Hybridiautot ovat nykyään tavallinen näky Euroopan teillä. Ne sijoittuvat polttomoottoriautojen ja täysin sähköisten ajoneuvojen väliin, ja ne kulkevat osan matkasta polttoaineella ja loput sähköllä. Tämä konsepti saattaa olla mullistamassa ilmailualan. Lentoliikenteen osuus maailman hiilidioksidipäästöistä on noin 2,5 prosenttia. Tämä osuus kasvaa tulotason noustessa ja yhä useamman ihmisen lentäessä.
Maantiekuljetusten hiilidioksidipäästöt ovat vähenemässä nopeasti sähköajoneuvojen ansiosta. Ilmailualan teknologian kehityssykli on pidempi, ja se on edelleen ala, jolla päästöjen vähentäminen on vaikeaa. Lisäksi korkealla ilmakehässä vapautuvat päästöt lämmittävät maapalloa jopa enemmän kuin maanpinnan tasolla syntyvät päästöt.
Puhtaan ilmailun yhteisyritys on Euroopan komission ja ilmailualan välinen julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuus, jonka tavoitteena on ratkaista tämä ongelma yhdistämällä yksityisen ja julkisen sektorin osaaminen, taitotieto ja valmiudet.
Tällaista yhteistyötä tarvitaan alalla kipeästi.
– Jos toimiin ei ryhdytä, ilmailun päästöt ja ilmastovaikutukset kasvavat edelleen, toteaa ATR:n projektipäällikkö Laure Dupire.
ATR on eurooppalainen valmistaja, joka on erikoistunut alueellisiin ilma-aluksiin – matkustaja- ja rahtilentokoneisiin, jotka on suunniteltu pikemminkin alueellisille lennoille kuin pitkille kansainvälisille reiteille.
– Ilmailuala on asettanut itselleen tavoitteen saavuttaa ilmastoneutraalius vuoteen 2050 mennessä. Sitä ei voida saavuttaa ilman uusia teknologioita.
Dupire on yksi niistä tutkijoista, jotka työskentelevät neljässä puhtaan ilmailun yhteisyrityksen osarahoittamassa hankkeessa. Heillä on yhteinen tavoite: erittäin tehokas hybridisähkölentokone, joka voi vähentää päästöjä merkittävästi.
Sen sijaan, että lentokone toimisi pelkästään polttomoottorin voimalla, siinä yhdistettäisiin perinteinen voimanlähde sähkövoimaan. Nämä neljä hanketta – PHARES, DEMETRA, OSYRYS ja HERACLES – käsittelevät kukin haasteen eri osa-alueita, ja niiden tavoitteena on saada alueellinen hybridisähkömatkustajakone liikenteeseen vuoteen 2035 mennessä.
Tämä vaihe perustuu aiempaan EU:n rahoittamaan tutkimusvaiheeseen, jossa kartoitettiin kokonaisrakenne, esiteltiin varhaisia sähköjärjestelmiä ja selvitettiin, miten hybridisähkövoimajärjestelmän tuottamaa huomattavaa lämpöä voidaan hallita. Käynnissä olevissa neljässä hankkeessa kehitetään konseptia pidemmälle. Niissä kehitetään, integroidaan ja testataan teknologiaa.
ATR, joka on Airbusin ja Leonardon välinen ranskalais-italialainen yhteisyritys, koordinoi kahta näistä hankkeista. Dupire johtaa DEMETRA-hanketta, jonka puitteissa kehitetään testilentokone muiden hankkeiden kehittämien teknologioiden toimivuuden varmentamiseksi.
ATR:n ilmailuinsinööri Alessandro Sgueglia koordinoi HERACLES-hanketta, jossa nämä teknologiat yhdistetään yhdeksi lentokonekonseptiksi. ATR valvoo myös kaikilta osin akkujen valintaan, suorituskykyyn ja integrointiin liittyvää työtä.
– Uudella suunnittelulla vähennetään päästöjä 30 prosenttia ja saavutetaan suorituskyky ja kantama, joka on verrattavissa nykyisiin alueellisiin ilma-aluksiin tai on niitä parempi, Sgueglia kertoo.
Hybridisähkökäyttövoimajärjestelmää kehittävän PHARES-hankkeen odotetaan saavan aikaan jopa 20 prosenttia tästä tavoitteesta. Loput 10 prosenttia saadaan rungon innovaatioista – uudesta rungosta ja siivistä. Tämä työ tosin kuuluu erilliseen jatkohankkeeseen. Toistaiseksi näissä neljässä hankkeessa keskitytään voimanlähde- ja energiajärjestelmien kehittämiseen.
HERACLES-hankkeessa on myös kehitteillä moottori, joka on optimoitu toimimaan 100-prosenttisesti kestävällä lentopolttoaineella, mikä tarkoittaa, että kone on suunniteltu yhteensopivaksi niiden puhtaampien polttoaineiden kanssa, joita lentoyhtiöt ovat jo alkaneet ottaa käyttöön.
Tämä 30 prosentin päästövähennys on mitattu verrattuna vuoden 2020 huipputeknologiaa edustavaan alueelliseen lentokoneeseen – suunnilleen sellaiseen vertailukohteeseen kuin ATR72, joka on yksi maailman yleisimmin käytetyistä alueellisista potkuriturbiinikoneista ja jota on valmistettu yli 1 200 kappaletta.
Sgueglian mukaan alueellisten lentokoneiden valinta on tietoinen päätös.
– Ilmailualan innovaatiot alkavat aina pienemmistä lentokoneista, minkä jälkeen niitä sovitetaan suurempiin malleihin, hän kertoo.
Hän korostaa, että tavoitteena ei ole pelkkä testilentokone, vaan toimiva kaupallinen tuote:
– Haluamme kehittää jotakin, joka voi kattaa merkittävän osan alueellisista ilmailumarkkinoista. Sitä tarvitaan, jotta näitä teknologioita voidaan siirtää suurempiin lentokoneisiin.
Miksi suunnitteilla ei ole täyssähkölentokonetta?
Toistaiseksi esteenä on paino.
– Tämän päivän akkuja rajoittaa niiden alhainen energiatiheys, Pratt & Whitney Canadan hankekoordinaattori Anne Saint-Roch toteaa viitaten siihen, paljonko energiaa akku voi varastoida massayksikköä kohti.
– Vaikka teknologia kehittyykin jatkuvasti, täyssähkö soveltuu pääasiassa pienempiin, lyhyemmän toimintasäteen tai pienen hyötykuorman lentokoneisiin, hän sanoo.
– Jos käyttäisimme alueellisten lentokoneiden voimanlähteenä pelkästään akkuja, matkustajille tai rahdille ei jäisi tarpeeksi tilaa. Tästä syystä tarvitsemme hybridikonseptin.
Käytännössä sähkömoottori kantaisi todennäköisesti suurimman kuormituksen lentoonlähdön ja nousun aikana.
– Sähkömoottori voisi tuottaa osan tarvittavasta tehosta, mutta sitä voitaisiin käyttää myös matkanopeudella lentämiseen, Saint-Roch toteaa.
Pratt & Whitney Canadan koordinaattoriroolilla on myös laajempi merkitys.
– Olemme ensimmäinen puhtaan ilmailun hanke, jota johtaa kanadalainen yritys sen jälkeen, kun Kanada ja EU tekivät Horisontti Eurooppa -puiteohjelmaa koskevan assosiaatiosopimuksen vuonna 2024, Saint-Roch kertoo.
Hän korostaa, että Euroopan ja Kanadan välinen yhteistyö on välttämätöntä, jotta hybridisähköteknologia voidaan tuoda kaupalliseen käyttöön.
Hybridisähkölentokone tarvitsee uuden moottorin lisäksi myös täysin uudenlaisen sähköjärjestelmän. Tämä on OSYRYS-hankkeen toiminta-aluetta. Hanketta koordinoi ranskalainen ilmailu- ja avaruusteollisuusyritys Safran.
– Tämä on ensimmäinen kerta, kun lentokoneessa käytetään 800 voltin jännitettä, Pierre-Julien Sonnette Safranilta kertoo.
– Se on paljon korkeampi kuin mihin on totuttu. Meidän on suunniteltava sähköjärjestelmä kokonaan uudelleen.
Korkeampaa jännitettä tarvitaan sähköisen voimanlähteen vaatiman tehon tuottamiseen, ja se on merkittävästi korkeampi kuin kaupallisiin lentokoneisiin on tällä hetkellä sertifioitu. Esimerkiksi ATR:n verrokkilentokoneessa jännite on enintään 115 volttia.
Sitten on vielä sertifiointi. Ilmailualan turvallisuustilastot päihittävät lähes kaikki muut liikennemuodot, mutta juuri tiukat turvallisuusmääräykset ovat historiallisesti hidastaneet uuden teknologian käyttöönottoa alalla.
Tämän pullonkaulan välttämiseksi kaikki neljä hanketta ottavat Euroopan unionin lentoturvallisuusviraston mukaan työhönsä alusta alkaen – sen sijaan, että valmiit teknologiat esitettäisiin hyväksyttäväksi vasta työn päätyttyä.
– Meidän on otettava viranomaiset mukaan alusta alkaen, Sonnette toteaa.
– Lopulta juuri he päättävät, saako lentokone luvan lentää. Meidän on tutustutettava heidät näihin uusiin teknologioihin ja osoitettava, että ne ovat myös turvallisia. Sehän on ilmailualan tärkein tavoite: turvallisuus.
Näitä neljää hanketta voidaan kuvata ruumiinosina. PHARES-hanke on kaiken sydän tarjoten lentokoneen käyttövoiman. OSYRYS-hankkeessa kehitetään sähköinen hermosto, joka välittää virtaa ja signaaleja lentokoneen eri osiin. HERACLES toimii aivoina, jotka koordinoivat ja yhdistävät eri teknologiat yhdeksi kokonaisuudeksi.
DEMETRA, joka alkoi tammikuussa 2026, on ruumis, jossa kaikki osat yhdistyvät. Sen tehtävänä on hyödyntää kolmen muun hankkeen tuloksia, integroida hybridivoimajärjestelmä, sähköjärjestelmät ja akut oikeaan lentokoneeseen sekä lentää sillä – testaten kokonaisuutta todellisissa olosuhteissa.
Tavoitteena on teknologian valmiustaso 6, eli vaihe, jossa teknologiaa pidetään riittävän kehittyneenä, jotta sitä voidaan alkaa siirtää kaupalliseen käyttöön. ATR:n tavoitteena on saada testilentokone ilmaan vuoden 2029 loppuun mennessä, ja sen käyttöönoton on tarkoitus tapahtua vuonna 2035.
Jos lentotestit sujuvat suunnitelmien mukaisesti, entistä kestävämmät alueelliset uuden sukupolven lentokoneet saattaisivat nousta ilmaan aikaisemmin kuin monet aikoinaan uskoivat mahdolliseksi.
Tämä artikkeli on julkaistu alun perin EU:n tutkimusta ja innovointia käsittelevässä Horizon-lehdessä. Tässä artikkelissa käsitelty tutkimus rahoitettiin EU:n Horisontti-ohjelmasta.