Elektrifiera himlen – När kommer luftburna elbilar att bli verklighet?

Markbaserade elfordon är helt i fokus nu. Som vi tidigare har delat, den globala försäljningen av elbilar nådde nästan 14 miljoner förra året, vilket förde den globala elektriska flottan till 40 miljoner år 2023.

Men vad sägs om himlen? Finns det någon framsteg som görs med luftburna elbilar? Jo, det finns, men de är ännu inte lika populära eller allmänt antagna som elbilar på vägen.

Innan vi går på djupet i deras utvecklingsstadium, låt oss först se vad de är. Luftburna elfordon är helt enkelt flygplan som använder elektrisk kraft. De inkluderar både bemannade och obemannade luftfarkoster som lyfter och landar vertikalt.

Med tanke på att luftfarten står för 3,5 % av klimatförändringarna och att EPA utfärdade en utsläppsstandard för växthusgaser enbart för flygplan år 2021, finns det nu ett växande intresse för luftburna elbilar.

Istället för att använda fossila bränslen drivs dessa flygplan av elektricitet, vilket, som Mogale Modisane, en representant för FN:s World Energy Council, påpekar:

“Det gör inte bara luftfarten mer hållbar utan minskar också drastiskt bullerföroreningar och koldioxidutsläpp som produceras av flygplan.”

Motorerna i luftburna elbilar drivs av batteripaket som möjliggör ”en tystare och jämnare färd jämfört med sina förbränningsdrivna motsvarigheter”, tillade Modisane.

Framväxten av urban luftmobilitet

Ett av de främsta exemplen på detta nya sätt att transportera i luften är eVTOL, ett elektriskt vertikalt start- och landningsflygplan. Så de är egentligen inte flygplan; de kan snarare variera från leveransdroner till urbana lufttaxibilar.

När det gäller urban luftmobilitet (UAM) är dessa elektriska flygplan bland de innovationer som är mycket nära att bli verklighet. Det förväntas att tusentals eVTOL kan vara i luften i slutet av detta decennium.

Hyllade som prisvärda, tysta, säkra och miljövänliga, kan du snart kunna flyga i en, faktiskt inom de kommande åren.

Mellanöstern blir särskilt en av de snabbast växande regionerna för eVTOL‑operationer. Här ligger Förenade Arabemiraten och Saudiarabien i framkant för framtida luftresor.

Det amerikanska eVTOL‑företaget Joby har redan skrivit under ett avtal med Road and Transport Authority (RTA) i Dubai för att lansera lufttaxitjänster år 2026, med initiala operationer som startar nästa år. En annan amerikansk eVTOL‑leverantör, Archer Aviation (ACHR ), har undertecknat ett avtal med Abu Dhabi för att påbörja elektriska lufttaxiflygningar över emiraten senast 2025.

Den kinesiska tillverkaren EHang har under tiden redan genomfört den första passagerar‑demo‑flygningen med EH216‑S, ett pilotlöst eVTOL‑flygplan, i Abu Dhabi tidigare i år.

Enligt McKinsey‑experter kan ledande företag inom passagerar‑AAM‑industrin år 2030 erbjuda många fler dagliga flygningar, som blir kortare och med färre passagerare ombord, än världens största flygbolag.

Mot denna bakgrund utfärdade USAs Federal Aviation Administration (FAA) förra veckan slutgiltiga regler för drift av lufttaxibilar. FAA sade att lufttaxibilar tillhör Advanced Air Mobility (AAM)‑flygare. De är högautomatiserade, drivs av elektricitet och har vertikala start‑ och landningsförmågor, förklarade myndigheten.

De betraktas också som ”power‑lift”‑fordon och har element från både flygplan och helikoptrar, enligt FAA. Även om de initialt kommer att använda befintliga färdvägar och landningsstrukturer som för närvarande används av helikoptrar, kommer de nya reglerna att tillåta piloter att träna med ett enda uppsättning flygkontroller.

Power‑lift‑flygplan, sade FAA‑administratör Mike Whitaker, är ”den första nya flygplanskategorin på nästan 80 år”, och de nya reglerna kommer att öppna dörren för att stödja deras omfattande AAM‑operationer i USA.

För att driva sektorn framåt gav FAA förra månaden ett bidrag på $3,34 miljoner dollar till Wright Electric tillsammans med dess partners, inklusive NASA, DOE och DOD, under programmet Fueling Aviation’s Sustainable Transition (FAST). Genom detta bidrag syftar FAA till att utveckla en ny batteriklass för stora elektriska flygplan som kan rymma över 100 passagerare, vilket står för mer än 90 % av flygindustrins koldioxidutsläpp.

Bryter ny mark

När tävlingen om att avkarbonisera flygindustrin intensifieras arbetar företagen nu med att hitta sätt att få passagerarflygplan att fungera helt på elektrisk kraft.

E9X är ett nyutformat elektriskt flygplan, vars design konceptualiserades av flygstart‑upen Elysian och Delft University of Technology i Nederländerna. Flygplanet kan ta fler passagerare (90) och flyga längre (upp till 500 miles) på en enda laddning än vad som tidigare ansågs möjligt.

Dessa uppskattningar baseras på ett teoretiskt batteripaket på 360 wattimmar per kilogram. Till jämförelse har Tesla (TSLA )‑batterier en energitäthet på mellan 272 och 296 Wh/kg.

Vikten på det elektriska batteriet, enligt Jayant Mukhopadhaya, seniorforskare vid International Council on Clean Transportation (ICCT), är den största begränsningen för dessa flygplan eftersom konventionella kommersiella batterier lagrar cirka 50 gånger mindre energi per pund än jetbränsle. Som ett resultat skulle vi behöva omkring 35 ton batterier för att driva ett flygplan så stort som Boeing 737.

“Högdensitetbatteriteknik är en av de nuvarande utmaningarna, eftersom uppskalning av produktionen och ytterligare förbättring av densiteten är avgörande för bred adoption.”

– Simay Akar, senior medlem på IEEE

Medan batteriet är den primära frågan är designen också kritisk. Därför är vingarna på E9X‑flygplanet extremt stora i förhållande till flygkroppen, vilket ökar dess aerodynamiska effektivitet.

“Du bör inte anta att ett elektriskt flygplan kommer att se ut som dagens (mest framgångsrika) flygplan.”

– Reynard de Vries, design- och ingenjörschef på Elysian

Dessutom kommer batterierna inte att placeras i flygkroppen utan snarare i vingarna eftersom de utgör en stor del av flygplanets vikt, och vikten måste placeras “där lyftet genereras”.

E9X är dock bara ett koncept för närvarande och kommer inte att flyga förrän åtminstone 2033. Det finns redan andra elektriska passagerarflygplan, såsom Aviation Alice, vars prototyp testades för flera år sedan, sent 2022, med ett måldatum för full produktion år 2027. Eviation Alice är dock designad för att transportera endast nio passagerare och två besättningsmedlemmar med en räckvidd på cirka 250 nautiska mil.

Det finns tydliga begränsningar för elektriska flygplan; dock är deras förmåga att avsevärt minska koldioxidavtrycket från flygning för stor för att ignoreras. Det uppskattas att övergången till elektriska flygplan kan minska CO₂‑utsläppen med upp till 88 %. Därför ökar intresset.

Till och med teknikmiljardären Elon Musk, som redan är involverad i design, tillverkning och försäljning av elbilar och batterilagringsenheter, diskuterar potentialen och möjligheten med batteridrivna elektriska flygplan. Även om batterierna för närvarande är “för begränsade i räckvidd” tror Musk att de kan bli livskraftiga om cirka fem år.

För detta måste energitätheten i batterier förbättras, vilket för närvarande ligger efter jetbränsle. Musk tillade: “(Dock) väger elektriska motorer mycket mindre och omvandlar lagrad energi till rörelse bättre än förbränningsmotorer.”

Mitt i detta meddelade den kinesiska batterijätten Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) att de framgångsrikt flög ett 4‑tonsplan med sina ultrahöga densitets‑”komprimerade batterier”, som först lanserades förra året. Batteripaketen har mer än dubbelt så hög energitäthet som någon annan på marknaden, med 500 Wh/kg.

Dessa komprimerade batterier har specifikt designats för flygklass med säkerhet i åtanke och för att öka räckvidden för rena flygplan. Företaget förväntar sig nu att ha ett 8‑tons elektriskt flygplan med en räckvidd på 1 240‑1 865 miles som är i drift år 2027 eller 2028.

Jakten på avancerad batteriteknik

Medan företag har börjat förändra landskapet för avancerad luftmobilitet (AMM) och regeringen har börjat tillhandahålla tydliga regler, arbetar forskare med att ta itu med den största utmaningen och utveckla nya batterier för luftburna elbilar.

För att föra renare transport till himlen har forskare vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL) under Department of Energy (DOE) utvecklat nya energitäta material för att förstå deras nedbrytning under extrema förhållanden.

Luftburna elbilar är inte bara flygande bilar. Därför har forskarna dragit slutsatsen att vi inte kan anpassa elbilbatterier för användning i eVTOL, även om det hittills har varit den dominerande metoden.

“eVTOL‑programmet erbjuder en unik möjlighet att skapa en helt ny batterityp med mycket annorlunda krav och möjligheter än vad vi tidigare har sett.”

– Ledande forskare Ilias Belharouak, ORNL Corporate Fellow

Studien fann att kraft- och prestandakravet för eVTOL‑batterier negativt påverkar deras hållbarhet och livslängd. Detta beror på att medan elbilbatterier töms i en jämn takt, kräver batterier som används i eVTOL olika mängder kraft för deras olika flygfaser såsom stigning, svävning och nedstigning.

“Detta kräver att vi besvarar frågor om samspelet mellan batterisäkerhet, cykellivslängd och stabilitet vid höga temperaturer samtidigt som vi balanserar behovet av korta högkraftspulser med energireserver för längre flygningar.”

– Belharouak

Forskarteamet utvecklade litiumjonbatterier och testade dem för eVTOL:s klättringsfaser. De testade också ett nytt elektrolyt utvecklat av ORNL, som presterade bättre och behöll mer kapacitet under de faser som kräver mest kraft. Teamet arbetar för närvarande med ytterligare förbättringar av elektrolyten och andra batterikomponenter.

Tidigare i år rapporterade forskare vid Chalmers tekniska högskola också sin första livscykelanalys av ett tvåsitsigt helt elektriskt flygplan som är kommersiellt tillgängligt, Pipistrel Alpha Electro, och jämförde det med dess fossila bränsle‑drivna version.

Studien konstaterade att det är efter cirka 1 000 flygtimmar som det elektriska flygplanet överträffar det fossila flygplanet när det gäller minskad klimatpåverkan. Flygplanets uppskattade livslängd är samtidigt minst 4 000 timmar.

Enligt studien kommer vidare utveckling av batterier att vara ett viktigt steg mot att minska det elektriska flygplanets livscykelpåverkan.

Studieförfattaren Rickard Arvidsson pekade på den ständiga utvecklingen av litiumjonbatterier och nya batteriteknologier som litium‑svavelbatterier, som fortfarande befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium, för att förbättra den miljömässiga prestandan hos elektriska flygplan och göra dem att föredra framför fossila alternativ.

Drivet av den kritiska roll som batterier spelar och det ökande antalet både kommersiella och militära flygplansleveranser förväntas marknaden för flygbatterier växa från 4,26 miljarder USD år 2023 till 11,9 miljarder USD år 2031. Och när luftburna elbilar får ökad genomslag bör marknadsstorleken växa ännu mer.

Företag som arbetar för att göra luftburna elbilar till verklighet

Nu ska vi titta på några framstående namn i sektorn som har arbetat med att driva detta område framåt, vilket enligt McKinseys analys i oktober 2024 har sett en avmattning i offentliggjord finansiering.

Finansieringen har minskat sedan den nådde en topp 2021 på 6,8 miljarder €, vilket sedan föll till 3,9 miljarder € år 2023, och som förväntas vara liknande i år. Nedgången “kommer vid en särskilt dålig tidpunkt” eftersom majoriteten av företagen fortfarande måste slutföra “utveckling, prototypframtagning och testning som krävs för typcertifiering”, vilket kräver 1‑2 miljarder €.

Denna miljö har redan börjat påverka företagen. Så låt oss ta en djupare titt på dessa företag;

1. Joby Aviation

Det $3,78 miljarder‑stora företaget utvecklar elektriska lufttaxibilar avsedda för kommersiell passagerartjänst. Deras flygplan kan ta en pilot och upp till fyra passagerare, med en maximal räckvidd på cirka 100 miles och hastigheter upp till 200 mph. Joby har redan genomfört omfattande flygtester, som omfattar över 30 000 miles, och är nu i processen att etablera en tillverkningsanläggning för att producera dessa flygplan i Dayton, Ohio.

Dess aktier handlas, vid skrivandet, till $5,27, ner 2,75 % år‑till‑datum. Den har ett EPS (TTM) på -0,49 och ett P/E (TTM) på -10,85. För Q2 rapporterade den en nettokostnad på $123 miljoner samtidigt som den hade $825 miljoner i kontanter och kortfristiga investeringar. Företaget siktar på ett typcertifikat senast nästa år, vilket motsvarar 37 % av steg fyra i FAA‑certifieringsprocessen.

Företaget, som har partnerskap med Uber och Delta, lanserade nyligen ett offentligt erbjudande för att sälja upp till $200 miljoner av sina stamaktier. Tidigare i månaden meddelade Toyota, Joby Aviations största externa aktieägare, ytterligare en investering på $500 miljoner för att stödja certifieringen och den kommersiella produktionen av deras elektriska taxi.

2. Archer Aviation (ACHR )  

Det $1,2 miljarder‑stora företaget Archer fokuserar på urban luftmobilitet och bygger en elektriskt driven lufttaxi kallad Maker. Företaget bygger för närvarande en anläggning i Georgia för att stödja produktionen av sina Midnight‑eVTOL‑flygplan.

För närvarande handlas dess aktier till $3,41, ner 44,45 % år‑till‑datum. Den har ett EPS (TTM) på -1,2 och ett P/E (TTM) på -2,78.

För 2Q24 noterade VD Adam Goldstein att dess indikativa orderbok ligger på nästan $6 miljarder medan driftskostnaderna var $121,2 miljoner och nettokostnaden var $106,9 miljoner. Kassa och likvida medel för kvartalet uppgick till $360,4 miljoner. I början av andra halvan av 2024 meddelade Chrysler‑moderbolaget Stellantis att de skulle investera ytterligare $55 miljoner i Archer Aviation.

3. Lilium  

Detta $88 miljoner‑stora företag utvecklar ett eVTOL‑jet med innovativ kanaliserad elektrisk vektoriserad drivteknik. De har gjort betydande framsteg, inklusive montering av deras elektriska framdrivningssystem, och siktar på kommersiell lansering, med initiala flygningar förväntade inom de kommande åren​.

Dess aktier handlas för närvarande till $0,1391, ner 88,41 % år‑till‑datum. Den har ett EPS (TTM) på -0,16 och ett P/E (TTM) på -0,88. I sitt aktieägarbrev för Q1 2024 noterade Lilium att de avancerar i produktionen av sina första Lilium‑Jets, påbörjar batteripaketsproduktionen och att den kommersiella orderpipeline växer med över 780 flygplan.

Nyligen avslogs det tyska företagets lånegaranti på $50 miljoner av den federala regeringen. Därefter angav lufttaxiföretaget i en inlämning förra veckan att dess två huvuddotterbolag, Lilium GmbH och Lilium eAircraft GmbH, kommer att ansöka om konkurs under de kommande dagarna på grund av oförmåga att samla in tillräckligt med ytterligare medel för att fortsätta sin verksamhet.

4. Vertical Aerospace  

Med ett marknadsvärde på $109,67 miljoner har Vertical Aerospace (EVTL ) arbetat med VA‑X4‑eVTOL‑flygplanet, som är designat för lufttaxitjänster. Företaget fokuserar på att uppnå certifiering och har gjort framsteg i sitt testprogram​.

Dess aktier, vid skrivandet, handlas till $5,74, ner 16,57 % år‑till‑datum. Den har ett EPS (TTM) på -4,23 och ett P/E (TTM) på -1,36. Förra månaden meddelade företaget en 1‑för‑10 omvänd aktiesplit för att öka aktiens handelspris.

Per den 30 juni 2024 rapporterade företaget kassa och likvida medel på $84 miljoner. För första halvan av året hade Vertical en driftsförlust på $25 miljoner och tilldelades ett bidrag på $10 miljoner från den brittiska regeringen via Aerospace Technology Institute (ATI) för utveckling av nästa generations propeller.

5. Surf Air Mobility

Detta är ett $24,53 miljoner‑stort företag som driver traditionella flygtjänster utöver att utveckla en elektrifierad version av Cessna Grand Caravan och planerar att införliva elektriska och hybrid‑elektriska drivlinor i sin flotta.

Dess aktier är ner 83,96 % år‑till‑datum och handlas till $1,74. Den har ett EPS (TTM) på -88,16 och ett P/E (TTM) på -0,02. I augusti meddelade Surf Air Mobility (SRFM ) en 1‑för‑7 omvänd aktiesplit.

För 2Q24 rapporterade företaget $32,4 miljoner i intäkter och en justerad EBITDA-förlust på $11,8 miljoner. Nettokostnaden var samtidigt $27 miljoner, vilket inkluderade investeringar i FoU för elektrifiering och mjukvaruteknik, aktiebaserad ersättning och transaktionskostnader.

Slutsats

Så, som vi har sett, utvecklas luftburna elfordon (EV) snabbt och för oss närmare en renare, tystare och mer effektiv era för luftfarten. Från eVTOL‑flyg i urban luftmobilitet till experimentella elektriska passagerarflygplan visar dessa framsteg potentialen för elektrifiering i himlen. 

Samtidigt som utmaningar kvarstår, såsom batteritäthet och flygplansdesign, tyder innovationer från forskare och företag på att elektrisk luftfart snart kan bli en integrerad del av transporten. Och när regeringar och industrier samarbetar för att hantera klimatfrågor kan luftburna EV också spela en avgörande roll i att minska koldioxidutsläppen och omvandla flygresor för en mer hållbar framtid.

Klicka här för att lära dig hur luftburna taxibilar kommer att generera $4 biljoner år 2027.