（2019-02-19）空中交通的成長，為我們帶來前所未有的便利，但同時也帶來重大挑戰。未來20年，全球航空需求每年將增加4.5%，這無疑會增加天空的污染與擾人的噪音。
（2019-02-19）空中交通的成長，為我們帶來前所未有的便利，但也相對帶來重大的挑戰。在未來20年，全球的航空需求每年將會增加4.5%，也就是需要新航線、新機場、更多的飛機、及更多的航空人力，但飛機的性能卻僅預期改善2%到3%，這些因素，無疑會增加天空的污染與擾人的噪音。
電動汽車不排放溫室廢氣，行車也安靜，對我們的環境與生活有很大的改善，天上的飛機也是一樣。
飛機使用碳氫燃料，產生的CO2（二氧化碳）是空中一大污染源，據Myclimate網站的計算公式，以洛杉磯到台北直飛為例，10,900公里的航程，每一經濟艙乘客會產生2.1噸的CO2，如果乘坐商務艙，則加倍為4.1噸。除了排放CO2，同時又噴放大量吸熱微粒，加速地球暖化。
飛機的噪音，來自機械的轉動，特別是扇葉旋轉到超音速，更為明顯。另外，飛機表面的空氣流動，在高速低空飛行，製造地面的爆音干擾。飛機本身的系統，像是輔助動力的發電機，也會製造機艙內的噪音。飛機一旦電動，雖然不能靜悄悄的飛，但各方面的研究實驗，都認為可以大幅度降低噪音。
電動飛機的動力來源是電池，所以飛機的總重量、包括電池，要多大馬力才能讓飛機升空，在空中持續飛行？
根據Nature Energy最近一篇論文分析，像波音737或空中巴士A320長距離的飛機，需要以重量單位計算的特別能量電池，也就是每一公斤需要800瓦小時的能量，才能讓飛機飛起來，但這麼大的能量，超過目前電池能量的四到五倍，甚至超出鋰離子化學的範圍。
卡內基美隆大學（Carnegie Mellon University）電池專家Venkat Viswanathan，與混合動力飛機公司Zunum Aero創辦人Matt Knapp，兩人在Sustainable Flying發表一篇短文，認為即使是下一代的電池化學，像鋰硫或鋰氧的技術，也不足以達到大型電動飛機的能量所需。
除了電池，電動飛機用的高溫超導電動發動機，以及電力電子、電池放電率、基本空氣動力設計，都需要重大的變動改進，不是僅換一個電動發動機那麼簡單。
所以坐上大型電動飛機，享受安靜的長途飛行，為時尚早，專家說技術的發展要以十年為單位，可能是幾十年以後的事了。
不過在全電動以前，混合動力（Hybrid）未嘗不是個前置的方式，如同汽車先從油電混合雙動力，使用小型內燃機以電力輔助，發展到現在的全電動車輛。Zunum Aero就是發展混合動力飛機的一家新創公司，由波音與藍捷兩家公司投資。
Zunum混合動力飛機概念示意圖。（圖：Spectrum IEEE）
上圖是Zunum混合動力小型飛機示意圖，如傳統飛機儲存油料，把電池放進翅膀與可用的空間，機尾有兩個500 KW的永久磁鐵發動機，帶動低壓導管扇葉（Ducting Fans），供起飛與高效能飛行的動力，因為是導管扇葉，噪音將大為降底。
機尾則是混合動力系統，一個小型燃油渦輪，帶動一個500 KW發電機，為輔助電力系統供電給發動機，發動機主要電能來自電池，燃油渦輪在不需要加強動力的時候，可以停止運轉，節省油料。
安裝在翅膀內的電池，有靈活的設計，一旦在飛機場沒有足夠時間充電，可以快速更換隨即起飛。目前，電池的能量密度，每公斤有350 W／hour，是容易取得的技術，也符合飛機的需要。
Zunum計畫在今年試飛現已發展的12座位小型機種，2022年開始發售，而下一目標－50座位機種，可能要推到2030年。
航空專家說，如果這類低污染的混合動力機，能打開短距離的區間航線，製造一個良性循環，吸引更多的投資與研發人力，參與這一「半電動」的飛機技術，而不必按部就班把精神花在冗長的「全電動」飛機的進程完美。
當電池技術繼續改善，混合動力飛機可以延長航程，乘載更多的旅客，只是航空業在天空的污染並沒有解除。
全電動飛機的優勢，也並不如想像中完美，前述的兩位專家在Sustainable Flying文內分析，飛機越大，就越需要增加特別包裝的電池，來適應飛機的設計，假設電池技術可行，與傳統飛機相比，越小的電動飛機，越能減少空污、降低成本；加大飛機尺寸，減少空污與降低成本的效益，就成比例減低。
有電動車了，那什麼時候才有電動飛機？小電動飛機現在就有了，至於大型豪華電動客機，即使發展出新能源，要達到減少空污與降低成本的標準，那恐怕也是一、二十年以後的事了。或者說，天空的CO2還得等我們二十年。
以下為Pipstrel Alpha Electro２人座電動飛機，充電一次可續飛一小時。
本文取材自2019年２月17日「那福忠西海岸數位隨筆（87）」：什麼時候有電動飛機？
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