零距離科學：1973年已有第一架電動飛機，為何至今未盛行？

文：盧駿揚（香港中文大學通識教育基礎課程講師）
圖：香港電台

航空業的前景

在肺炎疫症出現前，旅行本是件平常不過的事情。然而，我們之所以能方便而快捷的到達遠在千里之外的異邦遊玩，這全賴飛機的發明。航空服務的興起不單加強了人類社會的流動性，也促進了國與國之間的貿易，是現代社會不可缺少的一環。

按照美國聯邦航空總署的報告，在每一刻鐘，天空上都有多達數千架飛機在同時飛行。不過這卻同時帶來了環境污染等問題。噴射客機主要是以化石燃料來推動，因此會不斷排放出溫室氣體。自1940年到2018年，航空業所排放的二氧化碳量節節上升，由0.7%的總排放量，上升至2.65%。而這些溫室氣體會加劇氣候變化，破壞地球上的生態環境。

有見及此，不少公司與企業家都在思考航空業的前景——人類能否以其他方式維持航空服務的運作呢？不少人認為電動化是其中一個可行方案。本集將會介紹近年有關電動飛機的種種嘗試。

電池的限制

其實電動飛機並不是甚麼嶄新的概念。早於1917年已有人嘗試研發由電力驅動的直升機。此外，在1973年，奧地利的兩名飛機愛好者Fred Militky與Heinrich Brditschka成功把一架飛機改裝成以電力驅動。這架名為Militky MB-E1以鎳鎘電池（Ni-Cd）為電源，成功飛行約十四分鐘，是歷史上第一架載人的電動飛機。

不過因著電池技術的限制，電動飛機一直未能普及起來。其中最大的問題是電池的能量密度遠比航空煤油低。若要提供足夠能量讓飛機作長時間飛行，電池的重量要相應提升，然而這卻又令飛機需要更多的能量來驅動。鋰離子電池（Li-ion battery）的出現打破了這個困局。雖然它的能量密度依然是低於航空煤油，但它卻比舊式電池好上不少，能憑其輕巧的重量產生可觀的電力。正因如此，鋰電池於近年被廣泛使用。我們在手提電話、手提電腦及電動車身上都可以發現它的蹤影。

鋰電池當然也在電動飛機的研發上具重要地位。紀錄片中所介紹的其中一款新式電動飛機Heart ES-19正是以鋰電池來驅動。比起傳統的航空煤油，鋰電池價錢既便宜，又能多次使用，更不會大量產生出溫室氣體，是價廉物美而且環保的方案。

載客量

初創公司Heart Aerospace所研發的ES-19是一架十九座的飛機。相比起以往所研發的兩人至四人座電動飛機，ES-19的重要性正正在於它大幅增加了電動飛機的載客量。因著載客量的提升，ES-19的可用性得以大大提高，這同時也為它帶來了市場價值：芬蘭航空、聯合航空與梅薩航空等航空公司已向Heart Aerospace大手購買數十架至上百架ES-19飛機。

但ES-19仍是有著不少限制的。它最長的飛行距離是400公里，因此只能作短途飛行。跨國飛行是ES-19遠遠無法勝任的。在長途飛行上，以煤油驅動的噴射機今天依然是未逢敵手。在此，電動飛機所面對的仍是那個老問題——能量密度不足。雖然鋰電池在能量密度上比舊式電池改善了不少，它卻是有其限制的。即使科學家不斷設法提升鋰電池的能量密度，它的改良幅度卻逐漸放緩，近年甚至有停滯跡象。有些人提出以能量密度更高的鋰硫電池（Li-S battery）來取代鋰離子電池，不過它能否有效地應用在電動飛機上仍是未知之數。

紀錄片中除了談及電動飛機，也有討論以燃料電池（fuel-cell）驅動的環保飛機。燃料電池比鋰電池的能量密度高，理論上能夠提升飛機的航行距離，是綠色航空技術的另一方向。不過即使它們暫時未能完全取代噴射客機，卻已為航空技術開創了新的道路。

《零距離科學》（節目網站）集合世界各地有趣的科學紀錄片，網羅與大眾息息相關的科學資訊，啟發觀眾的好奇心和求知慾，節目逢星期五晚10時在港台電視31播映。本集於9月17日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯：Alvin
核稿編輯：Alex