Ur ett marknadsföringsperspektiv så går det säkert utmärkt att flyga miljövänligt. Se bara på hur väl etablerat det blev med ”Gröna inflygningar”. Det låter rent, ja till och med som om världen blev bättre ju fler inflygningar som görs.
Men en grön inflygning är inget annat än en självklarhet. Du har farten 900 km/h och ligger på 10 000 meters höjd. För att ta sig ner till stillastående på marken så behövs ingen energi. Tvärtom, du måste bli av med såväl rörelseenergi som lägesenergi.
Det svåra är att göra en grön start. Och en grön transportsträcka.
Det första, en grön start, är uppenbart fysikaliskt motsägelsefull ur energisynpunkt: Från stillastående på marken så skall du ha en hastighet på 900 km/h och ta dig upp till 10 000 meters höjd. Det är omöjligt att göra det utan att tillföra energi. Den andra, själva transporten, kräver att du övervinner luftmotståndet. Förvisso på höjd där luften är tunn, men inte så tunn att du inte har lyftkraft.
Tag tex en Boeing 787 Dreamliner. Ett flygplan som Norwegian marknadsför som ”det mest miljövänliga alternativet av flygplan”. Nu är jag i och för sig mest intresserad av dess fysikaliska egenskaper, inte prestanda jämfört med andra flygplan. Men det får fungera som exempel avseende vikt, marschfart och passagerare. (För beräkningar, gå till slutet av artikeln).
För att få upp en Dreamliner på marschhöjd krävs det rörelse och höjd:
- Rörelseenergi: 8 000 MJ, att få det från från stillastående till 900 km/h,
- Lägesenergi: 25 000 MJ, att lyfta det från 0 till 10 000 meters höjd.
- dvs Totalt 33 000 MJ (miljoner Joule).
Detta är alltså den rent mekaniska energi som vi tillfört flygplanet. Hittills har vi inte räknat med några förluster i form av värme, friktion mm.
För att ge planet fart och höjd så använder vi den kemiska energin som finns bunden i flygbränsle. För att få loss (återigen utan några förluster) 33 000 MJ så behöver vi 760 kg, eller ca en kubikmeter, flygbränsle.
Om vi antar att flygmotorer har en verkningsgrad på 20% (den kunnige och intresserade får gärna korrigera detta värde) så behövs det alltså 165 000 MJ eller 3800 kg flygbränsle för att komma upp i marschfart på flyghöjd.
Och för att lunka på däruppe det går åt storleksordningen lika mycket (5600 kg) per flygtimme.
Det här energi som man inte får tillbaka när man landar, hur grön inflygning man än försöker göra. Energin som man behöver tillföra för att få upp planet i luften finns det inget sätt att återvinna. Rörelseenergin och lägesenergin, som man hade alldeles nyss, går förlorad när man skall ta sig från att röra sig med 900 km/h på tiotusen meters höjd, till stillastående på marken. Detta vare sig inflygningen är grön eller inte.
Men transportmedel som är kvar på marken, bil, tåg, cykel, maglev, poddar i vakuumtunnlar, Hyperloop e dyl har inte dessa fysikaliska brister. Dels behöver man inte tillföra någon lägesenergi till farkosten. Dels kan man återvinna en väsentlig del av rörelseenergin när man bromsar in farkosten (man kör motorn som generator). Den enda energin som går förlorad är friktion genom eventuellt rull- och luftmotstånd.
Min huvudsakliga kritik mot flyg, vare sig de är pimpade med gröna inflygningar eller biobränslen (som ju också genererar utsläpp av partiklar och vattenånga på höjd), är att de har fysiken emot sig jämfört med om man väljer markbundna transporter.
Jovisst kan man misslyckas med marktransporter också, men man har inte fysikens lagar emot sig. Med visionära ledare och kompetenta ingenjörer, samhällsvetare, ekologer och forskare från andra relevanta områden så kan man få till något riktigt bra på marken, i marken eller på brosystem några tiotals meter över marken.
Men det är klart, om man idag skall väldigt långt eller till ett område där det inte finns vägar så kanske flyg i en eller annan form är det enda alternativet. Men ”miljövänligt”, det är det inte.
/Martin
PS. I första versionen av grafik hade jag bytt plats på energimängderna för läges- och rörelseenergi. Detaljerna var fel, men summan rätt. Jag har gjort och lagt upp en korrigerad bild (på vilken det längst ner står att den är uppdaterad 4 feb kl 19:30). Om du inte ser rätt bild så är det pga att cashade system som tex Facebook, Twitter eller lokala browsers inte är uppdaterade. DS
Beräkningar…
En Dreamliner har en (max) startvikt på 252 650 kg (och kan ta 344 passagerare, vilket ger 734 kg per passagerare.)
Den undre gränsen för hur energisnål en Boeing 787 kan bli definieras av fysikaliska lagar: Hur mycket energi [E] går det åt att ge ett föremål med massa [m], hastigheten [v] och höjden [h]? Energi = Rörelseenergi (kinetisk energi) + lägesenergi (potentiell energi)
E = ½mv2 + mgh
(där hastigheten är 250 m/s (900 km/h) och g=9,81 m/s2)
Det blir 8 000 (rörelseenergi) + 25 000 (lägesenergi) = 33 000 MJ (miljoner Joule).
Det här är alltså energin som krävs för att få upp planet, från stillastående på marken, till marschhöjd.
Hur mycket är det omräknat i flygbränsle? Ett typiskt flygbränsle innehåller ca 43 MJ/kg (Kerosene type BP Jet A-1 är 43,15 MJ/kg, källa Wikipedia). Det går alltså åt minst 33 000/43=760 kg, eller ca en kubikmeter, flygbränsle att starta (densitet 804 kg/m3).
Det är alltså om du inte har några energiförluster alls. Med en verkningsgrad på 20% så krävs det fem kubikmeter flygbränsle. Vad som är realistisk verkningsgrad kanske någon läsare kan utröna.