Pesawat listrik mungkin terkesan futuristik, tetapi saat ini hal tersebut bukan hal yang mustahil untuk diciptakan, setidaknya untuk penerbangan durasi singkat.
Pesawat listrik dengan dua tempat duduk Velis Electros diam-diam telah terbang di Eropa, pesawat laut listrik sedang diuji di British Columbia, Kanada, dan pesawat listrik yang lebih besar akan segera datang. Pada 15 September 2022, maskapai Air Canada mengumumkan bahwa mereka akan membeli 30 pesawat regional hibrida listrik dari Heart Aerospace Swedia dengan 30 kursi yang beroperasi pada tahun 2028. Para analis di Laboratorium Energi Terbarukan Nasional Amerika Serikat mencatat bahwa pesawat komuter listrik hibrida 50 hingga 70 kursi pertama tidak lama lagi akan siap diterbangkan. Menurut mereka, penerbangan listrik benar-benar dapat lepas landas pada tahun 2030-an.
Ini memiliki manfaat yang penting dalam pengelolaan perubahan iklim. Sekitar 3% emisi global berasal dari penerbangan saat ini. Dengan jumlah penumpang dan penerbangan yang akan bertambah seiring dengan berkembangnya jumlah populasi, penerbangan dapat menghasilkan tiga hingga lima kali lebih banyak emisi karbon dioksida pada tahun 2050 dibandingkan sebelum pandemi COVID-19.
Insinyur kedirgantaraan dan asisten profesor Gökçin Çınar mengembangkan konsep penerbangan berkelanjutan, termasuk pesawat listrik hibrida dan alternatif bahan bakar hidrogen, di University of Michigan, Amerika Serikat. Kami bertanya kepadanya tentang cara utama untuk mengurangi emisi penerbangan saat ini dan ke mana arah teknologi seperti elektrifikasi dan hidrogen akan dikembangkan.
Mengapa penerbangan begitu sulit untuk menggunakan daya listrik?
Pesawat adalah salah satu kendaraan paling kompleks. Namun, tetapi masalah terbesar untuk menerbangkan pesawat dengan daya listrik adalah bobot baterainya.
Jika Anda mencoba untuk menerbangkan pesawat Boeing 737 sepenuhnya dengan baterai saat ini, Anda harus mengeluarkan semua penumpang dan kargo untuk mengisi ruang tersebut dengan baterai hanya untuk terbang kurang dari satu jam.
Bahan bakar jet dapat menyimpan sekitar 50 kali lebih banyak energi dibandingkan dengan baterai per satuan massa. Artinya, Anda dapat memiliki 1 pon (0,4 kg) bahan bakar jet atau 50 pon (22,7 kg) baterai. Untuk menutup celah itu, kita perlu membuat baterai lithium ion menjadi lebih ringan atau mengembangkan baterai baru yang dapat menyimpan lebih banyak energi. Meskipun sedang dikembangkan, baterai-baterai baru ini belum cukup siap untuk pesawat.
Alternatif pesawat listrik adalah hibrida.
Meskipun kita mungkin tidak dapat sepenuhnya menggunakan daya listrik untuk pesawat Boeing 737, kita dapat menggunakan sistem propulsi hibrida untuk mendapatkan beberapa manfaat pembakaran bahan bakar dari baterai di jet yang lebih besar. Kami berusaha mewujudkannya dalam jangka waktu pendek, dengan target tahun 2030-2035 untuk pesawat regional yang lebih kecil. Semakin sedikit bahan bakar yang terbakar selama penerbangan, semakin sedikit pula emisi gas rumah kaca.
Bagaimana cara kerja penerbangan hibrida untuk mengurangi emisi?
Pesawat listrik hibrida mirip dengan mobil listrik hibrida karena menggunakan kombinasi baterai dan bahan bakar penerbangan. Masalahnya adalah tidak ada industri lain yang memiliki batasan bobot seperti yang kami miliki di industri kedirgantaraan.
Ini sebabnya kami harus sangat cerdas dalam menentukan bagaimana dan seberapa banyak kita membuat hibridisasi sistem propulsi.
Menggunakan baterai sebagai bantuan daya saat lepas landas dan terbang adalah pilihan yang sangat menjanjikan. Taxiing (fase pergerakan penerbangan pesawat di darat dengan kekuatannya sendiri) ke landasan pacu hanya dengan menggunakan tenaga listrik juga dapat menghemat sejumlah besar bahan bakar dan mengurangi emisi lokal di bandara. Ada titik optimal antara bobot tambahan baterai dan banyaknya listrik yang dapat digunakan untuk mendapatkan manfaat bahan bakar bersih. Masalah optimasi ini adalah fokus penelitian saya.
Pesawat hibrida memang masih akan membakar bahan bakar selama penerbangan. Namun, bahan bakar ini jumlahnya akan jauh lebih sedikit daripada sepenuhnya hanya mengandalkan bahan bakar jet.
Saya melihat hibridisasi sebagai opsi jangka menengah untuk jet yang lebih besar, tetapi ini menjadi solusi jangka pendek untuk pesawat regional.
Untuk tahun 2030 hingga 2035, kami fokus pada turboprop hibrida, yang biasanya merupakan pesawat regional dengan 50-80 penumpang atau digunakan untuk kargo. Hibrida ini dapat mengurangi penggunaan bahan bakar sekitar 10%.
Dengan hibrida listrik, maskapai penerbangan juga dapat memanfaatkan lebih banyak bandara regional yang akan mengurangi kemacetan dan waktu yang dihabiskan pesawat yang lebih besar di landasan pacu.
Apa harapan Anda bagi penerbangan berkelanjutan dalam waktu dekat?
Untuk jangka pendek, kami akan melihat lebih banyak penggunaan bahan bakar penerbangan yang berkelanjutan. Dengan mesin masa kini, Anda dapat membuang bahan bakar penerbangan berkelanjutan ke tangki bahan bakar yang sama dan membakarnya. Bahan bakar yang terbuat dari jagung, minyak sayur, ganggang, dan lemak lainnya sudah digunakan.
Bahan bakar penerbangan berkelanjutan dapat mengurangi emisi karbon dioksida bersih pesawat sekitar 80%. Akan tetapi, pasokannya terbatas, dan menggunakan lebih banyak biomassa untuk bahan bakar dapat bersaing dengan produksi pangan dan menyebabkan deforestasi.
Opsi kedua adalah dengan menggunakan bahan bakar penerbangan berkelanjutan sintetis. Ini melibatkan penangkapan karbon dari udara atau proses industri lainnya dan mensintesisnya dengan hidrogen. Namun, itu adalah proses yang kompleks dan mahal dan belum memiliki skala produksi yang tinggi.
Maskapai juga dapat mengoptimalkan operasi mereka dalam jangka pendek, seperti perencanaan rute untuk menghindari menerbangkan pesawat dengan jumlah penumpang yang sangat sedikit. Hal ini juga dapat mengurangi emisi.
Apakah hidrogen dapat menjadi opsi untuk penerbangan?
Bahan bakar hidrogen telah ada sejak lama, dan penggunaan hidrogen hijau – hidrogen yang diproduksi dengan air dan elektrolisis yang ditenagai oleh energi terbarukan – tidak menghasilkan karbon dioksida. Ini juga dapat menyimpan lebih banyak energi per unit massa daripada baterai.
Ada dua cara untuk menggunakan hidrogen pada pesawat terbang. Pertama, hidrogen dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar jet biasa di mesin. Kedua, hidrogen dapat dikombinasikan dengan oksigen untuk memberi daya pada sel bahan bakar hidrogen, yang kemudian menghasilkan listrik untuk memberi daya bagi pesawat.
Namun, masalahnya ada pada volume karena gas hidrogen membutuhkan banyak ruang. Itu sebabnya para insinyur mencari berbagai metode, termasuk dengan menjaganya agar tetap dingin agar dapat disimpan sebagai cairan sampai gas hidrogen ini terbakar sebagai gas. Ini bahkan masih membutuhkan lebih banyak ruang daripada bahan bakar jet. Selain itu, tangki penyimpanannya juga berat, sehingga cara penyimpanan, penangananan, atau distribusinya di pesawat masih dalam tahap pengerjaan.
Saat ini, Airbus tengah melakukan banyak penelitian tentang pembakaran hidrogen dengan menggunakan mesin turbin gas yang dimodifikasi di pesawat A380. Mereka bertujuan untuk memiliki teknologi yang sudah siap pada tahun 2025. Maskapai penerbangan Rex Australia akan memulai pengujian pesawat hidrogen listrik 34 kursi untuk penerbangan singkat dalam beberapa tahun ke depan.
Karena adanya berbagai pilihan, saya melihat hidrogen sebagai salah satu teknologi kunci untuk penerbangan berkelanjutan.
Akankah teknologi-teknologi ini memenuhi tujuan industri penerbangan untuk mengurangi emisi?
Masalah dengan emisi penerbangan bukanlah tingkat emisi saat ini. Yang menjadi masalah adalah adanya ketakutan bahwa emisi akan meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya permintaan. Pada tahun 2050, emisi karbon dioksida dari penerbangan dapat meningkat tiga sampai lima kali lebih banyak dibanding sebelum pandemi.
Organisasi Penerbangan Sipil Internasional, sebuah badan PBB, secara umum mendefinisikan tujuan industri dengan melihat apa yang layak dan bagaimana penerbangan dapat melampaui batasan yang telah ditetapkan.
Tujuan jangka panjangnya adalah untuk mengurangi tingkat emisi karbon dioksida bersih sebanyak 50% pada tahun 2050 dari tingkat emisi tahun 2005. Untuk mencapainya, ini membutuhkan perpaduan teknologi dan optimisasi yang berbeda. Saya tidak tahu apakah kita akan dapat mencapainya pada tahun 2050, tetapi saya yakin kita harus mencoba semua yang kita dapat kita lakukan untuk membuat penerbangan masa depan berkelanjutan.
Zalfa Imani Trijatna dari Universitas Indonesia menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.