航空業界は炭素排出量を削減する必要がありますが、そのためには複数の解決策が必要になります。
ハイブリッド電動航空機という一つの選択肢は、電池駆動機の航続距離の制約を改善し、短距離航空における排出量の大幅な削減に役立つ可能性があります。
ただし、電池を用いるハイブリッド方式による炭素削減効果は、製造と充電に使用される電力が再生可能エネルギー由来である場合にのみ得られます。
航空業界は約世界の年間CO2排出量の3%を占めていますが、脱炭素化が最も困難な産業の一つとみなされることが多くなっています。これは、航空で移動する人の数が毎年増加しており、脱炭素化に必要な技術が大規模導入には程遠い段階にあるためです。
その結果、単一の技術や航空機の運航上の変更だけでは、ネットゼロ排出を達成するには不十分です。適切な誘因と政策に後押しされた、さまざまな戦略の組み合わせが必要になります。これには、空港インフラの高度化、持続可能な燃料の製造、新たな推進技術の採用が含まれる可能性があります。
電動化は自動車産業の脱炭素化に用いられてきており、現在では航空分野における実現可能な道筋としても検討されています。電池駆動の飛行では、電池に蓄えられたエネルギーを用いて電動ファンを駆動し、推進力を得ます。化石燃料を燃焼させないため、電動化によって飛行中の炭素排出や、その他の環境に有害なガスの排出を排除できる可能性があります。
しかし、電池の製造や充電に必要な電力の発電の過程では、依然として温室効果ガスが排出される可能性があります。そのため、化石燃料由来のジェット燃料を使用する場合と比べて全体の排出量を大幅に削減するには、充電に持続可能な電力源を用いるとともに、持続可能な電池製造の手法を採用する必要があります。
ただし、電池駆動機には課題があります。現在の電池の重量は、同程度の量のジェット燃料と比べて約50倍重いです。航空機は、目的地の変更により別の空港に着陸することになった場合でも、安全に飛行を続け、着陸できるよう、旅程に必要な分よりも多くの燃料（または電池の電力）を搭載しなければなりません。短距離の任務では、これが搭載燃料全体の大きな割合を占めることになり、追加の重量が航空機の燃料消費を増加させ、飛行可能な距離を短くします。
ハイブリッド機の離陸を後押しする
そのため、ハイブリッド機は航空業界の脱炭素化という課題の解決策の一部となり得ます。ハイブリッド機は、電池の電力に加えて、もう一つのエネルギー源を利用します。
二次燃料源や推進システムの統合方法には複数の選択肢があります。例えば、二次燃料を独立した専用エンジンで燃焼させたり、発電機で燃焼させて電池と同じモーターに電力を供給させたりすることができます。あるいは、燃料電池によって水素を用いた化学反応から電気を生成することも可能です。電池の電力と二次燃料は、同時にまたは交互に使用して航空機を駆動することができます。
有望なハイブリッド方式の一つは、化石燃料とターボ発電機を用いて、必要な予備燃料のエネルギーを供給する方法です。追加の燃料源を組み込むことで航空機の構造は複雑になり重量も増加しますが、本記事のために実施されたAIA分析*では、その増加分は予備用に別途必要となる電池の重量よりも小さくなり得ることが示されました。また、追加の重量によってエネルギー消費も増加する可能性がありますが、航空機の航続距離は延びることになります。
ハイブリッド機および電池駆動機の性能は、さらに電動モーターを採用することによって向上する可能性があります。旅客機に一般的に使用されるジェットエンジンは大型であるほど効率が高くなりますが、電動プロペラでは同じことは当てはまりません。翼の長さに沿って複数の小型プロペラを配置する、または翼端プロペラを使用することで、空力効率を大幅に向上させる可能性があります。
将来のハイブリッド機の設計では、これらの機会を活用して温室効果ガスを削減し、航続距離を延ばせる可能性があります。
空港もハイブリッド機の恩恵を受けられる
ハイブリッド機は、空港の炭素排出量を削減し、地域の大気質を改善することもできます。航空機は空港排出量の最大95%を占めることがあります。これは、電池駆動機を使用して炭素排出量およびその他の有害物質を排除することで削減できる可能性があります。
全電動飛行には、発着両空港での充電インフラが必要になります。一方、ハイブリッド電動航空機は、この充電インフラが整備されるまでの間、すぐに導入できる解決策を提供します。
目的地空港に充電インフラがない場合、ハイブリッド機のバッテリーは、機内のジェット燃料駆動の動力装置によって飛行中または地上で充電されることがあります。これによりハイブリッド電動運航による環境面での恩恵は減少しますが、充電インフラが整備されている間に、ハイブリッド機が就航できる空港の数は増加します。
ハイブリッド電動航空機の限界
電池の充電に伴う排出量は、使用する電力の供給源に大きく左右されます。もちろん、再生可能エネルギー源の拡大に伴い系統の排出量は減少する見込みですが、AIA分析*では、現在の電力網の電気を使って航空機を動かした場合、特定の場所や特定の条件下では、ジェット燃料駆動の航空機を使用する場合と比べて約25%多い二酸化炭素を排出する可能性があることが示されています。
電池の製造も、採掘および製造プロセスがいずれもエネルギー集約型であるため、ジェット燃料の精製よりも汚染度が高くなる場合があります。これらの手法は改善される見込みですが、不確実性は残っており、航空機に選ばれる電池の種類に左右されます。
このため、すべての産業について脱炭素化への明確な道筋を作ることが重要です――例えば、再生可能発電設備の拡充による恩恵は、エネルギー部門にとどまらず広く及ぶことになります。
短距離飛行のハイブリッド化
現在開発中のハイブリッド電動機の大半は目標航続距離が500km未満であり、この市場セグメントは、世界の旅客排出量の6%未満を占めています。電池の性能向上に伴い、ハイブリッド電動航空機は短距離航空市場（すなわち最大1,500kmの移動）を担うようになる可能性があります。この市場は世界の旅客排出量の33%を占めています。
代替的なアプローチ中長距離航空の脱炭素化には、持続可能なジェット燃料の代替品の開発や、水素などの全く新しい燃料への切り替えなど、代替的なアプローチが必要になります。機材の更新や運航の改善による効率向上も、もちろん、業界全体のネットゼロ対策における重要な要素となります。
ハイブリッド電動航空機は、短距離を飛行する航空機の排出量を大幅に削減できるほか、純粋な電池駆動の電動航空機よりもはるかに長い航続距離を持つことができます。電池の製造や充電に必要な持続可能な電力の確保に関する現在の課題があるものの、ハイブリッド機は航空業界の排出量削減において極めて重要な役割を果たす可能性があります。
他の技術や取り組みと組み合わせることで、ハイブリッド機は航空業界が脱炭素化の課題に取り組み、ネットゼロを達成する上で役立つ可能性があります。
*この記事のために特別に実施されたAIA分析は、70席の地域航空機の効率、重量、排出量の算出に焦点を当てたもので、次の出典のデータを使用しています：Our World in Data（電力の炭素強度）、2024 Bloomberg New Energy Outlook（経済移行シナリオ、2050年予測）、Lowcarbonpower.org（再生可能エネルギーの排出量）、およびその他の研究。世界経済フォーラムは、この分析の基礎となる計算を検証していません。
