Sähköistetään taivas – Milloin ilmassa kulkevat sähköajoneuvot toteutuvat?

Maassa toimivat sähköajoneuvot ovat juuri nyt kuumia. Kuten olemme aiemmin jakaneet, maailmanlaajuiset sähköautojen myynnit saavuttivat lähes 14 miljoonaa viime vuonna, mikä nosti maailmanlaajuisen sähköajoneuvokannan 40 miljoonaan vuonna 2023.

Mutta entä taivas? Onko ilmassa kulkeviin sähköajoneuvoihin tehty edistystä? No, on, mutta ne ovat yksinkertaisesti ei vielä yhtä suosittuja tai laajasti omaksuttuja kuin maalla kulkevat sähköautot. 

Ennen kuin sukellamme niiden kehityksen tilaan, katsotaan ensin, mitä ne ovat. Ilmassa kulkevat sähköajoneuvot ovat yksinkertaisesti sähkövoimaa käyttävät lentokoneet. Ne sisältävät sekä ohjattuja että ohjaamattomia ilmailualuksia, jotka nousevat ja laskeutuvat pystysuorasti.

Koska lentoliikenne vastaa 3,5 % ilmastonmuutoksesta, ja vuonna 2021 Ympäristönsuojeluvirasto (EPA) asetti kasvihuonekaasupäästöstandardin juuri lentokoneille, ilmassa kulkeviin sähköajoneuvoihin on nyt kasvava kiinnostus.

Sen sijaan, että ne käyttäisivät fossiilisia polttoaineita, nämä lentokoneet toimivat sähköllä, kuten Mogale Modisane, YK:n Maailman energianeuvoston edustaja, toteaa:

“Ei ainoastaan tee lentoliikenteestä kestävämpää, vaan myös vähentää dramaattisesti melusaastetta ja lentokoneiden aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä.”

Ilmassa kulkevien sähköajoneuvojen moottorit saavat virtansa akkupaketeista, jotka mahdollistavat “hiljaisemman ja tasaisemman lennon verrattuna polttomoottorivaihtoehtoihin”, Modisane lisäsi.

Kaupunkilento-liikenteen nousu

Yksi tämän uuden ilmailumuodon merkittävimmistä esimerkeistä on eVTOL, eli sähköinen pystysuora nousu- ja lasku -kone. Ne eivät siis ole varsinaisia lentokoneita; ne voivat olla esimerkiksi toimitusdronesta kaupunkilento-takseihin.

Kun puhutaan kaupunkilento-liikenteestä (UAM), nämä sähköiset lentokoneet ovat innovaatioita, jotka ovat hyvin lähellä toteutumista. Odotetaan, että tuhannet eVTOL-koneet voivat olla ilmassa tämän vuosikymmenen loppuun mennessä. 

Kutsuttu edulliseksi, hiljaiseksi, turvalliseksi ja ympäristöystävälliseksi, voit pian, muutaman vuoden sisällä, itse asiassa lentää yhdessä.

Lähi-itä on erityisesti yksi nopeimmin kasvavista alueista eVTOL-toiminnoille. Tässä Yhdistyneet Arabiemiirikunnat ja Saudi-Arabia ovat tulevan lentomatkustuksen eturintamassa. 

Yhdysvaltalainen eVTOL-valmistaja Joby on jo allekirjoittanut sopimuksen Dubain Road and Transport Authority (RTA) -viranomaisen kanssa käynnistääkseen ilmataksipalvelut vuoteen 2026 mennessä, ja ensimmäiset toiminnot alkavat ensi vuonna. Toinen yhdysvaltalainen eVTOL-lentokoneiden tarjoaja, Archer Aviation (ACHR ), on allekirjoittanut sopimuksen Abu Dhabin kanssa aloittaakseen sähköiset ilmataksilennot Emirateissa loppuvuodesta 2025.

Kiinalainen valmistaja EHang on puolestaan jo suorittanut ensimmäisen matkustajaa kuljettavan demolennon EH216-S:stä, ohjaamattomasta eVTOL-lentokoneesta, Abu Dhabissa aikaisemmin tänä vuonna. 

McKinseyn asiantuntijoiden mukaan vuoteen 2030 mennessä johtavat matkustajaliikenteen AAM-yritykset voivat tarjota paljon enemmän päivittäisiä lentoja, jotka ovat lyhyempiä ja joissa on vähemmän matkustajia kuin maailman suurimmilla lentoyhtiöillä. 

Tämän taustan valossa Yhdysvaltain Federal Aviation Administration (FAA) julkaisi viime viikolla lopulliset säännöt ilmataksien operoimiseksi. FAA toteaa, että ilmataksit kuuluvat Advanced Air Mobility (AAM) -lentäjiin. Ne ovat voimakkaasti automatisoituja, sähköllä toimivia ja niillä on pystysuora nousu- ja laskukyky, selitti virasto.

FAA:n mukaan niitä pidetään myös ‘power-lift’ -ajoneuvoina, joilla on sekä lentokoneiden että helikopterien ominaisuuksia. Vaikka ne aloittavat käyttämällä olemassa olevia lentoreittejä ja laskeutumisrakenteita, joita helikopterit tällä hetkellä käyttävät, uudet säännöt mahdollistavat lentäjien koulutuksen yhdellä ohjausjärjestelmällä. 

FAA:n hallintokeskuksen johtaja Mike Whitaker totesi, että powered-lift -koneet ovat “ensimmäinen uusi lentokonekategoria lähes 80 vuoden aikana”, ja uudet säännöt avaavat oven niiden laajamittaiselle AAM-toiminnalle Yhdysvalloissa.

Tämän sektorin edistämiseksi FAA myönsi viime kuussa 3,34 miljoonan dollarin avustuksen Wright Electricille ja sen kumppaneille, mukaan lukien NASA, DOE ja DOD, Fueling Aviation’s Sustainable Transition (FAST) -ohjelman alla. Tämän avustuksen avulla FAA pyrkii kehittämään uuden luokan akkuja suurille sähköisille lentokoneille, jotka voivat kuljettaa yli 100 matkustajaa, mikä kattaa yli 90 % ilmailualan hiilidioksidipäästöistä.

Uusien alueiden valloittaminen

Kun kilpajuoksu ilmailualan hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi kiihtyy, yritykset etsivät keinoja saada matkustajalentokoneet toimimaan täysin sähkövoimalla.

E9X on äskettäin suunniteltu sähköinen lentokone, jonka muotoilun on konseptoitu ilmailu‑startup Elysian ja Delftin teknillinen yliopisto Alankomaissa. Lentokone voi kuljettaa enemmän matkustajia (90) ja lentää pidemmälle (jopa 500 mailia) yhdellä latauksella kuin aiemmin uskottiin mahdolliseksi.

Nämä arviot perustuvat teoreettiseen akkupakettiin, jonka energiatihkitys on 360 wattituntia kilogrammaa kohti. Vertailun vuoksi Tesla (TSLA ) -akut omaavat tiheyden 272–296 Wh/kg.

Sähköisen akun paino, jonka mukaan Jayant Mukhopadhaya, International Council on Clean Transportation (ICCT) -organisaation vanhempi tutkija, on näiden lentokoneiden tärkein rajoite, koska perinteiset kaupalliset akut varastoivat noin 50‑kertaisesti vähemmän energiaa painoyksikköä kohti kuin suihkumoottori. Tämän seurauksena Boeing 737:n kokoisen lentokoneen voimaamiseen tarvittaisiin noin 35‑tonninen akku.

“Korkean energiatihkistyksen akkuteknologia on tällä hetkellä yksi haasteista, koska tuotannon skaalaaminen ja tiheyden edelleen parantaminen ovat ratkaisevia laajamittaiselle omaksumiselle.”

– Simay Akar, IEEE:n vanhempi jäsen

Vaikka akku on ensisijainen huolenaihe, myös muotoilu on kriittinen. Näin ollen E9X:n siivet ovat poikkeuksellisen suuret lentokoneen runkoon verrattuna, mikä parantaa sen aerodynaamista tehokkuutta. 

“Ei pidä olettaa, että sähköinen lentokone näyttää nykyisten (menestyneimpien) lentokoneiden kaltaiselta.”

– Reynard de Vries, Elysianin suunnittelu‑ ja insinööritoimiston johtaja

Lisäksi akut eivät sijoitu rungossa, vaan siipiin, koska ne muodostavat suuren osan lentokoneen painosta, ja paino on sijoitettava “siihen kohtaan, jossa noste syntyy”.

E9X on kuitenkin toistaiseksi vain konsepti, eikä se lähde lentoon ennen kuin vähintään vuonna 2033. On kuitenkin jo olemassa muita sähköisiä matkustajalentokoneita, kuten Aviation Alice, jonka prototyyppi testattiin vuosia sitten, myöhään vuonna 2022, ja jonka täyden tuotannon tavoiteaika on 2027. Eviation Alice on suunniteltu kuljettamaan vain yhdeksän matkustajaa ja kaksi miehistön jäsentä, ja sen toimintasäde on noin 250 meripeninkulmaa. 

Joten sähköisissä lentokoneissa on selkeitä rajoituksia; kuitenkin niiden kyky merkittävästi vähentää lentämisen hiilijalanjälkeä on liian suuri ohitettavaksi. arvioidaan, että siirtyminen sähköisiin lentokoneisiin voi vähentää CO2-päästöjä jopa 88 %. Tästä syystä kiinnostus kasvaa. 

Jopa teknologiamoguli Elon Musk, joka on jo mukana sähköajoneuvojen ja akkuenergiavarastojen suunnittelussa, valmistuksessa ja myynnissä, keskustelee akkuvoiman sähköisten lentokoneiden potentiaalista ja mahdollisuudesta. Vaikka akut ovat tällä hetkellä “liian rajoitettuja toimintasäteen suhteen”, Musk uskoo niiden olevan käyttökelpoisia noin viiden vuoden kuluttua.

Tähän energian tiheyden on parannuttava, sillä se on tällä hetkellä jäljessä suihkumoottorin polttoaineeseen nähden. Musk lisäsi:

“(Kuitenkin) sähkömoottorit painavat paljon vähemmän ja muuntavat varastoidun energian liikkeeksi paremmin kuin polttomoottorit.”

Tässä yhteydessä kiinalainen akkumoguli Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) ilmoitti, että se on onnistuneesti lentänyt 4‑tonnisen lentokoneen käyttäen ultra‑korkean tiheyden “tiivistettyjä akkuja”, jotka julkaistiin ensimmäisen kerran viime vuonna. Akkujen energiatihkitys on yli kaksinkertainen muihin markkinoilla oleviin akkuun verrattuna, 500 Wh/kg.

Nämä tiivistetyt akut on suunniteltu erityisesti ilmailukäyttöön turvallisuutta silmällä pitäen ja puhtaiden lentokoneiden toimintasäteen kasvattamiseksi. Yritys odottaa nyt 8‑tonnisen sähköisen lentokoneen, jonka toimintasäde on 1 240–1 865 mailia, olevan operatiivinen vuoteen 2027 tai 2028 mennessä.

Edistyneen akkuteknologian etsintä

Vaikka yritykset ovat alkaneet muuttaa edistyneen ilmailuliikenteen (AMM) maisemaa ja hallitus on alkanut tarjota selkeitä sääntöjä, tutkijat käsittelevät suurinta haastetta ja kehittävät uusia akkuja ilmassa kulkeville sähköajoneuvoille.

Jotta puhtaampi liikenne saataisiin taivaalle, Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) -tutkijat kehittivät uusia energiatehokkaita materiaaleja ymmärtääkseen niiden heikkenemistä ankarissa olosuhteissa.

Ilmassa kulkevat sähköajoneuvot eivät ole pelkästään lentäviä autoja. Tästä syystä tutkijat päättelivät, että emme voi soveltaa sähköautojen akkuja eVTOL‑käyttöön, vaikka se on tähän mennessä ollut hallitseva lähestymistapa. 

“eVTOL-ohjelma tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden luoda täysin uusi akkutyyppi, jolla on hyvin erilaiset vaatimukset ja kyvyt kuin mitä olemme aiemmin nähneet.”

– Pääasiallinen tutkija Ilias Belharouak, ORNL:n Corporate Fellow

Tutkimus havaitsi, että eVTOL-akkujen teho- ja suorituskykyvaatimukset vaikuttavat negatiivisesti niiden kestävyyteen ja käyttöikään. Tämä johtuu siitä, että sähköautojen akut tyhjenevät tasaisesti, kun taas eVTOL:ssä käytettävät akut tarvitsevat eri määriä tehoa eri lentovaiheissa, kuten nousussa, leijunnassa ja laskussa.

“Tämä vaatii meidän vastaavan kysymyksiin akun turvallisuuden, syklielinkaaren ja korkean lämpötilan vakauden yhteisvaikutuksesta, samalla tasapainottaen lyhyiden korkean tehon pulssien tarpeen ja energian varastoinnin pidemmille matkoille.”

– Belharouak

Tutkimusryhmä kehitti litiumioniakkuja ja testasi niitä eVTOL:n nousuvaiheissa. He testasivat myös uutta ORNL:n kehittämää elektrolyyttiä, joka suoriutui paremmin ja säilytti enemmän kapasiteettia vaiheissa, jotka vaativat eniten tehoa. Tiimi työskentelee parhaillaan elektrolyytin ja muiden akkuosien lisäparannusten parissa.

Aikaisemmin tänä vuonna Chalmersin teknillisessä yliopistossa toimineet tutkijat raportoivat ensimmäisestä elinkaarianalyysistään kahden istuimen täysin sähköisestä lentokoneesta, Pipistrel Alpha Electro, joka on kaupallisesti saatavilla, ja vertasivat sitä fossiilipolttoaineella toimivaan versioon.

Tutkimus totesi, että noin 1 000 lentotunnin jälkeen sähköinen lentokone ylittää fossiilipolttoainekoneen ilmastovaikutuksen vähentämisen osalta. Lentokoneen arvioitu käyttöikä on samalla vähintään 4 000 tuntia.

Tutkimuksen mukaan akkujen jatkokehitys on merkittävä askel sähköisten lentokoneiden elinkaarivaikutusten vähentämiseksi.

Tutkimuksen pääkirjoittaja Rickard Arvidsson viittasi litiumioniakkujen jatkuvaan kehitykseen ja uusiin akkuteknologioihin, kuten litium‑rikki‑akkuihin, jotka ovat vielä kehityksen alkuvaiheessa, sähköisten lentokoneiden ympäristötehokkuuden parantamiseksi ja niiden tekemiseksi suositummiksi kuin fossiilipolttoainekoneet. 

Akun keskeisen roolin ja sekä kaupallisten että sotilaallisten lentokoneiden toimitusten kasvun myötä lentokoneiden akkumarkkinoiden koko odotetaan kasvavan 4,26 miljardista dollarista vuonna 2023 11,9 miljardiin dollariin vuoteen 2031 mennessä. Ja kun ilmassa kulkevat sähköajoneuvot saavat lisää jalansijaa, tämän markkinan koko kasvaa entisestään.

Yritykset, jotka tekevät ilmassa kulkevista sähköajoneuvoista todellisuutta

Tarkastellaan nyt joitakin merkittäviä nimiä alalla, jotka ovat työskennelleet tämän kentän edistämiseksi, ja McKinseyn lokakuun 2024 analyysin mukaan rahoitus on hidastunut.

Rahoitus on laskenut sen jälkeen, kun se saavutti huippunsa vuonna 2021, 6,8 miljardia euroa. Tämä rahoitus laski 3,9 miljardiin euroon vuonna 2023, ja sen odotetaan olevan samankaltainen myös tänä vuonna. Lasku “tulee erityisen huonoon aikaan”, koska suurin osa yrityksistä tarvitsee edelleen suorittaa “kehitys-, prototyyppi- ja testausvaiheet, jotka vaaditaan tyyppisertifikaatin saamiseksi”, mikä vaatii 1–2 miljardia euroa.

Tämä ympäristö on jo alkanut vaikuttaa yrityksiin. Tarkastellaanpa näitä yrityksiä tarkemmin;

1. Joby Aviation

3,78 miljardia dollaria markkina-arvostaan omaava yritys kehittää sähköisiä ilmatakseja, jotka on suunniteltu kaupalliseen matkustajapalveluun. Niiden lentokoneet voivat kuljettaa lentäjän ja enintään neljä matkustajaa, maksimi-alueella noin 100 mailia ja nopeuksilla jopa 200 mph. Joby on jo suorittanut laajaa lentotestausta, kattanut yli 30 000 mailia, ja on parhaillaan perustamassa valmistuslaitosta näiden lentokoneiden tuotantoa varten Daytonissa, Ohiossa.

Sen osakkeet, kirjoitushetkellä, ovat kaupankäynnissä hintaan 5,27 $, laskien 2,75 % vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on -0,49 ja P/E (TTM) -10,85. Q2:lle se raportoi nettotappion 123 miljoonaa dollaria, samalla kun kassassa ja lyhytaikaisissa sijoituksissa on 825 miljoonaa dollaria. Yritys pyrkii saamaan tyyppisertifikaatin loppuvuodesta ensi vuonna, mikä on 37 % neljännen vaiheen FAA-sertifiointiprosessista.

Yritys, jolla on kumppanuuksia Uberin ja Deltan kanssa, lanseerasi äskettäin julkisen tarjouksen myydäkseen enintään 200 miljoonaa dollaria yhteisosakkeita. Tämän kuukauden alussa Toyota, Joby Aviationin suurin ulkoinen osakkeenomistaja, ilmoitti toisen 500 miljoonan dollarin sijoituksen tukeakseen sen sähköisen taksin sertifiointia ja kaupallista tuotantoa. 

2. Archer Aviation (ACHR )  

1,2 miljardia dollaria markkina-arvoinen Archer keskittyy kaupunkilento-liikenteeseen ja rakentaa sähkövoimalla toimivaa ilmataksia nimeltä Maker. Yritys rakentaa parhaillaan laitosta Georgiassa tukeakseen Midnight eVTOL -koneidensa tuotantoa.

Tällä hetkellä sen osakkeet käyvät hintaan 3,41 $, laskien 44,45 % vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on -1,2 ja P/E (TTM) -2,78.

2Q24:lle toimitusjohtaja Adam Goldstein totesi, että sen indikaatiotilauskirja on lähes 6 miljardia dollaria, kun sen käyttökulut olivat 121,2 milj. dollaria ja nettotappio 106,9 milj. dollaria. Neljänneksen kassavarat ja lyhytaikaiset varat olivat 360,4 milj. dollaria. Vuoden 2024 toisen puoliskon alussa Chryslerin emoyhtiö Stellantis ilmoitti sijoittavansa lisä 55 miljoonaa dollaria Archer Aviationiin.

3. Lilium  

88 miljoonaa dollaria markkina-arvoinen yritys kehittää eVTOL-suihkukonetta, jossa hyödynnetään innovatiivista kanavoitua sähköistä vektorivoiman tekniikkaa. He ovat saavuttaneet merkittävää edistystä, mukaan lukien sähköisen propulsiojärjestelmän kokoaminen, ja pyrkivät kaupalliseen käyttöönottoon, odottaen alkulentoja tulevina vuosina​.

Sen osakkeet käyvät tällä hetkellä hintaan 0,1391 $, laskien 88,41 % vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on -0,16 ja P/E (TTM) -0,88. Q1 2024 osakkeenomistajakirjeessään Lilium totesi, että se edistää ensimmäisten Lilium Jets -lentokoneiden tuotantoa, aloittaa akkupakettien valmistuksen ja kaupallinen tilausputki kasvaa yli 780 lentokoneeseen.

Äskettäin Saksan yrityksen 50 miljoonan dollarin lainatakuu hylättiin liittovaltion toimesta. Tämän jälkeen ilmataksiyritys ilmoitti tiedonannossa viime viikolla, että sen kaksi päätytäryhtiötä, Lilium GmbH ja Lilium eAircraft GmbH, hakevat konkurssia lähiviikkoina, koska ne eivät pysty keräämään riittävästi lisärahoitusta toimintansa jatkamiseen.

4. Vertical Aerospace  

109,67 miljoonaa dollaria markkina-arvostaan Vertical Aerospace (EVTL ) on työskennellyt VA-X4 eVTOL -lentokoneen parissa, joka on suunniteltu ilmataksipalveluihin. Yritys keskittyy sertifioinnin saavuttamiseen ja on edistynyt testiohjelmassaan.

Sen osakkeet, kirjoitushetkellä, käyvät hintaan 5,74 $, laskien 16,57 % vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on -4,23 ja P/E (TTM) -1,36. Viime kuussa yritys julisti, että se toteuttaa 1‑vastaan‑10 käänteisen osakejakoa osakkeidensa hintaa nostamaan.

30. kesäkuuta 2024 alkaen yritys raportoi, että sen kassavarat ja lyhytaikaiset varat olivat 84 miljoonaa dollaria. Vuoden ensimmäiselle puoliskolle Verticalilla oli 25 miljoonan dollarin liiketappio ja se sai 10 miljoonan dollarin Yhdistyneen kuningaskunnan hallituksen myönnytyksen Aerospace Technology Institute (ATI) -laitokselta seuraavan sukupolven potkurin kehittämiseen.

5. Surf Air Mobility

Tämä on 24,53 miljoonaa dollaria arvoinen yritys, joka tarjoaa perinteisiä lentopalveluita sekä kehittää sähköistettyä versiota Cessna Grand Caravan -koneesta ja aikoo sisällyttää sähkö- ja hybridi‑sähkövoimalaitteita laivastoonsa.

Sen osakkeet ovat laskeneet 83,96 % vuoden alusta ja käyvät hintaan 1,74 $. Sen EPS (TTM) on -88,16 ja P/E (TTM) -0,02. Elokuussa Surf Air Mobility (SRFM ) ilmoitti 1‑vastaan‑7 käänteisen osakejaon.

2Q24:lle se julki 32,4 miljoonaa dollaria liikevaihtoa ja säädetyn EBITDA-tappion 11,8 miljoonaa dollaria. Nettotappio oli samalla 27 miljoonaa dollaria, mikä sisälsi investoinnit tutkimus‑ ja kehitystyöhön sähköistämiseksi ja ohjelmistoteknologiaan, osakepohjaiseen korvaukseen sekä transaktiokustannuksiin.

Yhteenveto

Kuten näimme, ilmassa kulkevat sähköajoneuvot (EV:t) kehittyvät nopeasti, tuoden meidät lähemmäs puhtaampaa, hiljaisempaa ja tehokkaampaa ilmailun aikakautta. eVTOL:ista kaupunkilento-liikenteessä kokeellisiin sähköisiin matkustajalentokoneisiin, nämä kehitykset osoittavat sähköistämisen potentiaalin taivaalla. 

Vaikka haasteita, kuten akkujen tiheys ja lentokoneiden muotoilu, on edelleen, tutkijoiden ja yritysten innovaatiot viittaavat siihen, että sähköinen ilmailu voi pian tulla olennainen osa liikennettä. Ja kun hallitukset ja teollisuus tekevät yhteistyötä ilmastonhuolen ratkaisemiseksi, ilmassa kulkevat sähköajoneuvot voivat myös näytellä keskeistä roolia hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä ja lentomatkustuksen muuttamisessa kestävämpään tulevaisuuteen.

Klikkaa tästä oppiaksesi, miten ilmassa kulkevat taksit tuottavat 4 triljoonaa dollaria vuoteen 2027 mennessä.