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持続可能な未来の航空2025-2045：トレンド、テクノロジー、予測Sustainable Future Aviation 2025-2045: Trends, Technologies, Forecasts 電気飛行機市場は黎明期にある。IDTechExの知る限り、現在販売されている電気飛行機はPipistrel Velis Electroの1例のみである。IDTechExの見解では、2020年の初号機以来、驚くほど多くの納入実績があり、順調... もっと見る
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サマリー
電気飛行機市場は黎明期にある。IDTechExの知る限り、現在販売されている電気飛行機はPipistrel Velis Electroの1例のみである。IDTechExの見解では、2020年の初号機以来、驚くほど多くの納入実績があり、順調なスタートを切っている。電動パワートレインは小型の一般航空機に適しており、2025年から2035年の間に電動一般航空機のCAGRが35.7%になると予測されることを後押ししている。しかし、これは航空新時代の始まりに過ぎない。『持続可能な未来の航空2025-2045：動向、技術、予測』では、電気や水素を動力源とする飛行機は、さまざまな航空機において脱炭素の航空宇宙産業に貢献できるとしている。ヴェリス・エレクトロのような最小の2人乗り飛行機から、ボーイング777のような市場で最大の飛行機まで、電気と水素の動力は価値を提供し、温室効果ガスへの貢献を削減することができる。
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ボーイング777の排出量は、同サイズの理論上の電気代替機と比較すると、1時間あたり777-9である。
電気民間旅客機には戦略的展開が必要
自動車産業における電池の成功や、電池が示した技術的改良は賞賛に値するものであったにもかかわらず、電池電気航空機が既存のジェット燃料航空機の航続距離を達成することはほとんど不可能であろう。特に民間旅客機は、最大着陸重量を達成するために着陸前に数十トンの燃料を燃やす必要がある。この重量制限では、バッテリーが占める数トンの余裕はほとんどない。ボーイング737-10のようなナローボディの飛行機は、航続距離をフルに確保するために約100MWhが必要だ。このサイズのバッテリーは数百トンの重さになる。シリコン陽極、金属陽極、アルミ空気といった将来のバッテリー技術でさえ、重すぎる可能性が高い。そのため、バッテリーパワーだけで航続距離をフルに伸ばすことは不可能に近い。
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データソース 米国運輸局、IDTechEx分析
バッテリー駆動の民間旅客機の成功の鍵は、戦略的に配備することである。現在、最も人気があり、最も飛行量の多い路線の中には、1,000kmに満たないものもある。LAX～SFO（ロサンゼルス～サンフランシスコ）やLHR～FRA（ロンドン～フランクフルト）のような路線は、それぞれ540kmと655kmしかない。これは現在、簡単に電動化できるものではないが、次のような道も開かれている：
水素は広く普及する可能性があるが、その供給源は慎重に検討すべき
水素のエネルギー密度は39.3kWh/kgで、ジェット燃料の3倍、現在のリチウムイオン電池の100倍以上である。水素の体積制限が理解されるまでは、これは非常にエキサイティングなことだ。液体であっても、水素は同じエネルギーに対してジェット燃料の4倍近い体積を占める。制限となるのは、航空機に十分な貯蔵容積を確保することである。また、液体であり続けるためには極低温で冷却する必要があり、気体として有用な体積エネルギー密度を持つためには加圧する必要があることも制限となっている。このような制約があるにもかかわらず、本レポートでは、水素を戦略的に利用することで、大きな航空需要を満たすことができることを説明する。
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さまざまな燃料の重量エネルギー密度
持続可能な未来の航空2025-2045：動向、技術、予測』では、水素の重要な課題は、燃料コストと炭素認証のバランスをとることであることが示されている。再生可能な水の電気分解によるグリーン水素は、最も環境に優しいが、最も高価な水素製造方法である。天然ガスから製造され、炭素回収・貯留（CCS）を伴うブルー水素は、かなり安価だが、CO2を100％除去できるわけではない。一方、従来の灰色水素は非常に安価に製造することができ、灰色水素を燃料とする燃料電池飛行機は、ジェット燃料よりもはるかに燃料費が安くなる。しかし、灰色水素は水素1kgあたり約10kgのCO2を排出する。本報告書では、従来の化石燃料と比較して利益を生み出すことができる水素製造のハイライトについて、それぞれの水素製造タイプで予想される純排出量を示している。
空の旅を脱炭素化するためにSAFは避けて通れない
IDTechExは、水素飛行機を製造する技術は今日存在すると考えている。何年もかかるプロセスだ。しかし、仮に今日水素飛行機や電気飛行機が完成したとしても、2050年までに脱炭素化を実現するためには、産業界はまだSAFを必要としている。現在、約25,000機の民間旅客機が使用されているが、そのうちの何機かは30年後も存在するだろう。ビジネスジェット機や一般航空はもっとひどい。この報告書によれば、アメリカでは80年以上前に製造された飛行機が現在も使用されている。2050年までに完全に脱炭素化するための唯一の現実的な選択肢は、現在製造されているが、当時まだ使用されていた機体にSAFを採用することである。
機体の老朽化だけでなく、SAFを必要とする要因は他にもある。現在の航空機の最大航続距離は、水素では到達できそうにない。つまり、航路によっては、いつまでも灯油のような燃料に限定されることになる。さらに、一部の空港では、電気や水素の燃料供給インフラを新たに整備する余裕がなく、SAFを代替手段として利用せざるを得ない。
「Sustainable Future Aviation 2025-2045: Trends, Technologies, Forecasts "では、一般旅客機、ビジネスジェット機、民間旅客機の技術オプションを分析している。それぞれについて、総所有コスト、達成可能な範囲、カーボンフットプリントへの影響を考慮している。また、新たな推進技術に対する主要な業界関係者の姿勢を概観し、資金力のある新興企業が何に取り組んでいるかを明らかにしている。また、電気モーターのスケーリングや燃料電池の出力密度と寿命の妥協点など、これまで考慮されていなかったボトルネックも浮き彫りにしている。本レポートは、航空旅行の未来に関する戦略、投資、計画の指針となる。
航空宇宙産業が脱炭素化を目指す中、本レポートはその将来に向けて検討されている主要技術を網羅している：
本報告書では、これらの技術がどのように使用されているかを、以下の項目について取り上げています：
本レポートの20年予測は以下をカバーしている：
目次
Summary
この調査レポートは、2025-2045年の電気飛行機市場について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
The electric airplane market is in its infancy. To the best of IDTechEx's knowledge, there is only one example of an electric airplane for sale today: the Pipistrel Velis Electro. From IDTechEx's perspective, it has had a stellar start, with a surprising number of deliveries since its first in 2020. Electric powertrains fit small general aviation planes well, helping to drive a predicted 35.7% CAGR in electric general aviation airplanes between 2025 and 2035. But, this is just the beginning of a new era of aviation, with "Sustainable Future Aviation 2025-2045: Trends, Technologies, Forecasts" finding that electric and hydrogen-powered airplanes can contribute to a decarbonized aerospace industry across a spectrum of aircraft. From the smallest two-seaters like the Velis Electro, to the largest planes on the market, like the Boeing 777, electric and hydrogen power can provide value and reduce GHG contribution.
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Emissions of a Boeing are 777-9 per hour compared to a theoretical electric alternative of the same size.
Electric Commercial Airliners Will Need Strategic Deployment
Despite the success of batteries in the automotive industry, and the admirable technological improvements they have shown, it will be almost impossible for battery-electric aircraft to achieve the ranges of existing jet fuel airplanes. The batteries will simply be too heavy, especially for commercial airliners, which need to burn tens of tonnes of fuel before landing to hit their maximum landing weights. This weight limit leaves scarcely a few tonnes of wiggle room for batteries to occupy. A narrow-body airplane like the Boeing 737-10 requires around 100MWh to get its full range. A battery this size would weigh hundreds of tonnes. Even future battery technologies like silicon-anode, metal-anode, or aluminum air will likely be too heavy. As such, full range with battery power alone is a near impossibility.
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Data source: US Bureau of Transportation, analyzed by IDTechEx
The key to the success of battery-powered commercial airliners is to deploy them strategically. Some of the most popular, highest-volume routes flown today are less than 1,000km. Routes like LAX to SFO (Los Angeles to San Francisco) and LHR to FRA (London to Frankfurt) are only 540km and 655km respectively. This is not easily electrifiable today, but there are some avenues open that could help get there, such as:
Hydrogen Can Have Widespread Spread Adoption but the Source of the Hydrogen Should be Carefully Considered
Hydrogen has great promise thanks to its gravimetric energy density, at 39.3kWh/kg, it is three times as energy-dense as jet fuel and more than 100 times as energy-dense as today's lithium-ion batteries. This can be hugely exciting until its volumetric limitations are understood. Even in liquid form, hydrogen occupies nearly four times the volume of jet fuel for the same energy. The limiting factor is getting enough storage volume on the airplane to make it useful. It is also limited by the need to be cryogenically cooled to remain a liquid, or pressurized to have useful volumetric energy density as a gas. Despite these limitations, this report explains how hydrogen can be used strategically to fulfill significant air travel demand.
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Gravimetric energy densities of different fuels
While Hydrogen can easily fulfill enough air travel demand to make it worthwhile, "Sustainable Future Aviation 2025-2045: Trends, Technologies, Forecasts" shows that the key challenge for hydrogen will be balancing fuel costs with carbon credentials. Green hydrogen, from renewable water electrolysis, is the greenest, but also the most expensive way of producing hydrogen. Blue hydrogen, produced from natural gas with carbon capture and storage (CCS), is significantly cheaper but does not provide 100% CO2 removal. Conventional grey hydrogen on the other hand can be made very cheaply, and a grey hydrogen-powered fuel cell airplane would be much cheaper to fuel than jet fuel. However, grey hydrogen emits around 10 kg of CO2 for every kg of hydrogen. This report shows the expected net emissions for each hydrogen production type highlighting which can produce a benefit compared to traditional fossil fuels.
SAF is Unavoidable to Decarbonize Air Travel
IDTechEx believes that the technology exists today to build a hydrogen airplane, the industry is just in the process of demonstrating the technology, certifying, scaling etc. A process that is going to take many years. But even if hydrogen and electric planes were ready today, the industry would still need SAF to decarbonize by 2050. There is currently a fleet of around 25,000 commercial airliners in use today, and some of them will still be around in 30 years, such is the long life of these airplanes. Business jets and general aviation are even worse. This report finds there are planes in use today in the US that were built more than 80 years ago. The only realistic option to fully decarbonize by 2050 is to adopt SAF for airframes that are built today, but still be in use then.
In addition to aging airframes, there will still be other factors necessitating SAF. The maximum range of planes today is unlikely to be reachable with hydrogen, meaning some routes will be confined to kerosene-like fuels indefinitely. Additionally, some airports simply won't be able to afford new electric and hydrogen fuelling infrastructure and will have to take SAF as a drop-in alternative.
"Sustainable Future Aviation 2025-2045: Trends, Technologies, Forecasts" analyses the technology options for general aviation, business jets, and commercial airliners. For each one, it considers the total cost of ownership, potential ranges achievable, and impact on carbon footprint. It also gives overviews of key industry players' attitudes towards emerging propulsion technologies and highlights what the best-funded start-ups are working on. It also highlights previously unconsidered bottlenecks like the scaling of electric motors and the power density/longevity compromise of fuel cells. This report can guide strategy, investment, and planning related to the future of air travel.
As the aerospace industry looks to decarbonize, this report covers the key technologies considered for its future:
The report covers how these technologies are used across:
The 20-year forecasts in this report cover:
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