2050 年までの航空輸送の道筋

皆さんこんにちは！

2025年が始まったばかりですが、今年はeVTOL業界にとっても重大な一年となるでしょう。

その上で今後25年、2050年のカーボンニュートラルに向けても『元年』となる年です。

2050 年までの航空輸送の道筋・バッテリー

バッテリーの課題

:航空輸送における炭化水素推進コンセプトの置き換えや改善に向けた開発状況についてコーナーシリーズをお届けします。開発が非常に遅れていることがわかります。

以前、機能モデルまたはプロトタイプの飛行まで至ったさまざまなプロジェクトをリストアッ

プしました。これは、このような航空機タイプの開発を希望する何百ものプロジェクトを絞り

込むためにこのフィルターが必要だったためです。認定済みの 2 人乗りトレーナーのみがあり

1 つのプロジェクトには認定を開始したプロトタイプ (図 1 の CX300 6 人乗り) があることがわかります。

なぜ進歩が遅いのでしょうか?

図 1. 6 人乗りの Alia CX300 は 2023 年に認証を開始しました。出典: Beta Technologies

進歩が遅い背景

進歩が遅い第一の理由は、航空機設計に関する知識がほとんどないか全くない人々によって開始されたプロジェクトが多すぎることです。

投資家たちは自動車業界で何が起きたかを見ていました。既存のプレーヤーは、テスラが通常の公道を走る車に代わる車を作る可能性を過小評価していたのです。

イーロン・マスクのような人物が、航空業界を改革し、10年以内にボーイングやエアバスに代

わるバッテリー電気旅客機を製造できると主張すると、投資家たちは何の抵抗もなく飛びついたのです。

しかし、旅客機の製造技術は自動車よりも少し複雑で、航空機の設計者は過去 120 年間に

わたってそれを完成させてきました。世界に約束した新興企業は倒産し始めています。投資家は失望し、AI に移行しています。

以下は、2017 年 9 月 27 日の イージージェットと ライト・エレクトリック のプレスリリ

ースからの写真と引​​用です。「ライト・エレクトリックは、10 年以内に イージージェットの

英国およびヨーロッパのネットワークで乗客を運ぶことができる全電気式の商用ジェット旅客機を製造するという課題を自らに課しました。」

図 2. ライト・エレクトリックのビジョンでは、2027 年までに A320 に代わるバッテリー電気航空機が実現される予定です。出典: easyJet のプレスリリース。

現在までに、ライト・エレクトリック社は、このような航空機に必要なバッテリーや航空機自体の部品は言うまでもなく、2MWの電気モーターの認証も完了していない。

電気モーターとそのインバーターは、おそらく航空機開発の中で最も簡単な部分ですが、私の知る限り、ピピストル モーター以外に航空機での使用が認定されたモーターはありません。

バッテリーは大きな課題

電気モーターとそのサポート電子機器（モーターインバーター、電源、安全スイッチなど）は簡単な部分ですが、バッテリーは想像していたよりもはるかに困難でした。

バッテリー容量は計画や期待通りには発展していません。2017 年頃にはバッテリー システム

の容量は 400Wh/kg に達し、年間 5% 程度の割合で増加するだろうと (私も含め) 考えて

いました。しかし、現実には、2025 年または 2026 年の認証取得に向けて、システム レベルでは現在 200Wh/kg となっています。

10 年後には、おそらく、手頃な価格の航空機用バッテリーのシステム レベルが 250kWh/kg に達するでしょう。

2017 年から 7 年経ってバッテリー容量が半分になったのはなぜでしょうか?

理由はいくつかあります:

• 熱心なファンは、セル、パック、システムの容量を混同していました。現在設計されているシステムでは、各ステップで容量が 20% 失われます (2017 年ではさらに悪化しました)。つまり、最良の場合でも、航空機のシステム レベルでセル kWh/kg の 70% になります。つまり、300kWh/kg のセルでは、210kWh/kg のシステムになります。
• 航空機用バッテリー システムの安全性の問題は過小評価されていました。空中では、電気自動車のバッテリー暴走のように、熱暴走は致命的な災害です。その結果、航空機用推進力レベル バッテリーの設計と認証に関する規則は、欠落または不十分なものから、包括的で厳格なものへと変化しました。致命的な航空事故が 1 件発生し、航空機/VTOL プロトタイプが地上で数機焼失したことで、事態は明らかとなり、当局は対応しました。
• バッテリーは燃料ではありません。これは、元 ウーバーエレベーター の ロブ・マクドナルド が書いた非常に優れた記事シリーズの見出しです。

この記事シリーズは内容が膨大です。簡単にまとめると次のようになります。

バッテリーは、負荷がかかればかかるほど消耗します。バッテリーの容量が 80% に達するの

が早くなり、新しいバッテリー パックが必要になります。私は新しいパックを 1 kWh

あたり 400 ドルと見積もっていました。今日では、経験豊富な航空バッテリー サプライヤー

と何度か話し合った結果、1 kWh あたり 700 ドルと見積もっています。2 度目の利用シナリオでは、この金額を 20% 削減できます。

バッテリーは、C レートの充電および放電レベルに合わせて設計されています。1C 100 %

充電または放電は、1 時間かかったことを意味します。これを、航空機の地上停止時の一般的

な充電時間である 30 分に短縮すると、2C になります。C レートを上げるとバッテリーの

消耗が早くなり、下げると長持ちします。航空機での使用は 2C スペクトルで、VTOL は

3-5C スペクトルで使用されます。一般的な 2C 使用スペクトルでは、バッテリーを航空機

に 2,000 ～ 3,000 サイクル装着できますが、充電時間が設計 C レートのままである場合に限ります。

バッテリーは空になることを好みません。バッテリーを前述のサイクルで持続させるには、容量の約 25% をそのまま残しておく必要があります。そうしないと、消耗が速まります。

航空機用セルの生産は 、自動車や電動工具の用途に比べれば、現在もこれからも取るに足らな

いものです。だからこそ、航空機用の特殊セルの開発に着手した企業は、ここ数年、次々と

倒産したり、吸収されたりしてきました。新しい化学物質は、まず自動車や電動工具の市場に

登場します。これにより、セルは超小型航空機市場で経済的に実現可能になります。現在、

航空機市場全体では、年間数個の ピピストレル ヴェリス用バッテリー パックが生産されています。

ハイブリッド車でもバッテリーが原因となります。

自動車のハイブリッドは、信号待ちやその他の理由でブレーキをかけるたびにエネルギーを回

収するため、非常にうまく機能します。ただし、航空輸送ミッションには回収セグメントが

ないため (降下中にエネルギーを回収することはできません)、空中ハイブリッドは最大の利点を失います。

航空ハイブリッド問題に取り組んだことのない人々は、ハイブリッド航空機が達成するであろ

う利益を自慢しています。現在まで、ハイブリッド システムの飛行テストで検証可能な利益を

実証した人は誰もいません。理由は簡単です。ミッション中に作動する推進力ハイブリッドに

必要なバッテリーは重すぎて、性能とコストの両方の点で理論上の利益を台無しにしてしまうからです。

生産されるハイブリッド機はマイルドハイブリッド機のみのようで、これはガスタービンの

内部プロセスや地上走行、離着陸時に今日の推進システムを補助するために小型バッテリー

を搭載して設計されていることを意味します。こうして、空港周辺の騒音や汚染が軽減され

ます。バッテリーの性能が向上するにつれて、この効果は徐々にミッションの他の部分にも拡大されるでしょう。

2050 年までの航空輸送の道筋・バッテリー市場

航空機用バッテリー市場

前回は、バッテリーが非常に厄介なエネルギー源であることを説明しました。バッテリーは

システム レベルに達すると非常に重くなり、容量の 60% ～ 70% 以上使用すると消耗し、

急速充電や急速放電には適さないからです。バッテリーのコストも、すべてのプレイヤーが想定しているよりもはるかに高くなります。その理由は次のとおりです。

プレーヤーにあまり理解されていない非常に重要な側面は、自動車市場のように大量に消費す

るバッテリー市場と、今日および将来の航空市場のような少量消費のバッテリー市場の市場動向の違いです。

電話、コンピューター、工具、電気自動車などの携帯機器のバッテリーは、必要な電圧と電流

容量を得るために直列および並列に接続されたセルで構成されています。ノートパソコンや工

具のバッテリーには 4 ～ 6 個のセルが接続されていますが、電気自動車のバッテリーに

は最大 10,000 個のセルが接続されており、必要な瞬間的および長期的な電力が得られます。

挑戦的な制作

これらのセルは、薄い電解質セパレーターで隔てられた互いに非常に近接した電極から電気容

量を得るため、非常に高度な製造プロセスを必要とします。電極が互いに接触するセパレーターに欠陥があると、セルが熱暴走し始めます。

図1. リチウムイオン円筒形セルの断面[出典: batteryuniversity.com

バッテリーセル業界は、エネルギー容量、充電電流と放電電流、およびセル寿命（セルの容量

が失われるまでの充電/放電回数）を向上させる新しい、より優れたセル化学の開発に莫大な研究開発費を費やしています。

2015年以来、バッテリー電気航空機またはハイブリッドに関する10年間の議論の中で、楽観論者は、容量がX％増加する新しい化学物質が開発されたと絶えず叫んできました。

これらの人々が無視しているのは、化学反応を研究室から大規模で信頼性が高く経済的な生産に移すという非常に長く費用のかかるプロセスです。これには最大 5 年かかる場合があります。

バッテリーメーカーがこれを実現するには、自社の新型セルの市場規模が相当大きいと見なす

必要があります。eAircraft や eVTOL のスタートアップ企業がバッテリーセル市場について

理解しておくべきことは多く、そうでないとプログラムの後半で大きな問題が発生する可能性があります。

小さな市場

こうした新興企業のマーケティング資料や投資家の見込み客は、電気自動車市場のバッテリー

容量やコストに関するデータを引用し、それを航空機のケースに当てはめることが多すぎます。これは多面的な欠陥です。

• これまで何度も説明してきたように、航空機用セルには自動車用セルよりも高い C レートが必要です。航空機用セルの場合は 2 倍、eVTOL の場合は 4 ～ 5 倍の C レートが必要です。自動車用セルとは異なる設計のセルが必要です。
• したがって、これらのセルは膨大な生産量の一部ではなく、したがって自動車用セルの低コストです。自動車産業向けセルの年間生産量は、2024 年で約 800,000,000 kWh でした (セルの容量が異なるさまざまなフォーム ファクターがあるため、セル生産量は容量で測定します)。
• 2024年の航空産業向けセルの年間生産量は1,000kWh未満、または自動車産業の0.0001%未満と推定されます。

問題は、この生産量の差がすぐには変わらないということ。バッテリー電気航空機の年間生産量に最も高い野心を持つ業界は、eVTOL業界です。

ジョビーは、2021年のReinvent投資家向けプレゼンテーションで、2025年中に年間350機

のeVTOLを生産すると説明しました。現在、2025年末までに月産1機のeVTOLの生産量に

達すると予想しています。eVTOL1機あたり100kWhのバッテリーシステムを搭載しているため、このペースが実現すれば、2026年中にJobyに1,200kWhが必要になります。

航空機に関しては、25kWh のバッテリー システムを搭載した ピピストレル ヴェリスを量産

しています。生産率は年間約 25 機で、年間 625kWh の電力が必要です。

年間約 1,000kWh の電力を必要とする次の航空機は、おそらく 2026 年に登場予定の ベーターテクノロジーズ CX300 です。

つまり、これは自動車産業の 0.0001% の市場であり、セルの構成が異なり、したがって生産も異なります。これらのセルの価格を自動車産業の価格と比較することは不可能です。

現実は、セルのコストの違いよりもさらに厳しいものです。極小のボリュームが継続的に右に

移動する中、航空業界は関心を失い、セル業界からの投資が減るという問題に直面しています。これは、内部の事業計画が継続的に右に、そして下方に調整されるためです。

eAircraft や eVTOL のプレイヤーにとって、バッテリー セル プロバイダーが特殊な高容量

セルを使用してプロジェクトを中止する決定を下しても影響を受けないよう、バッテリー側の

計画を立てることは必須です。そうしないと、プロジェクトのバッテリー モジュールを再設計

する必要があり、バッテリー システムに影響を及ぼし、ひいてはモジュールと航空機の認証にも影響を及ぼします。

航空機のバッテリー モジュール用のセルが供給されなくなると、プロジェクトの開発の最終段

階や生産開始がスタートアップ企業やその顧客にとって悪夢になる可能性があります。

バッテリー モジュールの再設計と再認証は、その超大容量の特殊セルを使用するプロジェクトにとって大きな混乱を引き起こす可能性があります。

したがって、賢明なプレーヤーは、代替市場が確保されている低容量セルを選択します。こう

することで、eAircraft または eVTOL の生産時や、運用中に顧客がバッテリー モジュールの交換を必要とするときに、それらのセルを利用できるようになります。

2050 年までの航空輸送の道筋・今後10年

バッテリーベースの航空機が今後 10 年、そしてそれ以降にどのような種類のミッションを実行できるか、またその制限がなぜあるのかを見ていきます。

図 1. Diamond eDA40 電動トレーナー。出典: Diamond。

バッテリーベースのeAircraftとeVTOLの運用上の有用性

eAircraft と eVTOL で使用されるバッテリーに関するすべての問題を取り上げた後、これらが現在および将来どのような種類のミッションを実行できるかを見てみましょう。

図 1 の ピピストレル ヴェリス　エレクトロから、注目のダイヤモンド eDA40 トレーナー

に至るまで、バッテリーベースの一般航空機は、プライベート パイロット トレーニングでもプロのパイロット トレーニングでも、基本パイロット トレーニングに適しています。

適切に設計されたバッテリー電気式トレーナーは、熱エンジン航空機よりも飛行準備が簡単で

す。チェックするエンジンも、取り扱いやチェックする燃料もありません。電気システムの

チェックは、コックピットの大画面ディスプレイで行うことができます。また、熱エンジン式に比べて騒音がほとんどなく、飛行場周辺に直接排出物が出ることもありません。

欠点は、VFR 予備飛行で運用する場合、最大ミッション時間が約 45 分であることです。

したがって、基本訓練を超える訓練機ではなく、さまざまな気象条件でのより長いミッショ

ンを必要とする IMC (計器気象条件) または多発エンジン訓練には使用できません。したがっ

てVFR プライベート パイロット コースを超えるパイロット シラバスの最初の航空機にすぎません。

主な制限は、現在までにすべての eAircraft が VFR の認定を受けており、既知着氷飛行

(FIKI) が認められていないことです。開発されるすべての eVTOL に同じ制限が適用されますが、実際のミッション時間は 25 分未満であるという違いがあります。

1時間または100海里を超える長距離飛行ですか?

バッテリーベースの eAircraft と eVTOL は、通常巡航速度が 130 ノット未満であるため

100 nm 未満のミッションに 1 時間未満のミッション時間に制限されるのはいつまでですか?

OEM は、2030 年までにバッテリー セルの性能を向上させることを約束しています。前回の

コーナーで取り上げた内容を考慮すると、2030 年までは状況は変わりません。自動車業

界が 2030 年までに固体バッテリー セルを実現し、バッテリー容量と安全性が向上することが期待されています。

バッテリー容量を増やして eAircraft が 200 ～ 300nm の一般的な通勤航空機のルートを

飛行し、実際の悪天候の状況にも十分対応できるほどの予備力を確保できる適切なコスト レベルでバッテリー セルが入手可能になるのはいつでしょうか。

2030年から2035年の間だと思います。この頃には、バッテリー電気式の小型通勤用航空機

のビジネスケースが生まれます。まず9人乗りの航空機がパイロット1名で運航できるためです（平均搭乗率7名でパイロット2名を償却するのは非常に困難です）。

9 人乗りよりも大きな航空機は、バッテリーのみの eAircraft として意味があるでしょうか?

おそらくそうではありません。ハイブリッド セットアップや水素燃料電池の代替品を検討し

ていない、19 人乗り以上の航空機を計画しているプロジェクトは 1 つもありません (これらのプロジェクトについては、今後のコーナーで取り上げます)。

eVTOL機

eVTOLS はどうでしょうか? 10 年後にはバッテリー技術が変化するでしょうが、それ以前

の唯一の合理的なビジネスケースは空港から市街地へのシャトルのようです。現在の

eVTOLS は昼間の VFR のみで、夜間の VFR 条件では Joby のみが認定されているため、ヘリコプターの代替としての可能性は限られています。

距離が 15 ～ 20 海里未満で、年間を通じて天候が穏やかな場合に限ります。私の近くにもそ

のようなケースがあります 。ニース空港に飛行機で着陸し、タクシーまたはウーバーでモナコまで行く場合、最良でも 45 分、最悪の場合は 90 分かかります。

ニース空港からモナコ ヘリポートまでのヘリコプターの飛行時間は 10 分で、現在の料金は

1 チケット 200 ユーロです。タクシー料金が 100 ユーロであることを考えると、それだけの

価値があると言えます。したがって、現在このルートを運行している会社は少なくとも 2 社あり、市場は存在します。

したがって、ニース空港からモナコへの移動は、eVTOL がより静かで環境に優しい代替手

段を提供できる良い例です (ヘリコプターはモナコのヘリポートに着陸するときに騒音を発し、隣にはアパートの建物があります)。

しかし、この例は、eVTOL の運用上の有用性が、実用的耐久性の延長 (「最悪の」日のため

の予備を含む)、IMC および FIKI 条件などによって増加する前に利用できる市場が限られていることも示しています。

ニース空港からモナコまで、年間を通じて VFR 天候が続く場所は多くありません。つまり

eVTOL 市場は、運用上の利便性により、より多くのユースケースでヘリコプターの代替が可能になるまで、当初は緩やかなペースで拡大することになります。

2050 年までの航空輸送の道筋・ハイブリッド

さて、私たちはハイブリッド機に目を向けます。ハイブリッド機は本質的により複雑な設計

です。新興企業は、バッテリーのみの航空機は2030年までに実用的な航続距離を保てないことに気づき、ハイブリッド機へと切り替えています。

図 1　Heart Aerospace ES-30 は、この記事で紹介したフェーズを通過しました。出典: Heart Aerospace

ハイブリッドe航空機とeVTOL

前のコーナーでは、バッテリーのみの eAircraft と eVTOL の運用上の有用性につい

て検討しました。設計は、飛行場付近の VFR トレーナー ミッション、100 nm の 9 地点間

の通勤ホップ、晴天時の空港から市内中心部までの 10 分間のシャトルへの eVTOL に限定されていました。

新興企業は、2030年までには通常2〜3年かかる（私たちはこれをバッテリー電気からハイブ

リッドへのインキュベーション期間と呼んでいます）これらの問題を回避する方法はないと

認識しており、次のステップは、熱エンジンと発電機を組み合わせた「レンジエクステンダー」を設計に追加することを検討することです。

これは、ほぼすべてのバッテリー電気の新興企業が辿る道であり、ハートエアロスペースも

同様です (図 1)。新興企業が、レンジ エクステンダー 1 つでは設計が単一障害点にまで低下するため、2 つ必要であることに気付くまでには 1 年か 2 年かかります。

デュアルレンジエクステンダー

2 つの航続距離延長装置を適用し、充電調整電子機器を備えた 2 つの発電機を含むデュアル

炭化水素燃料ガスタービン システムと組み合わせた完全なバッテリー電気推進システムの 2 重システムに対応すると、航空機の複雑さ、重量、およびコストが問題になります。

航空機の効率計算により、電気エネルギーコストが低いにもかかわらず（空港の充電インフラ

がエネルギー価格から償却されるとそれほど低くはない）、複雑で重い航空機の販売コストと

運用コストが、置き換える航空機よりも高いことが判明すると、より優れた代替品の探索が始まります。

その理由は、バッテリー電気式の eAircraft または eVTOL がシリアルハイブリッド (図 2) であり、設計上非効率だからです。

図 2. さまざまなバッテリーとハイブリッド推進コンセプト。出典: Leeham Co.

ジェット燃料ガスタービンから発電機、バッテリー充電器/インバーターを経由してバッテリ

ーに入り、推進インバーターとモーターを経由してプロペラに戻るまでの経路のパス損失は約 20% です。

したがって、CO2排出量と総効率タンクのため、レンジエクステンダーは実際には「レンジエクステンダー」として使用することはできません。

なぜガスタービン発電機を電気モーターに直接結合できないのでしょうか? 結合は可能ですが

経路損失を含めて巡航推進システムと同じサイズにする必要があるため、プロペラに直接結合する方がよいでしょう。次のコンセプトではこれを行います。

パラレルハイブリッド

そこで、約 2 年間の「レンジ エクステンダー」ハイブリッドのインキュベーション期間を

経て、設計チームは並列ハイブリッドを検討しました (図 2)。並列ハイブリッドの設計効率は

直列ハイブリッドよりも高くなります。ただし、複雑さが増すため、開発および製造コストが、置き換える航空機よりも高くなります。

並列炭化水素燃料部分がミッション予備の供給に使用される限り、航空機はバッテリー電気航

空機の排出量が低くなります。ただし、このモードでのメリットは、より単純なバッテリー電気コンセプトと比較するとわずかです。

理由は、再びバッテリーです。理論的には、予備バッテリーに頼らないため、ミッション部分

でバッテリーを 0% まで使い切ることができます。ただし、バッテリーは充電状態 (SOC)

25% 未満で使い切ってはなりません。そうしないと、年に数回交換する必要があり、図 1 のような 30 人乗りのバッテリー モジュールの更新には約 75,000 ドルかかります。

したがって、ガスタービン部分のオン/オフによるさまざまなミッション プロファイルを新興

企業がどれだけ懸命に計算しても、ガスタービンをオンにして燃料を消費する (したがって排

出ガスが発生する) 実際の運用経済性を考えると、複雑で重いハイブリッド航空機は低排出ガスの選択肢にはなりません。そして、その運用経済性は説得力に欠けます。