CIENCIA: Llegan los aviones eléctricos

Los aviones eléctricos pueden parecer futuristas, pero no están tan lejos, al menos para viajes cortos.

Los Velis Electros de dos plazas ya están zumbando silenciosamente por Europa, los hidroaviones eléctricos se están probando en la Columbia Británica y están llegando a aviones más grandes.

Air Canada anunció el 15 de septiembre de 2022 que compraría 30 aviones regionales híbridos eléctricos de Heart Aerospace de Suecia, y espera tener su avión de 30 asientos en servicio para 2028. Los analistas del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. señalan que el El primer avión de cercanías eléctrico híbrido de 50 a 70 asientos podría estar listo poco después. En la década de 2030, dicen, la aviación eléctrica realmente podría despegar.

Eso es importante para gestionar el cambio climático. Aproximadamente el 3 % de las emisiones globales provienen de la aviación en la actualidad, y con más pasajeros y vuelos esperados a medida que la población se expande, la aviación podría estar produciendo de tres a cinco veces más emisiones de dióxido de carbono para 2050 que antes de la pandemia de COVID-19.

La ingeniera aeroespacial y profesora asistente Gökçin Çına desarrolla conceptos de aviación sostenible, incluidos aviones híbridos eléctricos y alternativas de combustible de hidrógeno, en la Universidad de Michigan.

¿Por qué es tan difícil electrificar la aviación?

Para el ingeniero Çına los aviones son algunos de los vehículos más complejos que existen, pero el mayor problema para electrificarlos es el peso de la batería.

Si intentara electrificar completamente un 737 con las baterías actuales, tendría que sacar a todos los pasajeros y la carga y llenar ese espacio con baterías solo para volar durante menos de una hora. El combustible para aviones puede contener unas 50 veces más energía en comparación con las baterías por unidad de masa. Entonces, puede tener 1 libra de combustible para aviones o 50 libras de baterías. Para cerrar esa brecha, debemos hacer que las baterías de iones de litio sean más livianas o desarrollar nuevas baterías que contengan más energía. Se están desarrollando nuevas baterías, pero aún no están listas para los aviones.

Una alternativa son los híbridos

Aunque es posible que los científicos puedan electrificar completamente un 737 y obtener algunos beneficios de consumo de combustible de las baterías en los aviones más grandes mediante el uso de sistemas de propulsión híbridos, sin embargo, eso no sucederá a corto plazo, con un objetivo de 2030-2035 para aviones regionales más pequeños. Cuanto menos combustible se queme durante el vuelo, menos emisiones de gases de efecto invernadero.

¿Cómo funciona la aviación híbrida para reducir las emisiones?

Los aviones eléctricos híbridos son similares a los automóviles eléctricos híbridos en que utilizan una combinación de baterías y combustibles de aviación. El problema es que ninguna otra industria tiene las limitaciones de peso que la que se tiene en la industria aeroespacial.

El uso de baterías como asistencia eléctrica durante el despegue y el ascenso son opciones muy prometedoras. Rodar hasta la pista usando solo energía eléctrica también podría ahorrar una cantidad significativa de combustible y reducir las emisiones locales en los aeropuertos. Hay un punto óptimo entre el peso adicional de la batería y la cantidad de electricidad que puede usar para obtener beneficios netos de combustible. Este problema de optimización está en investigación.

Los híbridos seguirían quemando combustible durante el vuelo, pero podría ser considerablemente menos que depender completamente del combustible para aviones.

¿Cómo podría funcionar la aviación eléctrica híbrida en aviones grandes?

La hibridación como una opción es a mediano plazo para aviones más grandes, pero una solución a corto plazo para aviones regionales. Para 2030 a 2035, las investigaciones se centraran en los turbohélices híbridos, por lo general aviones regionales con 50-80 pasajeros o utilizados para carga. Estos híbridos podrían reducir el consumo de combustible en aproximadamente un 10 %.

Con los híbridos eléctricos, las aerolíneas también podrían hacer un mayor uso de los aeropuertos regionales, reduciendo la congestión y el tiempo que los aviones más grandes pasan inactivos en la pista.

¿Qué espera ver a corto plazo de la aviación sostenible?

A corto plazo, se verá un mayor uso de combustibles de aviación sostenibles, o SAF. Con los motores actuales, puede verter combustible de aviación sostenible en el mismo tanque de combustible y quemarlo. Ya se utilizan combustibles a base de maíz, oleaginosas, algas y otras grasas.

Los combustibles de aviación sostenibles pueden reducir las emisiones netas de dióxido de carbono de una aeronave en aproximadamente un 80%, pero el suministro es limitado y el uso de más biomasa como combustible podría competir con la producción de alimentos y provocar la deforestación.

Una segunda opción es utilizar combustibles de aviación sintéticos sostenibles, lo que implica capturar carbono del aire u otros procesos industriales y sintetizarlo con hidrógeno. Pero ese es un proceso complejo y costoso y aún no tiene una gran escala de producción.

Las aerolíneas también pueden optimizar sus operaciones a corto plazo, como la planificación de rutas para evitar volar aviones casi vacíos. Eso también puede reducir las emisiones.

¿Es el hidrógeno una opción para la aviación?

El combustible de hidrógeno existe desde hace mucho tiempo, y cuando se trata de hidrógeno verde, producido con agua y electrólisis alimentada por energía renovable, no produce dióxido de carbono. También puede contener más energía por unidad de masa que las baterías.

Hay dos formas de usar hidrógeno en un avión: ya sea en lugar del combustible de avión regular en un motor, o combinado con oxígeno para alimentar las celdas de combustible de hidrógeno, que luego generan electricidad para impulsar el avión.

El problema es el volumen: el gas de hidrógeno ocupa mucho espacio. Es por eso que los ingenieros están buscando métodos como mantenerlo muy frío para que pueda almacenarse como líquido hasta que se queme como gas. Todavía ocupa más espacio que el combustible para aviones, y los tanques de almacenamiento son pesados, por lo que aún se está resolviendo cómo almacenarlo, manipularlo o distribuirlo en los aviones.

Airbus está investigando mucho sobre la combustión de hidrógeno utilizando motores de turbina de gas modificados con una plataforma A380, y a punta a tener una tecnología madura para 2025. La aerolínea australiana Rex espera comenzar a probar un avión eléctrico de hidrógeno de 34 asientos para vuelos cortos en los próximos años.

Debido a la variedad de opciones, es el hidrógeno una de las tecnologías clave para la aviación sostenible.

¿Podrán estas tecnologías cumplir los objetivos de la industria de la aviación para reducir las emisiones?

El problema con las emisiones de la aviación no son sus niveles actuales, es el temor de que sus emisiones aumenten rápidamente a medida que aumenta la demanda. Para 2050, podría ser de tres a cinco veces más emisiones de dióxido de carbono de la aviación que antes de la pandemia.

La Organización de Aviación Civil Internacional, una agencia de las Naciones Unidas, generalmente define los objetivos de la industria, analizando lo que es factible y cómo la aviación puede traspasar los límites.

Su objetivo a largo plazo es reducir las emisiones netas de dióxido de carbono en un 50 % para 2050 en comparación con los niveles de 2005. Llegar allí requerirá una combinación de diferentes tecnologías y optimización. No sé sabe si se podra alcanzar la meta para 2050, pero es una esperanza que la aviación del futuro sea ambientalmente sostenible.

Fuente: The Conversation US