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Jun 09, 2023

都市部の航空モビリティにおける課題と進歩を探る

Maria Guerra | 7 giugno 2023 Propulsione elettrica, progressi nella tecnologia delle batterie,

マリア・ゲッラ | 2023 年 6 月 7 日

電気推進、バッテリー技術、軽量素材、自律システムの進歩により、航空の電動化への道が開かれました。 これらの技術開発により、新興企業が電動垂直離着陸 (eVTOL) 航空機用の革新的なソリューションを作成する機会が開かれました。私たちは最近、そのうちの 11 機を検討しました。 しかし、多くの課題が残っています。

バッテリー技術は電動航空機を実現する重要な要素ですが、eVTOL 航空機の普及にはいくつかの課題に対処する必要があります。 重大な課題には次のようなものがあります。

バッテリーのエネルギー密度: 電気航空では、安全性と信頼性を維持しながら、飛行距離を延ばすのに十分な電力を供給するために、高エネルギー密度のバッテリーが必要です。

バッテリーの寿命と航続距離: エネルギー密度が限られているため、電動航空機の飛行距離と耐久性が制限されます。 地域旅行や長距離飛行など、従来の化石燃料ベースのエネルギー航空用途の要件に合わせて電動航空機の航続距離を拡大することは、依然として困難です。

バッテリーの重量と体積: 重量は航空機の性能、積載量、効率に直接影響するため、航空業界では重要な要素です。 バッテリー システムは重い場合があり、航空機の全体重量に影響を与えます。 したがって、電気航空機のペイロード容量と運用効率を最大化するには、エネルギー貯蔵容量を維持しながらバッテリーの重量を軽減することが重要です。

安全性と熱管理: バッテリーの高いエネルギー密度と複雑な化学反応により、熱暴走や火災の可能性などの安全上のリスクが生じます。 高出力の充電および放電動作によって生成される熱を制御および放散するには、効果的な熱管理システムが不可欠です。

充電インフラストラクチャー: 航空電化を最大限に活用するには、堅牢で広範な充電インフラストラクチャーを開発する必要があります。 さまざまな空港や場所に充電ステーションの信頼できるネットワークを確立することで、電気航空機の導入を促進できます。

コスト: バッテリーのコストは、電気航空機にとって依然として大きな課題です。 リチウムイオンなどの現在のバッテリー技術は高価である可能性があり、電動航空機の全体的なコストに影響を与えます。 電気航空機をより経済的に実行可能にするためには、バッテリー製造の進歩、規模の経済、代替バッテリー化学の研究によるコスト削減が必要です。

環境への影響: IEA によると、2021 年時点で航空は世界のエネルギー関連 CO2 排出量の 2% 以上を占めており、ここ数十年で道路、鉄道、海運よりも急速に増加しています。 電気航空が二酸化炭素排出量を削減し、環境の持続可能性をサポートしていることは間違いありませんが、バッテリーの製造と廃棄に伴う環境への影響を考慮することが不可欠です。

航空バッテリー システムには通常、航空機のエンジンを始動するために使用されるメイン バッテリーと、照明、航空電子工学、通信システム、緊急システム、バックアップ電源などの重要な航空機機能に電力を供給する補助バッテリーが含まれます。

ノースボルトとキューバーグは、安全で持続可能な電気飛行を可能にする高性能バッテリーシステムの開発に特化した新しいプログラムを発表した。 Cuberg のセルには、(リチウムイオン電池で一般的に使用されているグラファイトでコーティングされた銅アノードの代わりに) 純粋なリチウム金属で構成されたアノードが搭載されています。 Cubberg によれば、比エネルギー 405 Wh/kg を持つ同社の 20Ah リチウム金属セルは、航空用バッテリー モジュールに組み立てられたときに意図したとおりに動作するとのことです。

Cuberg モジュールの比エネルギーは、リチウムイオン技術に基づく同等のモジュールより最大 40% 高くなります。

Cubberg のモジュールのパフォーマンス指標は次のとおりです。

質量

16.4kg

サイズ

95mm×280mm×540mm

定格エネルギー

4.6kWh

エネルギー密度

320Wh/L

比エネルギー

280Wh/kg

ノースボルトのCEO兼共同創設者であるピーター・カールソン氏は、「ノースボルトは、自動車分野向けの持続可能なバッテリーセルだけでなく、重工業市場やエネルギー貯蔵市場向けの完全なバッテリーシステムの世界をリードするプロバイダーとしての地位を確立しつつあります。当社の航空システムプログラムにより、私たちは、Cuberg の次世代リチウム金属電池技術と電池製造の経験を活用して、エンドツーエンドのエネルギー ソリューションを空に届けていきます。」

世界中で、スタートアップ企業が高度なエアモビリティの加速を積極的に推進しています。 企業は、革新的なハイブリッド飛行機や全電気飛行機の設計、eVTOL 航空機の開発など、さまざまなアプローチを採用しています。 この記事で説明したルノーとエアバスの提携のように、パートナーシップやコラボレーションは常に発表されています。 ここに離陸中の電気航空機スタートアップの 1 つを示します。

アーチャー・アビエーション: カリフォルニア州サンノゼに本社を置き、eVTOL 航空機を開発しているアメリカのアーチャーは、2023 年第 4 四半期に初期適合ミッドナイト航空機の最終組み立てを完了し、2024 年初めに操縦飛行試験運用を開始することを目標としています。アーチャーは、同社が来年初めにミッドナイト航空機を操縦して開始する予定の「信用のための」認証テストに先立って、連邦航空局（FAA）との認証プログラムの加速とリスク軽減を目的とした重要な「企業テスト」を実施する予定だ。

アーチャーの計画では、2030年までに6000機を配備する予定だ。

アーチャー社は、同社のミッドナイト航空機は最大160マイルの飛行距離を飛行できるが、間に12分の充電時間を挟んで20マイルの連続飛行を行うように最適化されていると主張している。地上のライドシェアと競争力があります。 ミッドナイトの設計は 1,000 ポンド以上のペイロードを保持し、航空機は 4 人の乗客とパイロットを乗せることができます。 6 つの独立したバッテリー パックによって電力が供給され、それぞれが 1 対の電気エンジンをサポートします。

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