《零》第35集剧本：飞行汽车的气候案例 - 彭博社

Joby Aviation Inc.的电动垂直起降（eVTOL）飞机停在纽约证券交易所外。

摄影师：Michael Nagle/Bloomberg电动航空实现了两个未来的承诺 —— 飞行汽车和零排放航空旅行。本周，让我们认识一位正在努力实现这一目标的教授。

在第35集的Zero播客中，Akshat Rathi采访了卡内基梅隆大学的教授Venkat Viswanathan，他正在研发可以为电动飞机提供动力并帮助减少航空排放的电池。Venkat与Akshat讨论了参与电动航空的人员网络，为什么创造一种足够轻便和强大的电池来升起飞机如此困难，以及为什么航空是电池需要解决的最重要问题。在下方收听完整的一集，在这里了解更多关于播客的信息，并在Apple、Spotify或Google订阅以获取新一集的最新信息。

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Akshat Rathi 00:00

欢迎来到 Zero，我是 Akshat Rathi。本周，The Jetsons，飞行汽车和电池

Christine Driscoll, 在车内 00:18

为什么你，Venkat，要开我们去这么多电池公司？

Venkat Viswanathan, 在车内 00:22

也许我对电池有一些了解？

Akshat Rathi, 在车内 00:25

不，我的意思是，诚实的答案是无论 Venkat 是否在这里，我们都会去电池公司，因为电池很酷。但有了 Venkat，我们可以得到一定程度的…

Venkat Viswanathan, 在车内 00:36

…公司中存在一定程度的恐惧，‘哦，我们将面临这些难题。’ 因为在电池领域，如果有一项突破，基本上全世界只有大约半打人能真正搞清楚并说，‘是的，这有效’，或‘不，这无效’。

Akshat Rathi, 在车内 00:54

而 Venkat，你就是其中之一。

Venkat Viswanathan, 在车内 00:57

是的。

Akshat Rathi 01:01

这是 Venkat Viswanathan，一个电池专家，我经常向他求助，帮助我区分好的电池理念和糟糕的理念。电池是我们零排放未来中至关重要的技术。但电池也很复杂。许多人利用这种复杂性围绕他们对电池的特定理念制造炒作，结果证明是胡说八道。Venkat 是卡内基梅隆大学的教授，他与许多气候科技初创公司有着紧密联系。去年，他和 Zero 的制片人 Christine Driscoll 以及我一起参观了硅谷的初创公司。那周我们乘坐 Venkat 的特斯拉 Model 3 行驶数小时，我们讨论了许多事情。我们一直回到的一个问题是电动航空。即使世界最终真正朝着 2050 年实现净零排放的轨道迈进，我们将看到大多数行业的排放下降，除了航空业。彭博新能源财经估计，航空业的排放量在现在到 2050 年间将翻一番。Venkat 认为，电动航空，特别是由电池驱动，可以帮助减少部分这些排放。已经有数十家公司致力于使电动飞机商业化。我并不完全相信，我确实给 Venkat 制造了一些麻烦。因为我们最有可能看到的电动航空的第一个应用是出租车。

Akshat Rathi，在车上

飞行出租车只是富人的玩具，不是吗？

Venkat Viswanathan，在车上 02:35

我认为飞行出租车就像“Roadster”时刻。我们真的需要又一辆电动跑车吗？可能不需要，对吧。但富人的玩具让你能够理解那项技术。然后一旦你理解了那个……

Akshat Rathi 02:47

Venkat 着迷于研发一种可以为电动飞机提供动力的电池。要克服重力飞行，飞机必须消耗大量能量。今天的飞机能够做到这一点，是因为喷气燃料在小重量中装入了大量能量。电池的能量密度只有喷气燃料的十分之一，这意味着你必须携带10公斤的电池才能替代一公斤的喷气燃料。如果这样做，那将意味着飞机上将没有人的位置。一种可以为商用航空提供动力的电池必须比今天我们在电动汽车中找到的那些非常惊人的电池要好得多。制造这种类型的电池将需要许多教授级别的大脑和许多企业家的才能。尽管我持怀疑态度，但在电动航空领域确实存在着真正的动向。彭博新能源财经统计了50多家有兴趣购买这些飞机的航空公司。总订单量达到了2,000架。由于电池在交通以外的领域也很有用，所有这项工作将在其他技术中产生许多溢出效应。然而对于 Venkat 来说，电动航空不仅仅是一个值得讨论的话题，他正在把整个职业都奉献给它。今年晚些时候，他将前往密歇根大学的航空航天系，希望培养一批新一代工程师来解决这个问题。因此，我想与 Venkat 交流，结束我们关于飞行汽车用途的辩论，并讨论需要发生的科学进步，以制造可以为它们提供动力的电池。

Akshat Rathi 04:29

所以当我们在这次旅行中时，我们谈到了你对未来的愿景，这与1960年代的卡通电视系列《杰森一家》有关，那里的人们乘坐各种飞行汽车。今天你称之为eVTOLs，即电动垂直起降飞行器。

Akshat Rathi, 在车上 04:29

在某种程度上，现在是谈论电动航空的有趣时刻，因为乔治·杰森（The Jetsons动画电视系列的主角）实际上是在虚构世界中的2022年出生的。而在你知道的时候，《杰森一家》正在发生，他已经是一个有两个孩子的中年人了。所以你认为这是我们正在考虑的时间轨迹吗？人们会一直在飞行吗？

Venkat Viswanathan, 在车上 05:13

是的，绝对是。我认为最终，当我们达到杰森中年时，也就是大约在2040-50年代，我认为几乎每个人都会有三种电气化交通工具。一种是电动自行车或电动滑板车，用于短途通勤。然后是电动汽车，以及个人的电动垂直起降飞行器，可以将他们带到数百英里之外。最终，这些eVTOLs的成本可能会达到40-50,000美元，就像购买一辆汽车一样。所以我认为我们离那个未来并不遥远。实际上，我认为从现在到乔治·杰森中年的时候，我们实际上是一条直线。

Akshat Rathi 05:57

从这里到杰森斯未来的一条直线路径…这是你的新工作关于 Venkat？

Venkat Viswanathan 06:03

是的，如果我不认为从这里到杰森斯未来有一条直线路径，我就不会接受这个赌注。现在，当工程师们说这是一条直线路径时，这意味着我们需要许多优秀的工程师来思考这个问题。我们需要数以百计、数以千计的人在解决这个问题。这就是电动汽车领域发生的转变规模。如果我们能在电动航空领域实现类似的转变，我认为从技术角度来看，实现杰森斯所想象的未来是有可能的。

Akshat Rathi 06:35

现在，我们在夏天就是否飞行出租车是气候技术，它们是否会成为现实，需要多长时间才能成为现实进行了辩论。我们谈论了很多。正如你所知，我仍然不太相信。但与此同时，你已经为这个事业做出了更大的承诺，并且你已经接受了一份新工作。

Venkat Viswanathan 07:01

是的，确实如此。我已经决定电动航空是电池，尤其是下一代电池，可以解决的最重要问题。因此，我决定去密歇根大学，这里拥有世界上最古老的航空航天系，试图为航空航天业的第二个世纪进行转型，希望实现一个电动的未来。

Akshat Rathi 07:28

而且这不是你第一次试图颠覆一个大学部门，大学是很棒的地方，但它们也有点官僚和呆板。在卡内基梅隆大学，你加入了机械工程系担任电池教授。

Venkat Viswanathan 07:44

事实上，大约10年前，实际上是2013年，我是斯坦福大学的研究生，正在找工作。我申请了各种地方的各种部门，包括机械、化学和材料科学。一个部门的关键之一是你吸引的人，对吧。所以在机械工程系，你会有一些对汽车非常兴奋的人。在2013年，电动汽车未来一点都不明朗。但我做出了这个大胆的赌注，即每个机械工程系的未来都将是电动的。从这个意义上说，电池是未来的新燃烧。而且，10年后，全国每个机械工程系至少有两三位教授在某种形式上从事电池研究。今天，每个机械工程系都不可能没有电动出行计划，尤其是试图聘请从事电池研究的人。今天在航空航天领域，没有人从事电池研究，或者在航空航天系有电池研究背景的人。同样地，10年后，我希望在航空航天系产生与我在机械工程系产生的相同影响。

Akshat Rathi 09:07

所以现在让我们定义一下你的新工作将会是什么。让我们从定义电动航空的含义开始。

Venkat Viswanathan 09:15

是的，电动航空是指飞机的主要能源来自电力。这可以采用几种不同形式。可以直接使用电池供电，也可以是混合形式，其中常规燃气涡轮发动机与电池动力相结合，或者可以使用燃料电池。

Akshat Rathi 09:36

燃料电池将使用氢气。燃料将是一种不同的燃料，理想情况下，氢气来自无碳源。

Venkat Viswanathan 09:40

是的。

Akshat Rathi 09:42

你还记得你意识到电动航空是你想要研究的问题的时刻吗？

Venkat Viswanathan 09:51

是的，当然。所以我在2017年夏天从匹兹堡到帕洛阿尔托做了这次旅行。我使用了我的电动汽车，一辆60千瓦时的特斯拉Model S，大约3000英里。我们在四天内完成了这次旅行，我在旅行结束时意识到了两件事。一是这次旅行相当容易，而且所谓的续航焦虑，正如当时许多人所描述的那样，可能并不成立，因为这次旅行的轻松让我意识到，我正在研究的这些下一代电池创新，并不是立即明显适用于汽车领域。因此，我经历了这种寻找灵魂的旅程。幸运的是，我接到了当时正在尝试制造混合动力飞机的公司的阿希什·库马尔的电话。我对此产生了浓厚兴趣，因为这是一个明确的领域，我可以继续为未来不确定的电池创新工作。每一项我能够开发的新技术都将有一个等待的市场。因此，这开始了我转向电动航空的过程。

Akshat Rathi 11:07

所以很明显我们需要减少飞行排放。这可以通过三种方式实现。电池驱动的电动飞机，氢燃料电池电动飞机，以及可持续航空燃料，本质上是您今天使用的燃料，但是由一种经过处理的来源制成，使其不附带排放。这些通常是基于生物的燃料，您可以从玉米或甘蔗等作物中获取。当然，您是一位电池教授，所以您选择了电池。但从理论角度来看，为什么电池是更好的选择呢？

Venkat Viswanathan 11:48

是的，我认为如果您可以在相同重量下实现电池驱动的飞行，那么这将是最节能的解决方案，假设您可以制造出这种神奇的电池，其重量与可持续航空燃料或喷气燃料相同。现在，我们离这还很远，所以当我尝试提出这个问题时，我走上了这条道路，即‘从这里到制造轻型电池的路径是否能够产生我们在这里谈论的那种变革性影响？’在这个过程中，我们在2022年初发表了这篇论文，这篇论文的标题是‘电池驱动飞行的挑战与机遇。’挑战是显而易见的，对吧？我认为任何人都很容易明确陈述反对意见，即电池的发展速度非常缓慢。如果回顾150年前，电池的改进速度是每年2%。

Akshat Rathi 12:52

每年提高2%基本上意味着电池每公斤材料可以存储多少能量。

Venkat Viswanathan 13:01

确实。事实上，我们在论文中开始描述了La France，这是一艘由一块435公斤的氯化锌电池提供动力的飞艇，那实际上是最早的有控制的飞行之一。发明家查尔斯·勒纳德说，只是时间和金钱的问题，电动航空就会起飞。已经过去了130年，现在我们有了比查尔斯·勒纳德使用的氯化锌电池能量密度大得多的锂离子电池。现在，如果按照这个逻辑，如果每年增长2-3％，我们必须等待几百年才能获得与喷气燃料相当的能量密度。现在，如果你实际放大并查看过去30年的进展，你会发现它实际上以每年大约4-5％的速度增长。如果从1990年，锂离子电池被发明的时候开始，到2020年左右，它的增长大约是每年4-5％。

Akshat Rathi 14:11

你知道，这种翻倍可能看起来不像很多，但是为了让翻倍的改进速度有所背景：本世纪，我们目前正处于每年减排大约1％的路径上。如果我们这样做，我们将突破2摄氏度的巴黎目标。如果我们将减排翻倍，根据石油公司壳牌发布的一个新情景，从每年1％增加到每年2％，那将使我们保持在2摄氏度的阈值以下，并帮助我们实现巴黎协定的目标。因此，当这些改进速度在几十年内发挥作用时，这些翻倍的改进速度实际上可能非常重要。

文卡特·维斯瓦纳坦14:54

确实。如果你实际放大甚至再放大，在过去的五年里，2017年，那时你拥有的最好的电池大约是每千克250瓦时。美国能源部启动了两个项目，一个叫IONICS，另一个叫Bat500，这些项目改变了目标。他们希望将电池内含的能量从每千克250瓦时提高到500瓦时。快进到2023年，现在有许多可靠的电池单元演示可以提供该范围内的能量密度。我们还没有到达可以购买具有该特定能量的电动汽车的阶段，但离我们能够做到这一点并不远。我认为在十年内，甚至更短的时间内，我们将能够获得每千克1000瓦时的电池。这将使得大约1000海里的旅行变得非常容易。你可以问一个问题，‘那么，会有限制吗？’这是最重要的一点，如果有一件事我希望你的听众能记住：我们远未达到电池能量密度的可能极限。

阿克沙特·拉蒂16:29

广告后，我们将探讨随着这项技术的推广可能出现的问题。

阿克沙特·拉蒂16:50

这是一个棘手的问题，很明显。在某种程度上，你同意这是一个棘手的问题。当我们在旅途中时，你说：

文卡特·维斯瓦纳坦，在车内16:58

电动航空… 从正统的角度来看，每个人都应该持消极态度。这是正确的观点。因为你知道，我们无法让它们运作。它们会变得更重。目前尚不清楚是否会产生直接的环境积极影响。所以所有这些都是不这样做的好理由。

Akshat Rathi 17:16

那么为什么要这样做呢？

Venkat Viswanathan 17:19

好的理由实际上与我说的不要这样做的理由完全相同，那就是你必须改变游戏规则。所以你必须确保它们不会变得太重，实际上它们可以通过太阳能直接供电，减少飞行所需的能量。所以整个游戏是要尝试从系统层面理解这一点。并清楚地了解电动飞机可以真正颠覆航空业的哪些方面。我认为在可预见的未来，长途飞机、宽体飞机将不得不使用燃料飞行。这是我们能够继续拥有飞越大陆的生活方式的唯一方式，我可以从这里飞到伦敦见你Akshat。这些类型的飞机无法转变为电动飞机。但对于小型和中型飞机，一直到窄体飞机，存在着重大机遇。

Akshat Rathi 18:35

我们先明确一下定义：四到六个座位是窄体飞机吗？

Venkat Viswanathan 18:35

是的，大约六个座位，

Akshat Rathi 18:38

那宽体飞机的座位数会超过六个吗？

Venkat Viswanathan 18:43

是的。另一种思考方式是你可能会选择的旅行方式。在小型区域飞机上，你可能会从匹兹堡飞往华盛顿，一个短短200多英里的旅程。如果你想选择窄体飞机，那更像是从匹兹堡飞往丹佛这种几千海里的旅程。而宽体飞机则适合我如果想从匹兹堡飞往伦敦。

Akshat Rathi 19:15

到2050年，当世界需要实现零净排放时，航空业可能是排放量最大的部门。显然，这是一个需要解决的重大问题。但你提到了一些航空领域可以立即受益于电气化的领域。其中之一就是直升机…

Venkat Viswanathan 19:35

是的，直升机是工程师的噩梦。当然也是人们的噩梦，因为它们会在人们居住的区域造成噪音污染。它们的燃烧效率低下。最重要的是，它们不安全，因为有很多不同的故障方式，只要一个部件出现故障，直升机就会失效。

Akshat Rathi 19:15

关于直升机的笑话是什么？

Venkat Viswanathan 19:55

直升机飞行的原因不是因为空气动力学，而是因为它们太丑陋了，地球会排斥它们。这就是它们飞行的原理。

Akshat Rathi 20:10

简单来说，电动飞机有两种类型。一种是用来替代需要跑道起飞的飞机。另一种被称为eVTOL，即电动垂直起降飞机。在这两种情况下，电动马达产生的噪音更小，消耗的能量要少得多才能产生相同的推力。如果这些电动飞机能够变得足够便宜，它们可能会淘汰许多使用化石燃料的同类飞机。

Akshat Rathi 20:10

如果电动航空只解决了直升机的问题，那么这是否是一个值得解决的问题，值得花费10年，甚至一生的时间来解决，Venkat？

Venkat Viswanathan 20:53

我认为这是一个良好的开始。我认为如果你能够取代直升机，让电动飞机占领直升机市场，那仍然是一个值得称赞的成就。但我认为一旦你做到了，你会意识到你可以做得更好。我认为这就是我们在电动出行领域学到的经验，从最初制造价格远超过10万美元的电动跑车，到最终实现了以25-30,000美元的价格生产大众市场汽车的路径。同样地，我认为在未来的十年里，电动航空的主要关注点可能会是直升机市场，或者那些有短距离需求、非常重视时间价值的人愿意支付更高价格来乘坐飞行里程的市场 — 在这种情况下，是在空中飞行一英里，取代直升机飞行。

Akshat Rathi 22:01

但是这种为富人设计的玩具最终变成了大众市场产品… 这确实是一个成功的模式。就电动汽车而言，它仍然不太实惠，你不能只是来到印度就能买到大众市场的电动汽车，但也许那一天会到来，这似乎不再是不可想象的事情。然而，它所做的是打开了一个以前没有被利用的世界，让更多的人可以进入。所以，我们可能不会消耗更少的能源，我们可能最终会消耗更多的能源。城市中可能会有更多这样的飞行汽车，相对于直升机，噪音可能会更低，但城市中直升机的数量并不多。所以突然间你降低了每架飞机的噪音，但是你将城市中的飞机数量增加了100倍。那么这真的值得吗？

Venkat Viswanathan 23:01

是的，这是一个很好的问题。事实上，这实际上是几年前一个研究生问我的问题之一，“Venkat，你致力于解决问题，并期望对零净排放的未来产生影响。那么你如何能够研究这些飞行汽车呢？” 这个问题的一个框架是：如果你用内燃机汽车或电动汽车进行同样的行程，与使用飞行汽车相比，哪种消耗的能源更多或更少？所以，一个天真的观点，这种第一顺序的观点是，“不可能，飞行汽车应该比地面车辆消耗更多的能源。”

Akshat Rathi 23:39

是的，因为你要克服重力。而且你在天空中飞行，继续克服重力。这需要大量的能源。

文卡特·维斯瓦纳坦 23:48

对的。所以这里的答案实际上相当反直觉。根据飞机设计，如果你能够制造出一架高效、轻便且具有良好空气动力学性能的飞机，实际上你可以与电动汽车竞争，并且比内燃机车辆要好得多。因此，你实际上会为一次旅行产生更少的能源排放。当然，这取决于旅程的长度。对于较短的旅程，你会因起飞和降落而支付能源成本。但是旅程越长，飞行汽车相对于地面汽车的能源效率就会更高。因此，我认为，有一个明显的能源效率论点可以提出。如果你选择搭乘优步黑车进行一次旅行，如果用电动垂直起降飞行器替代，肯定会减少排放。

阿克沙特·拉蒂24:47

这个未来需要几十年的时间才能实现。与此同时，文卡特也是风险投资者在想要知道一个电池初创公司是否真正取得突破并能够交付产品时会联系的人。有很多公司承诺电池突破。文卡特很忙，我们旅行时接了很多电话。所以我想问他：当有人来找你，说‘嘿，有这个新的电池想法，你认为会奏效吗，我应该给这家公司10亿美元吗？’ 你会怎么做？

文卡特·维斯瓦纳坦25:19

是的，我认为评估一项新技术的困难之处在于要带着一些乐观主义，但也要持有一定的怀疑态度。因此，在进行尽职调查时的一个挑战之一是评估团队所提出的技术主张的有效性——当你对一项新技术进行尽职调查时，你必须能够理解其核心原则，并看看这些核心原则是否站得住脚。以及是否存在可扩展的途径。电池有许多变化可能：你可以改变阳极，你可以改变阴极，你可以改变电解质，你可以改变隔膜，你可以改变电流收集器，你可以改变各种各样的东西。每一项这些变化都可能导致电池功能更好。而每一项这些变化都需要其自己的制造工艺来实现规模化。我认为我能够解决这个问题的主要原因之一是，在我的职业生涯中，我已经研究过许多这些方面。因此，我了解在尝试扩展特定方法时可能会遇到的许多常见陷阱。我能够迅速评估不同方法的一个很大的原因是，它们都必须从根本上满足我所称的‘与问题’，即它们必须同时做到所有这些事情。

Akshat Rathi 26:51

你能举个例子说明这种情况在哪里发生过吗？一个初创公司遇到了一个他们真正需要解决的问题？无论是你提供了正确类型的建议，还是提供了正确类型的人才来帮助他们解决问题。

Venkat Viswanathan 27:04

我可以谈谈的一个例子是我们与24M Technologies合作的一个项目，24M正在研发的电池将用于为那些飞行汽车提供动力，以尝试创造一项里程记录。为了表明这些电动垂直起降飞行器现在能够达到200到300英里的飞行距离，而不是今天受限于数百英里的距离。因此，电池由三个主要组件组成：阳极、阴极和电解质。用于汽车和笔记本电脑中的锂离子电池中使用的电池使用液态电解质。液态电解质很像鲨鱼水。它有两个主要组成部分。有一种溶剂和一种盐。因此，你的鲨鱼水中的溶剂是水，盐是某种钠或其他种类的盐。电池内需要相同的属性，其中有溶剂。当然，锂和水不相容。因此，我们要尽一切努力，正如我们在所有参观过的工厂中看到的那样，避免潮气。因此，电池具有非水溶剂。这意味着不含水的溶剂。和一种盐。盐通常不是含钠的盐，而是含锂的盐。盐提供锂离子从阳极到阴极或从阴极到阳极的迁移，具体取决于您是在充电还是放电。设计电解质是电池内最困难的事情，因为它面对阳极，面对阴极。它必须对阳极友好，对阴极友好，同时执行其主要功能，即通过它传输锂。这是一个极其困难的挑战。因为一旦更改任何组件，您用于当前电池的电解质就无法使用。因此，您现在需要更改一些溶剂或盐的组合才能实现这一点。这里的挑战在于，今天已知有超过60亿种分子。您可以在电池内使用其中的任何一种。实际上，您会在内部使用其中的多种。这意味着如果您必须手动测试60亿种分子，我们将不会有任何电池创新。这就是我们面临的大海捞针问题，您必须尝试从这个60亿列表中找到能够为您提供所需功能并实现我们想要的能够存储更多能量的下一代电池的分子。这是我在卡内基梅隆大学的研究小组以及我通过Aionics转化的许多研究创新的关键领域之一，Aionics是我共同创立的公司之一。

Akshat Rathi 30:10

也出现在这个播客的一集中，当他们的首席执行官遇到了一点小意外，因为他的钱被困在了一个叫做SVB的银行里，你可能听说过这家银行发生了挤兑，现在已经找到了买家。这个故事有个美好的结局，但确实是一个相当引人注目的故事。

Venkat Viswanathan 30:30

是的，那是一个相当紧张的周末。但你提到的关于我是这个生态系统的一部分。这使我能够了解需要解决的问题，可以投入资本来帮助解决这些问题的人，如何获得时间，如何获得提供的资本的耐心，以便你可以在正确的时间以正确的团队合作解决这些问题，然后在正确的时间扩展。因此，成为这个令人难以置信的生态系统的一部分对我来说是一种特权，使我能够实现我本来无法做到的事情。

Akshat Rathi 31:19

现在不再难以想象天空中出现电动飞机了。我仍然认为这些经过精心设计的设备离成为气候解决方案还有很长的路要走。但我觉得有趣的是，这个挑战吸引了像Venkat这样的人来投身其中。无论飞行汽车的未来如何，为了追求它而进行的电池改进将有助于其他应用。例如，更加能量密集的电池将使电动汽车更便宜，并帮助家庭产生和储存可再生能源，实现零排放的未来。

非常感谢您收听Zero。如果您喜欢这一集，请花点时间在Apple Podcasts或Spotify上给我们评分和评论。与朋友或长时间被困在交通中的人分享。如果您有评论或问题，请发送电子邮件至[email protected]。您也可以在Twitter上@AkshatRathi。

Zero的制片人是Oscar Boyd，高级制片人是Christine Driscoll。我们的主题音乐由Wonderly创作。特别感谢Blake Maples，Stacey Wong和Kira Bindrim。我是Akshat Rathi，下周再见。