegtuig zou passen, waar in veel commerciële vliegtuigen voldoende ruimte kan zijn.

 

In hun nieuwe paper berekenen de onderzoekers dat als een dergelijk hybride-elektrisch systeem zou worden geïmplementeerd op een Boeing 737- of Airbus A320-achtig vliegtuig, het extra gewicht ongeveer 0,6 procent meer brandstof nodig zou hebben om het vliegtuig te besturen.

 

"Dit zou vele, vele malen beter haalbaar zijn dan wat is voorgesteld voor volledig elektrische vliegtuigen", zegt Barrett. "Dit ontwerp zou enkele honderden kilo's aan een vliegtuig toevoegen, in tegenstelling tot het toevoegen van vele tonnen batterijen, wat meer dan een enorm gewicht zou zijn."

 

De onderzoekers berekenden ook de emissies die zouden worden geproduceerd door een groot vliegtuig, met en zonder emissiecontrolesysteem, en ontdekten dat het hybride-elektrische ontwerp 95 procent van de NOx-emissies zou elimineren.

 

Als dit systeem in alle vliegtuigen over de hele wereld zou worden uitgerold, schatten ze verder dat 92 procent van de aan vervuiling gerelateerde sterfgevallen als gevolg van de luchtvaart zouden worden vermeden. Ze kwamen tot deze schatting door een mondiaal model te gebruiken om de stroom van luchtvaartemissies door de atmosfeer in kaart te brengen, en berekenden hoeveel verschillende bevolkingsgroepen over de hele wereld aan deze emissies zouden worden blootgesteld. Vervolgens hebben ze deze blootstellingen omgerekend naar sterftecijfers, of schattingen van het aantal mensen dat zou overlijden als gevolg van blootstelling aan luchtvaartemissies.

 

Het team werkt nu aan ontwerpen voor een "zero-impact" -vliegtuig dat vliegt zonder NOx en andere chemicaliën zoals klimaatveranderende kooldioxide uit te stoten. "We moeten nagenoeg geen netto-impact op het klimaat en nul doden door luchtverontreiniging bereiken", zegt Barrett. "Dit huidige ontwerp zou het probleem van luchtverontreiniging in de luchtvaart effectief elimineren. We werken nu aan het klimaatimpactgedeelte ervan."

 

Gerelateerd nieuws

‘Honingraat’-membraan maakt redox-flowbatterij efficiënter

‘Honingraat’-membraan maakt redox-flowbatterij efficiënter

Onderzoekers van de TU Eindhoven, Differ en MIT ontwikkelden een elektrode met honingraat-porieën om de elektrochemische reactie in de redox-flowbatterij te verbeteren. Het materiaal maakt de batterij efficiënter en…

Imec toont 's werelds eerste Sub-5mW, IEEE 802.15.4z Ultra-Wideband Transmitter Chip

Imec toont 's werelds eerste sub-5mW, IEEE 802.15.4z ultra-wideband transmitter chip

Op de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) presenteerde imec de eerste IEEE 802.15.4z impulse-radio ultrabreedband (IR-UWB) zenderchip, waarmee een evenwicht werd gevonden tussen UWB's nauwkeurige…

Hittebeheersing in fusiereactoren

Hittebeheersing in fusiereactoren

Midden in een fusiereactor is het onwaarschijnlijk heet. Waterstof dat uit dit binnenste ontsnapt, moet op weg naar de wand worden afgekoeld, anders smelt de reactorwand. Differ-onderzoekers ontwikkelden met het EPFL…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

9 maart 2021

Webinar: 10 keer klaar voor Industrie 4.0

Productiebedrijven met kleine series worden geholpen om data uit hun machines te halen en slim te...

10 maart 2021

Webinar: 5G and the Future of Business

A peek into the 5G revolution and what this technology brings to our lives.

23 maart 2021, online

Industrial Ethernet

Kennisdagen over de actuele ontwikkelingen op het gebied van industriële communicatie.

Meer agendapunten »