Glöm batteridrivna flygplan

Jag gillar batteridrivna apparater och jag har en hyfsat stor uppsättning av borrmaskiner, sågar, häcksaxar och till och med en batteridriven högtryckstvätt. Men jag inser naturligtvis att batteridrivna prylar har grundläggande begränsningar jämfört med sådana som drivs av bensinmotorer eller via nätsladd. Ett batteri på ett halvt kilo innehåller trots allt bara energi motsvarande ett halvt snapsglas bensin. Och alla dumheter som sägs om batteridrivna flygplan – kan inte folk räkna?

Det är som vanligt viktigt att skilja mellan sådant som fungerar och sådant som inte fungerar. Det finns gott om tillfällen där en batteridriven apparat är helt överlägsen en nätansluten apparat eller en apparat med bensinmotor. Att hitta en hundra meter lång förlängningssladd är till exempel inte så lätt och att tvingas dra igång en tvåtaktsmotor varje gång man skall borra ett hål är minst sagt hopplöst.

Samma sak gäller andra vägen. En snöslunga, jordfräs eller trädgårdstraktor med en motor på uppåt tio hästkrafter går att köra ett par timmar innan man behöver fylla på mera bensin (fyra liter). En batteridriven motsvarighet med samma prestanda skulle kräva ett jättedyrt hundrakilos batteri på 15 kWh och en laddtid på någon timma mellan varven. I och för sig tänkbart, men hopplöst tungt och dyrt för normalt bruk.

Så här ser det ut. Det finns alltid folk som påstår att allt kan drivas med batterier och på sätt och vis har de rätt. Däremot har de helt fel när de påstår att allt kan drivas med batterier på ett praktiskt och ekonomiskt sätt.

Flygplan med batterier
Det mest uppenbara stolpskottet är nog batteridrivna flygplan. I ett par år har media översvämmats av artiklar om framtiden för elektriska flygplan och alla de fantastiska klimatfördelar vi kommer att nå när elflygplanen tar över om fem år eller så. Inte en enda journalist verkar äga en miniräknare eller ha koll på de mest grundläggande data för hur ett flygplan fungerar.

För av alla dumma batteriapplikationer är nog elflygplanet det allra dummaste. Inget är så totalt beroende av förhållandet mellan energi och vikt som ett flygplan. En energibärare som är dubbelt så tung per energienhet medför att flygsträckan halveras och en energibärare som är trettio gånger så tung per energienhet gör att flygsträckan blir en trettiondel. Enkelt och elakt.

Det är väldigt lätt att jämföra prestanda mellan ett elflygplan och ett flygplan drivet av en konventionell motor Det är bara att titta på energiinnehåll och verkningsgrad. Elflygplanets kombination av motor och batteri har en total verkningsgrad runt 80 procent. Med ett ordinärt Tesla-batteripaket (85 kWh/540 kg) hamnar vi på ca 8 kg per användbar kWh.

En normal flygmotor har i och för sig betydligt sämre verkningsgrad, bara ca 35 procent. Men det kompenseras många gånger om av att energiinnehållet i både bensin och flygfotogen ligger på hela 12 kWh per kg. Vi hamnar med andra ord på ca 240 g per användbar kWh.

Om vi antar att motorvikten är densamma kommer alltså det konventionella flygplanet att ha en mer än 30 gånger längre räckvidd än elflygplanet. Om vi dessutom tar hänsyn till att det konventionella flygplanet minskar sin flygvikt efter hand som bränslet förbrukas blir skillnaden ännu större. Vi talar utan vidare om en skillnad på 40 gånger. Ett konventionellt flygplan som klarar att flyga 350 mil med en timmas reserv klarar plötsligt bara 9 mil med mindre än en minuts reserv. Med en timmas reserv klarar planet inte ens att lämna startbanan.

Effektivare flygplan
I alla artiklar om elflygplan kompenserar man en del av skillnaden genom att göra elflygplanen mycket mera aerodynamiska och effektivare. Tanken är att eldriften på något magiskt sätt skulle göra skillnad också för flygplanets utformning.

Men så är det förstås inte. Allt som går att göra med elflygplan går att göra med konventionella flygplan. Mera aerodynamiska flygkroppar kombinerat med längre och smalare vingar i kompositmaterial minskar energiförbrukningen både för elflygplan och konventionella flygplan. Att man sedan av olika skäl väljer att inte gå alltför långt i effektiviseringen – tja det gäller alla flygplan.

Faktum är att moderna passagerarflygplan har genomgått en ganska fantastisk utveckling de senaste årtiondena. När flyget tog steget från kolvmotorer och propeller till jetmotorer ökade bränsleförbrukningen per passagerare kraftigt. Framför allt berodde det på den tidens ineffektiva jetmotorer med lågt bypassförhållande. En gammal Boeing 707 eller motsvarande jetplan av samma generation sörplade i sig massor av fotogen och hade därför begränsad räckvidd och/eller begränsat antal passagerare.

Men allt det har ändrats. Moderna jetmotorer är mycket effektivare än de gamla och de moderna flygplanen är både lättare och mera aerodynamiska. Energiförbrukningen per km för att flyga en passagerare i 1000 km/h på hög höjd är idag inte större än att flyga samma passagerare på låg höjd och i låg hastighet.

Bättre drag
Nu påpekar kanske vän av ordning att elmotorer kan arbeta effektivt vid väldigt varierad belastning. En del elbilar har till exempel mycket högre toppeffekt än motsvarande bensinbil. Det här borde väl göra flygplanen effektivare och bättre?

Men så är det inte. Alla som flugit små flygplan (eller stora) vet att man startar med fullt pådrag och sedan minskar till kanske 70 procent av maxeffekt vid marschfart. Flygmotorn belastas i stort sett aldrig under 50 procent.

Här skiljer sig flygplan från bilar. I en bil som klarar hastigheter över 200 km/h med fullt pådrag kommer motorn att ha en mycket låg belastning vid 80 km/h, kanske bara drygt 10 procent. Det innebär klara fördelar för elmotorer och dieselmotorer. Elmotorer i flygplan kan däremot möjligen vara en fördel vid vertikal start och landning, men knappast annars.

Vem lurar vem?
Hur kan det då komma sig att elflyg har blivit en så stor sak i media? Ofta ser det ju ut som om elflygplan är på väg att ta över helt om något årtionde och att eldrivna korddistansplan skall komma i drift inom ett par år.

Förmodligen är det väl så enkelt som att ingen vill berätta hur det faktiskt ligger till. De företag som utvecklar elflyg inser naturligtvis att elflyg är ganska meningslöst med dagens batteriteknik, men de vill stå längst fram om en ny revolutionerande batteriteknik skulle se dagens ljus. Tills dess gäller det att ”blåsa varmluft” för att få tillgång till riskkapital och statliga miljöstöd.

För politiker med klimatprofil är naturligtvis elflygplanen bra vare sig de fungerar eller inte fungerar. Löftet om elflyg gör det möjligt att införa begränsningar för det konventionella flyget. Det är en vinst i sig. Många av de här politikerna verkar dessutom ha svårt att räkna.

De mera normala politiker som kan räkna (sådana finns förhoppningsvis) håller ändå en låg profil. Elflyg har fått en viktig symbolroll i klimatpolitiken och ingen vettig politiker utmanar något som klassas som klimatpolitik.

Det konstigaste är kanske att såpass många företrädare för flygbranschen mumlar om en intressant framtid för elflyg. Men egentligen är inte heller det särskilt konstigt. Det är betydligt säkrare att hålla med än att gå till motattack och riskera att bli stämplad som klimatskurk.

Samma som klimat och energi
Det här är för övrigt något som går igen inom alla områden som tangerar klimatfrågor. Ytterst få politiker, företagare, forskare eller mediaföreträdare vågar riskera en stämpel som ”förnekare”. Till och med uppenbara dumheter som dagens svenska energipolitik går ”under radarn” eftersom så få vågar sticka ut hakan och påpeka ens uppenbara galenskaper.

Det hela påminner faktiskt väldigt mycket om situationen på sjuttiotalet då vänstern lyckades skapa en form av tolkningsföreträde inom den politiska debatten. Det fungerade förvånansvärt länge, innan extremisterna inom vänstern till slut gick alltför långt och allt rasade samman.

Och där har vi det ständiga problemet. Extremister går alltid för långt. Det gäller alla extremister, vare sig de kommer från vänster eller höger eller fokuserar på klimat, miljö, ras, kön, eller maktstrukturer. Men det har jag visst skrivit om några gånger tidigare.

Ett snapsglas
Någon gång i framtiden kanske vi kommer tillbaka till ett vettigare debattklimat där statistik, rimlighetskalkyler, pris/prestanda och kostnads/intäktsanalys återigen får en viktig plats. Tills dess kanske det kan vara kul med några enkla och praktiska beräkningar:

Jag har två batterisystem för trädgårdsprylar där det nyare använder ett batteri på 40 V/2,5 Ah (100 Wh) och det äldre 24 V/1,8 Ah (44 Wh). Det räcker ganska långt för en del apparater.

Bensin har ett energiinnehåll på ca 12 kWh per kg. 100 Wh motsvarar alltså 8,3 g bensin och 44 Wh motsvarar 3,7 g bensin. Vi kan anta att elmotorerna/batterierna i trädgårdsprylarna har mellan två och tre gånger högre verkningsgrad än motsvarande bensinmotorer och landar då i att det stora batteriet motsvarar 25 g bensin och det lilla batteriet motsvarar lite över 10 g. Omräknat till volym handlar det om 3,3 cl respektive 1,3 cl (50 öre respektive 20 öre).

Med tanke på att batterierna väger 850 g, respektive 500 g är det lätt att inse batteriverktygens begränsning. De är förnämliga för relativt kortvariga och intermittenta arbetsuppgifter, men duger inte alls när man till exempel vill röja sly på ett någotsånär stort område eller såga ner och kvista några granar. Tråkigt men sant.

Sedan skall man förstås inte glömma att mycket arbete går att göra med helt manuella verktyg. Jag handskottade till exempel vår 250 m långa tillfartsväg i morse och jag skall försöka få bättre snits på arbetet med lien (även om jag aldrig kommer i närheten av tekniken hos min far och min svärfar). Cykel, kanot och roddbåt är också utomordentliga fortskaffningsmedel.

Men kommersiella elflygplan är bara för dumt.

15 Responses to “Glöm batteridrivna flygplan”

  1. Ja, visst är pratet om elflygplan underligt. Bristen på basal kunskap inom matematik och fysik är ju ett utmärkt fundament för så många stolligheter:
    Jordklotet är platt.
    Antivaxxers kan fritt hitta på allt möjligt.
    Lägga ned kärnkraft för att bekämpa CO2-utsläpp.
    Att slumpel = basel.
    Osv.

    Som du säger så ofta: den verkliga verkligheten är mycket svår att komma runt. Tyckande och ord påverkar varken gravitation eller fysikens lagar.

  2. Håller med, naturligtvis. Okunninga beslutsfattare etc..

    Skulle föredra förbränningsteknikbaserade motorer i alla fordon, men då med bänslen som görs på förnybara råvaror, typ HVO för bilar och motsvarande biobränsle för flygplan (eller varför inte kolvmotorer med diesel/HVO), går förresten att bygga jetmotorer för tjockoljedrift, så HVO borde ju gå bra där med 🙂

    Både den konventionella oljan och lithium är ju ändliga resurser, lithium är väl värre än oljan (tror jag). Men med bränsle av typ HVO så får man ju ett soldrivet system…

  3. Tack Göte.
    Bra sammanfattning av läget med batterianvändning i ”fel” applikation, t.ex flygplan, fartyg, tåg osv.

    Jag har många gånger belyst förloppet med tankning av t.ex 60kg bränsle med 12kWh/kg på tre minuter jämfört med att ”tanka” samma energimängd el på i bästa fall 10-15 min.
    Effekten i ”laddsladden” blir flera hundra kW, upp mot MW… Dessutom kommer man som bekant då upp till c:a 80% laddning, resten upp till 100% tar länge tid.

    Multiplicera upp detta till tankning av flygplan eller annan tung transport, med 10-tals upp till 100-tals ton bränsle.
    Det är bra att testa och prova sig fram med batteridrift av t.ex kortdistans färjor och båtar, eller i bussar i lokaltrafik, men flyget… Det är bara för dumt, matematik och rimlighetsbedömning verkar vara ett bortglömt begrepp…

  4. Här finns läsning om batteriforskning för intresserad. https://www.forskning.se/2021/01/19/optimerad-laddning-ger-sakrare-litiummetallbatterier/

  5. Bra sammanfattning Göte. Tyvärr kommer det inte att påverka klimativrarnas inställning till elflygplan. Dock tror jag att elflygplan kan ha en nisch inom tvåsitsiga flygplan såsom Pipistrel Alpha Electro för kortdistansflygning t.ex. skolflyg när man bara ska starta flyga en halvtimma och landa igen.
    Men för kommersiell linjetrafik icke.

  6. Noterar med tillfredsställelse att min övertygelse om att ”Reality has the last say – always” gäller även här.

    I övrigt är min Verklighet just nu att FS-Data i Helsingborg slarvat bort alla e-mail från snart tjugo år tillbaka. De svarar inte i telefon, hämtar inte ut pappersbrev med mottagningsbevis, så kallade REK, eller visar något annat intresse att reda ut situationen.

    Jag har några bidrag till ”I periferin” i den så kallade pipen. Men de får vänta tills jag fixat e-mailfunktionen. Ganska handikappande är det. På många sätt.

    Kanske dags att gå tillbaka till arkivsäkrare metoder? Pergament och hemtillverkat bläck med järn och galläpplen har funkat i ett par tusen år…

    Annars är det bra här ute i glesbygden. Och jag satsar mer och mer på en karriär som Andre Biträdande Maskinistlärlingsaspirant där en nyfyndad Lorch LAS och en bra kallsåg utgör väsentliga hjälpmedel.

  7. Äntligen Göte. Detta har jag hävdat i många år och då är jag både pilot och flygmotortekniker men ingenjör i grunden (jobbar dock med ingetdera civilt).

    Grejen är att alla verkar missa att dagens trafikflygplan har Jetmotorer vilka körs på ett diesel liknande bränsle vilket gör att det dels klarar av att arbeta med stökiometriskt variabla förhållanden samt pga designen med kompressorsteg som kan kompensera för att det är glesare mellan syret på högre höjder och ändå generera dragkraft på en höjd där pga lägre luftmotstånd en högre fart kan uppnås.

    Elmotorer som mest troligt kommer att driva konventionella propellrar kan ej operera effektivt på högre höjder vilket leder till att elektriska flygplan bara kan operera på flight levels kring max 4-5000m och då i hastigheter långt under 900-1000km/h som är nåbara på 10000m FL.

    Kort sagt så kommer elektriska flygplan av Boeing 737-800 Airbus 320/321 storlekar inte över överskådlig tid få aktionsradier där det är motiverat att använda flygplan än mindre medge de ”reservbränsle” regler som finns inom dagens flygfart. Sedan var det ju detta med att startvikten inte sjunker i takt med att drivmedlet förbrukas, vissa flygplan kan starta med full bränslelast men ej landa utan att dumpa bränsle innan landning, den designen kommer då inte att fungera med batterier om man nu inte ska dumpa batterier. Själva vitsen med att flyga är att förflytta sig långa sträckor snabbt och utan att dagens batterier förbättras med faktor ca 30ggr kommer vi inte att nå resmålen och restiderna lär då samtidigt bli mellan 2-3 ggr längre pga lägre fart.

    På små 2-4 passagerar inkl pilot plan fungerar elmotorer ofta med acceptabla flygtider men ju större planen blir ju svårare blir det att få ihop ekvationerna.

  8. Bra inlägg Göte ! Väntar otåligt på vad du tycker om elvägar för fordon, tänk bara på skillnaden i verkningsgrad jmf med stora batterier.
    Torbjörn

  9. @Ralph och Göte, intressant fakta!

    Jag har aldrig trott att man ska ersätta jetflygplan med elmotor, snarare vanliga propellerflygplan.

    Men den här debatten är samma som att ersätta pålitlig kärnkraft med väderstyrd elproduktion. Extremisterna ser att du kopplar ut en kraftkälla och kopplar in en annan. Klart! Alla invändningar är betraktas som meningslös retorik och då täpps öronen till. När det går åt helvete så såg man det inte komma.

    Idag var elpriset uppe i 2kr/kWh i hela Norden och Baltikum förutom ett elområde i Norge och ett i Danmark som hade lite billigare el.

    SVT text skrev förstås att det dyra priset beror på begränsningar i överföringen, samt det kalla vädret. Allt annat hade gått emot deras politiska övertygelse.

    Begränsningar i överföringen var inte problemet då elen var dyr överallt. Förut har elområde 1 och 2 haft billig el, men 3 och 4 dyr. Nu var det elbrist även i Norrland.

    En snabb titt visade att det kl 8 i morse var -10°C i Stockholm, 0°C i Malmö, +1°C i Göteborg. Det varmed andra ord inte alls någon köldknäpp. 15 januari var faktiskt något värre med lite större elkonsumtion än idag.

    Skillnaden är att det blåste 15 januari så vindkraften producerade 3GW mer än idag. Nu klarade det sig på håret med fossilellimport från Danmark, Tyskland och Litauen.

    Tänk hur det blir när Malmö och Göteborg får minusgrader!

  10. Vattenfall skall nu testa mikronät på ön Arholma

  11. Tycker din rubrik är starkt överdriven.
    Det pågår en utveckling av små batteridrivna flygplan, med kapacited för några personer.
    Dessa ser ut att ha tillräckliga prestanda för kortare sträckor, eller exempelvis skolning av piloter.
    Så, ”Glöm batteridrivna flygplan” är nog lite för generellt sagt.

  12. Anders L.

    Du glömmer den så kallade kontexten.
    Visst finns det små modellflygplan med batteridrift. Och det kommer säkert att åstadkommas några där man får plats med en eller ett par personer som kan flyttas kortare sträckor. Där har du troligen rätt.

    Men det är inte den småskaliga tillämpningen som anses förstöra luften så pass att folk grips av panik. Det är de stora flygen i regelbunden trafik över långa sträckor som kan vara ett hot. Och i sådana tillämpningar är batteridrift inte ens möjlig med 100 procent verkningsgrad i alla system. Med praktisk verkningsgrad är det sinnessvagt att ens tänka sig ett sådant system.

    Som kärnkraftkramare skulle jag hellre välja en bra reaktortyp än ett batteri i en flygtillämpning. Men det betyder inte att jag skulle välja det ena eller det andra.
    Kärnkraft eller batteri i flygplan? Nej Tack!

    Överdriven? Nej.
    Starkt överdriven? Absolut inte.

  13. Hej Anders L

    Visst utvecklas det små batteridrivna flygplan men samma begränsningar som för stora plan gäller också för små plan. Möjligen kan man dra nytta av att elmotorn är något lättare, men vi talar ändå om en skillnad med ungefär en faktor 30.

    Ofta jämför man ett traditionellt skolflygplan av typen Cessna 172 med de här tänkta nya skolflygplanen, men det är ingen rimlig jämförelse. Det idag enda godkända elflygplanet av den här typen, Pipistrel Velis Electro, liknar mera ett slimmat ultralätt plan och har kapacitet att starta, göra en kort ”stjärtsväng” och sedan landa. Då är det 24,8 kWh stora batteriet slut.

    Samma runda med motsvarande bensindrivet plan (det existerar) drar ungefär sex liter bensin om vi förutsätter att det bensindrivna planet får en extra ballast på ett par hundra kilo. Utan ballast blir förbrukningen ännu lägre.

    Med dagens batteriteknik skulle jag nog föredra att glömma elektriska småflygplan. Speciellt om man har någon som helst tanke på säkerhet. På den tiden jag flög små flygplan var det inte tillåtet att starta utan en halvtimmas reserv (otänkbart i ett elflygplan). Tanken att medvetet köra slut på näst sista droppen fanns inte i sinnevärlden, ens om man hade flygfältet inom synhåll.

    /göte

  14. Göte.

    Vad tror du om detta alternativ till flygbränsle ?

    https://www.industrinyheter.se/20210203/31148/produktionen-av-fornybart-flygbransle-i-ostersund-ger-goda-resultat

  15. Hej Leif

    Har man bara tillräckligt gott om el går det att göra nästan vad som helst. Att skapa koldioxid och vatten från kolväten ger massor av energi och att skapa kolväten från koldioxid och väte kräver ännu mer energi.

    Det enklaste är väl att bygga moderna kärnreaktorer av högtemperaturtyp i närheten av stora koldioxidutsläppare som SSAB. Då kan man både skapa vätgas från spillvärmen och driva processen att konvertera koldioxiden med el. Man får en stabil energikälla som driver en kontinuerlig process Det skulle inte förvåna mig om det blir billigare att ta hand om koldioxiden från stålverket på det här sättet än att driva stålproduktionen med vätgas (Hybrit).

    I en värld med gott om el (från modern kärnkraft eller fusionskraft) går det utmärkt att kopiera den naturliga kolcykeln. Koldioxid är i det läget en bra råvara och inte ett problem. Kolväten som skapas på det här sättet är rimligen renare än de fossila och fantastiskt mycket bättre än de vegetabiliska oljor vi numera använder för att förstöra våra motorer och hugga ner regnskogarna.

    Om vi har gott om el kan vi dessutom glömma alla problem med vattenbrist. Saltvatten finns i oändlig mängd och avsaltning är inget tekniskt problem.

    /göte