كهرباء السماء – متى ستظهر المركبات الكهربائية الجوية؟

المركبات الكهربائية الأرضية هي الآن في كل مكان. كما شاركنا سابقًا، وصلت مبيعات السيارات الكهربائية العالمية إلى ما يقرب من 14 مليون العام الماضي، مما رفع أسطول السيارات الكهربائية العالمي إلى 40 مليون في عام 2023.

لكن ماذا عن السماء؟ هل هناك أي تقدم يُحرَز في مجال المركبات الكهربائية الجوية؟ حسنًا، هناك تقدم، لكنهم ببساطة ليسوا بعد شائعين أو معتمدين على نطاق واسع مثل السيارات الكهربائية على الطرق. 

قبل أن نتعمق في حالة تقدمهم، دعونا أولاً نرى ما هي. المركبات الكهربائية الجوية هي ببساطة طائرات طائرة تستخدم الطاقة الكهربائية. تشمل كلًا من الطائرات المأهولة وغير المأهولة، التي تقلع وتهبط عموديًا.

نظرًا لأن الطيران مسؤول عن 3.5% من تغير المناخ، وفي عام 2021، أصدرت وكالة حماية البيئة (EPA) معيارًاًا لانبعاثات الغازات الدفيئة مخصصًا للطائرات فقط، هناك الآن اهتمام متزايد بالمركبات الكهربائية الجوية.

ليس فقط يجعل الطيران أكثر استدامة بل يقلل أيضًا بشكل كبير من التلوث الضوضائي وانبعاثات الكربون التي تنتجها الطائرات.

“ليس فقط يجعل الطيران أكثر استدامة بل يقلل أيضًا بشكل كبير من التلوث الضوضائي وانبعاثات الكربون التي تنتجها الطائرات.”

محركات المركبات الكهربائية الجوية تعمل ببطاريات تسمح بـ “رحلة أكثر هدوءًا وسلاسة مقارنةً بنظيراتها التي تعمل بالوقود”، أضاف موديسان.

ظهور التنقل الجوي الحضري

أحد أبرز أمثلة هذا النمط الجديد من النقل الجوي هو eVTOL، وهو طائرة كهربائية ذات إقلاع وهبوط عمودي. لذا، فهي ليست طائرات بالمعنى التقليدي؛ بل يمكن أن تتراوح من طائرات توصيل إلى سيارات أجرة جوية حضرية.

عندما يتعلق الأمر بالتنقل الجوي الحضري (UAM)، فإن هذه الطائرات الكهربائية هي من بين الابتكارات التي تقترب كثيرًا من أن تصبح حقيقة. من المتوقع أن آلاف من eVTOL قد تطير بحلول نهاية هذا العقد. 

تمت الإشادة بها على أنها ميسورة التكلفة، هادئة، آمنة، وصديقة للبيئة، وقد تتمكن من الطيران فيها قريبًا، خلال السنوات القليلة القادمة، فعليًا.

الشرق الأوسط، على وجه الخصوص، يصبح أحد أسرع المناطق نموًا لعمليات e-VTOL. هنا، تقف الإمارات العربية المتحدة والسعودية في طليعة السفر الجوي المستقبلي. 

قامت شركة Joby الأمريكية المصنعة للطائرات e-VTOL بالفعل بتوقيع اتفاقية مع هيئة الطرق والنقل (RTA) في دبي لإطلاق خدمات سيارات الأجرة الجوية بحلول عام 2026، مع بدء العمليات الأولية العام المقبل. ومزود الطائرات eVTOL الأمريكي الآخر، Archer Aviation (ACHR )، وقع اتفاقية مع أبوظبي لبدء عمليات طيران سيارات الأجرة الكهربائية عبر الإمارات بحلول أواخر 2025.

في الوقت نفسه، أكملت الشركة الصينية المصنعة EHang أول رحلة تجريبية تحمل ركابًا لطائرة EH216-S، وهي طائرة e-VTOL بدون طيار، في أبوظبي في وقت سابق من هذا العام. 

وفقًا لخبراء ماكنزي، بحلول عام 2030، قد تقدم الشركات الرائدة في صناعة الركاب AAM عددًا أكبر من الرحلات اليومية، والتي ستكون أقصر ومع عدد أقل من الركاب على متنها، مقارنة بأكبر شركات الطيران في العالم. 

في هذا السياق، أصدرت إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA) قواعد نهائية الأسبوع الماضي لتشغيل سيارات الأجرة الجوية. وقالت FAA إن سيارات الأجرة الجوية تنتمي إلى طائرات التنقل الجوي المتقدم (AAM). فهي ذات أتمتة عالية، تعمل بالكهرباء، وتتمتع بقدرات الإقلاع والهبوط العمودي، وفقًا للوكالة.

كما تُعتبر مركبات ‘رفع الطاقة’، فهي تجمع بين عناصر الطائرات والمروحيات، وفقًا لـ FAA. بينما سيبدؤون باستخدام مسارات السفر والهياكل الأرضية الحالية التي تستخدمها المروحيات، ستسمح القواعد الجديدة للطيارين بالتدريب باستخدام مجموعة واحدة من أدوات التحكم في الطيران.

قال مدير FAA مايك ويتاكر إن طائرات الرفع المدفوعة هي “الفئة الجديدة الأولى من الطائرات منذ ما يقرب من 80 عامًا”، وستفتح القواعد الجديدة الباب لدعم عمليات AAM الواسعة الانتشار في الولايات المتحدة.

لتطوير هذا القطاع، قدمت FAA الشهر الماضي منحة بقيمة 3.34 مليون دولار لشركة Wright Electric وشركائها، بما في ذلك NASA وDOE وDOD، ضمن برنامج التحول المستدام للطيران (FAST). من خلال هذه المنحة، تهدف FAA إلى تطوير فئة جديدة من البطاريات للطائرات الكهربائية الكبيرة التي يمكنها استيعاب أكثر من 100 راكب، وهو ما يمثل أكثر من 90٪ من انبعاثات الكربون في صناعة الفضاء.

تحطيم آفاق جديدة

مع اشتداد السباق لتقليل انبعاثات الكربون في صناعة الطيران، تعمل الشركات الآن على إيجاد طرق لجعل طائرات الركاب تعمل بالكامل على الطاقة الكهربائية.

E9X هي طائرة كهربائية مصممة حديثًا، تم تصور تصميمها من قبل شركة الطيران الناشئة Elysian وجامعة Delft للتكنولوجيا في هولندا. يمكن للطائرة استيعاب عدد أكبر من الركاب (90) والطيران لمسافة أطول (حتى 500 ميل) بشحنة واحدة مقارنةً بما كان يُعتقد ممكنًا سابقًا.

هذه التقديرات تستند إلى حزمة بطارية نظرية تبلغ 360 واط-ساعة لكل كيلوغرام. بالمقابل، بطاريات Tesla (TSLA ) لديها كثافة تتراوح بين 272 و296 واط-ساعة/كغ.

وفقًا لجايانت موخوباديا، الباحث الأول في المجلس الدولي للنقل النظيف (ICCT)، فإن وزن البطارية الكهربائية هو القيد الرئيسي لهذه الطائرات حيث أن البطاريات التجارية التقليدية تخزن حوالي 50 مرة أقل من الطاقة لكل رطل مقارنةً بوقود الطائرات. وبالتالي، لتشغيل طائرة بحجم بوينغ 737، سنحتاج إلى بطاريات تزن حوالي 35 طنًا.

“تقنية البطاريات عالية الكثافة هي إحدى التحديات في الوقت الحالي، لأن توسيع الإنتاج وتحسين الكثافة أكثر لا يزالان أمرًا حاسمًا لتبنيها على نطاق واسع.”

– سيماي أكار، عضو كبير في IEEE

بينما البطارية هي القلق الأساسي، فإن التصميم أيضًا حاسم. وبالتالي، أجنحة طائرة E9X كبيرة جدًا مقارنةً بجسم الطائرة، مما يزيد من كفاءتها الديناميكية الهوائية. 

“لا ينبغي أن تفترض أن الطائرة الكهربائية ستشبه طائرات اليوم (الأكثر نجاحًا).”

– رينارد دي فريس، مدير التصميم والهندسة في Elysian

كما أن البطاريات لن توضع في هيكل الطائرة بل في الأجنحة لأنها تمثل جزءًا كبيرًا من وزن الطائرة، ويجب وضع الوزن “حيث يتم توليد الرفع”.

مع ذلك، فإن E9X ما زالت مجرد مفهوم حاليًا ولن تطير حتى عام 2033 على الأقل. ومع ذلك، هناك بالفعل طائرات ركاب كهربائية أخرى، مثل Aviation Alice، التي تم اختبار نموذجها الأولي قبل سنوات، في أواخر عام 2022، مع هدف تاريخ 2027 للإنتاج الكامل. ومع ذلك، تم تصميم Eviation Alice لحمل تسعة ركاب فقط وطاقمين مع مدى يبلغ حوالي 250 ميلًا بحريًا. 

إذن، هناك قيود واضحة على الطائرات الكهربائية؛ ومع ذلك، قدرتها على تقليل بصمتها الكربونية من الطيران بشكل كبير كبيرة جدًا لتُهمل. يُقدّر أن التحول إلى الطائرات الكهربائية يمكن أن يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 88٪. وبالتالي، يزداد التركيز على ذلك. 

حتى الملياردير التقني إيلون ماسك، الذي يشارك بالفعل في تصميم وتصنيع وبيع السيارات الكهربائية وأجهزة تخزين الطاقة بالبطاريات، يناقش الإمكانات وإمكانية الطائرات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. بينما البطاريات حاليًا “محدودة جدًا في المدى”، يعتقد ماسك أنها قد تكون قابلة للتطبيق خلال حوالي خمس سنوات.

لهذا، يحتاج كثافة الطاقة للبطاريات إلى التحسين، حيث أنها حاليًا تتخلف عن كثافة وقود الطائرات. وأضاف ماسك:

“(مع ذلك)، محركات الكهرباء تزن أقل بكثير وتحوّل الطاقة المخزنة إلى حركة بشكل أفضل من محركات الاحتراق.”

في خضم ذلك، أعلنت شركة البطاريات الصينية العملاقة Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) أنها نجحت في طيران طائرة وزنها 4 أطنان باستخدام “البطاريات المكثفة” ذات الكثافة الفائقة التي أُطلقت لأول مرة العام الماضي. وتتمتع حزم البطاريات بأكثر من ضعف كثافة الطاقة مقارنة بأي بطارية أخرى في السوق، حيث تصل إلى 500 واط-ساعة/كغ.

تم تصميم هذه البطاريات المكثفة خصيصًا لتكون من الدرجة الجوية مع مراعاة السلامة ولزيادة مدى الطائرات النظيفة. وتتوقع الشركة الآن الحصول على طائرة كهربائية وزنها 8 أطنان بمدى يتراوح بين 1,240 و1,865 ميلًا لتعمل بحلول 2027 أو 2028.

السعي لتقنية بطاريات متقدمة

بينما بدأت الشركات في تغيير مشهد التنقل الجوي المتقدم (AMM) وبدأت الحكومة في وضع قواعد واضحة، يعمل الباحثون على معالجة أكبر تحدٍ وتطوير بطاريات جديدة للمركبات الكهربائية الجوية.

لرفع مستوى النقل النظيف إلى السماء، طور الباحثون في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) التابع لوزارة الطاقة (DOE) موادًا ذات كثافة طاقة عالية لفهم تدهورها تحت الظروف القاسية.

المركبات الكهربائية الجوية ليست مجرد سيارات طائرة. وبالتالي، استنتج الباحثون أننا لا يمكننا تكييف بطاريات السيارات الكهربائية للاستخدام في eVTOL، رغم أنها كانت النهج السائد حتى الآن. 

“يقدم برنامج eVTOL فرصة فريدة لإنشاء نوع جديد تمامًا من البطاريات بمتطلبات وقدرات مختلفة جدًا عما رأيناه من قبل.”

– الباحث الرئيسي إلياس بلهاروك، زميل شركة ORNL

وجدت الدراسة أن متطلبات الطاقة والأداء لبطاريات eVTOL تؤثر سلبًا على متانتها وطول عمرها. ذلك لأن بطاريات السيارات الكهربائية تفرغ بشكل موحد، بينما بطاريات eVTOL تحتاج إلى كميات مختلفة من الطاقة لمراحل الطيران المختلفة مثل الصعود، والانتظار، والهبوط.

“هذا يتطلب منا الإجابة على أسئلة حول تفاعل سلامة البطارية، وعمر الدورة، والاستقرار عند درجات حرارة عالية مع موازنة الحاجة إلى دفعات قصيرة من الطاقة العالية مع احتياطي الطاقة للرحلات ذات المدى الطويل.”

– بلهاروك

طوّر فريق البحث بطاريات ليثيوم-أيون ثم اختبرها لمرحلات الصعود في eVTOL. كما اختبروا إلكتروليتًا جديدًا طوره ORNL، والذي أظهر أداءً أفضل، حيث احتفظ بمزيد من السعة خلال المراحل التي تتطلب أقصى طاقة. يعمل الفريق حاليًا على تحسينات إضافية للإلكتروليت ومكونات البطارية الأخرى.

في وقت سابق من هذا العام، أبلغ الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا أيضًا عن أول تقييم لدورة حياة لطائرة كهربائية بالكامل ذات مقعدين متاحة تجاريًا، Pipistrel Alpha Electro، وقارنوها بنسختها التي تعمل بالوقود الأحفوري.

أشارت الدراسة إلى أنه بعد حوالي 1,000 ساعة طيران تتفوق الطائرة الكهربائية على طائرة الوقود الأحفوري من حيث تقليل الأثر المناخي. وفي الوقت نفسه، يُقدّر عمر الطائرة بأقل من 4,000 ساعة.

وفقًا للدراسة، سيكون التطوير المستمر للبطاريات خطوة رئيسية نحو تقليل الأثر البيئي لدورة حياة الطائرات الكهربائية.

أشار كاتب الدراسة الرئيسي ريكارد أرڤيدسون إلى التطوير المستمر لبطاريات الليثيوم-أيون وتكنولوجيات البطاريات الجديدة مثل بطاريات الليثيوم-كبريت، التي لا تزال في مرحلة مبكرة من التطوير، لتحسين الأداء البيئي للطائرات الكهربائية وجعلها مفضلة على تلك التي تعمل بالوقود الأحفوري.

بدفع الدور الحاسم الذي تلعبه البطاريات والعدد المتزايد من تسليمات الطائرات التجارية والعسكرية، من المتوقع أن ينمو حجم سوق بطاريات الطائرات من 4.26 مليار دولار في 2023 إلى 11.9 مليار دولار بحلول 2031. ومع تزايد انتشار المركبات الكهربائية الجوية، يجب أن ينمو هذا الحجم السوقي أكثر.

الشركات التي تعمل على جعل المركبات الكهربائية الجوية حقيقة

الآن، سنستعرض بعض الأسماء البارزة في القطاع التي تعمل على دفع هذا المجال قدمًا، والتي وفقًا لتحليل ماكنزي في أكتوبر 2024، تشهد تباطؤًا في التمويل المعلن.

انخفض التمويل منذ وصوله إلى ذروته في عام 2021 عند 6.8 مليار يورو. انخفض هذا التمويل إلى 3.9 مليار يورو في 2023، ومن المتوقع أن يكون مماثلًا لهذا العام. يأتي هذا الانخفاض “في وقت سيء بشكل خاص” حيث لا تزال أغلبية الشركات بحاجة إلى إكمال “التطوير والنمذجة والاختبار المطلوب للحصول على شهادة النوع”، وهو ما يتطلب من 1 إلى 2 مليار يورو.

لقد بدأ هذا البيئة بالفعل تؤثر على الشركات. لذا، دعونا نلقي نظرة أعمق على هذه الشركات؛

1. Joby Aviation

تطوّر الشركة ذات القيمة السوقية 3.78 مليار دولار سيارات أجرة جوية كهربائية مصممة لخدمة الركاب التجارية. يمكن لطائراتها أن تحمل طيارًا وما يصل إلى أربعة ركاب، بمدى أقصى يبلغ حوالي 100 ميل وسرعات تصل إلى 200 ميل في الساعة. أجرت Joby بالفعل اختبارات طيران مكثفة تغطي أكثر من 30,000 ميل، وهي الآن في طور إنشاء منشأة تصنيع لإنتاج هذه الطائرات في دايتون، أوهايو.

كانت أسهمها، في وقت كتابة هذا المقال، تتداول عند 5.27 دولار، بانخفاض 2.75٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) بقيمة -0.49 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) بقيمة -10.85. في الربع الثاني، أبلغت عن صافي خسارة قدرها 123 مليون دولار مع وجود 825 مليون دولار نقدًا واستثمارات قصيرة الأجل. تستهدف الشركة الحصول على شهادة النوع بحلول أواخر العام المقبل، وهو ما يمثل 37٪ من مرحلة الشهادة الرابعة لإدارة الطيران الفيدرالية.

الشركة، التي لديها شراكات مع Uber وDelta، أطلقت مؤخرًا عرضًا عامًا لبيع ما يصل إلى 200 مليون دولار من أسهمها العادية. في وقت سابق من هذا الشهر، أعلنت شركة Toyota، أكبر مساهم خارجي في Joby Aviation (JOBY ) ، عن استثمار آخر بقيمة 500 مليون دولار لدعم شهادة سيارة الأجرة الكهربائية والإنتاج التجاري.

2. Archer Aviation (ACHR ) 

تُركز شركة Archer ذات القيمة السوقية 1.2 مليار دولار على التنقل الجوي الحضري وتقوم ببناء سيارة أجرة جوية تعمل بالكهرباء تُدعى Maker. الشركة حاليًا تبني منشأة في جورجيا لدعم إنتاج طائرات Midnight eVTOL.

حاليًا، تتداول أسهمها عند 3.41 دولار، بانخفاض 44.45٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) بقيمة -1.2 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) بقيمة -2.78.

في الربع الثاني من عام 2024، أشار الرئيس التنفيذي آدم جولدستين إلى أن دفتر الطلبات التقديري للشركة يقارب 6 مليارات دولار، بينما كانت نفقاتها التشغيلية 121.2 مليون دولار وصافي الخسارة 106.9 مليون دولار. بلغت النقدية وما يعادلها للربع 360.4 مليون دولار. في بداية النصف الثاني من عام 2024، صرحت شركة Stellantis، الشركة الأم لـ Chrysler، بأنها ستستثمر 55 مليون دولار إضافية في Archer Aviation.

3. Lilium  

تعمل هذه الشركة ذات القيمة السوقية 88 مليون دولار على تطوير طائرة eVTOL نفاثة باستخدام تقنية دفع كهربائي موجه مبتكرة. حققوا تقدمًا كبيرًا، بما في ذلك تجميع نظام الدفع الكهربائي الخاص بهم، ويستهدفون النشر التجاري، مع توقع رحلات أولية في السنوات القليلة القادمة​.

تتداول أسهمها حاليًا عند 0.1391 دولار، بانخفاض 88.41٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) بقيمة -0.16 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) بقيمة -0.88. في رسالة المساهمين للربع الأول من عام 2024، أشارت Lilium إلى تقدمها في إنتاج أول طائرات Lilium Jets، بدء إنتاج حزم البطاريات، وتوسيع خط طلبات تجارية يتجاوز 780 طائرة.

مؤخرًا، تم رفض ضمان القرض البالغ 50 مليون دولار للشركة الألمانية من قبل الحكومة الفيدرالية. بعد ذلك، صرحت شركة سيارات الأجرة الجوية في ملف قدمته الأسبوع الماضي أن شركتيها الفرعيتين الرئيسيتين، Lilium GmbH وLilium eAircraft GmbH، ستقدمان طلبًا للإفلاس في الأيام القليلة المقبلة بسبب عدم القدرة على جمع أموال إضافية كافية لاستمرار عملياتهما.

4. Vertical Aerospace  

بقيمة سوقية تبلغ 109.67 مليون دولار، تعمل Vertical Aerospace (EVTL ) على طائرة VA-X4 eVTOL، المصممة لخدمات سيارات الأجرة الجوية. تركز الشركة على الحصول على الشهادة وقد أحرزت تقدمًا في برنامج الاختبار الخاص بها​.

تتداول أسهمها، في وقت كتابة هذا المقال، عند 5.74 دولار، بانخفاض 16.57٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) بقيمة -4.23 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) بقيمة -1.36. في الشهر الماضي، أعلنت الشركة عن تقسيم عكسي للأسهم بنسبة 1 مقابل 10 لزيادة سعر السهم الواحد.

اعتبارًا من 30 يونيو 2024، أفادت الشركة بأن لديها نقدًا وما يعادله بقيمة 84 مليون دولار. في النصف الأول من العام، تكبدت Vertical خسارة تشغيلية قدرها 25 مليون دولار وحصلت على منحة بقيمة 10 ملايين دولار من حكومة المملكة المتحدة من معهد تكنولوجيا الفضاء (ATI) لتطوير المروحة من الجيل التالي.

5. Surf Air Mobility

هذه شركة بقيمة 24.53 مليون دولار تدير خدمات طيران تقليدية بالإضافة إلى تطوير نسخة كهربائية من طائرة Cessna Grand Caravan وتخطط لدمج محركات كهربائية وهجينة في أسطولها.

تتراجع أسهمها بنسبة 83.96٪ منذ بداية العام حيث تتداول عند 1.74 دولار. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) بقيمة -88.16 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) بقيمة -0.02. في أغسطس، أعلنت Surf Air Mobility (SRFM ) عن تقسيم عكسي للأسهم بنسبة 1 مقابل 7.

في الربع الثاني من عام 2024، سجلت الشركة إيرادات قدرها 32.4 مليون دولار وخسارة EBITDA معدلة قدرها 11.8 مليون دولار. بينما كان صافي الخسارة 27 مليون دولار، بما في ذلك الاستثمار في البحث والتطوير للتكهرب وتكنولوجيا البرمجيات، وتعويضات قائمة على الأسهم، وتكاليف المعاملات.

الخلاصة

إذن، كما رأينا، تتقدم المركبات الكهربائية الجوية (EVs) بسرعة، مما يقربنا من عصر أكثر نظافةً وهدوءًا وكفاءةً في الطيران. من eVTOL في التنقل الجوي الحضري إلى طائرات الركاب الكهربائية التجريبية، تُظهر هذه التطورات إمكانات الكهرباء في السماء. 

بينما لا تزال التحديات قائمة، مثل كثافة البطارية وتصميم الطائرات، تشير الابتكارات من الباحثين والشركات إلى أن الطيران الكهربائي قد يصبح قريبًا جزءًا أساسيًا من وسائل النقل. ومع تعاون الحكومات والصناعات لمعالجة مخاوف المناخ، يمكن للمركبات الكهربائية الجوية أيضًا أن تلعب دورًا محوريًا في تقليل انبعاثات الكربون وتحويل السفر الجوي نحو مستقبل أكثر استدامة.

انقر هنا لتعرف كيف ستولد سيارات الأجرة الجوية 4 تريليونات دولار بحلول عام 2027.