El prototipo Alice de Eviation. Ian Langsdon / EPA
El gobierno del Reino Unido planea prohibir la venta de nuevos automóviles convencionales de gasolina y diésel para 2040. Claramente, el plan es que todos los ciudadanos conduzcan automóviles eléctricos o híbridos o, mejor aún, anden en bicicleta. Pero, ¿puede la electrificación ayudar a reducir las emisiones de esa otra forma de transporte de pasajeros con alto consumo de carbono, volar?
Esta es una pregunta compleja y donde el tamaño importa. Es posible que los aviones pequeños funcionen con electricidad. De hecho, varias compañías ya están desarrollando pequeños aviones eléctricos y podrían entrar al mercado dentro de los próximos años.
Pero para el avión grande que todos usamos con más frecuencia, es poco probable que ocurra pronto. El problema no es la tecnología de propulsión sino el almacenamiento de energía. El combustible para aviones contiene alrededor de 30 veces más energía por kilogramo que la batería de iones de litio más avanzada actualmente disponible.
El avión de pasajeros más grande del mundo, el Airbus A380, puede volar pasajeros 600 15,000 kilómetros en un solo vuelo. Pero, según mis cálculos, con las baterías solo podía volar un poco más de 1,000 kilómetros. Incluso si todos los pasajeros y la carga fueran reemplazados por baterías, el alcance aún sería inferior a 2,000 kilómetros. Para mantener su rango actual, el avión necesitaría baterías que pesen 30 veces más que su consumo de combustible actual, lo que significa que nunca despegaría.
Esta compensación es particularmente mala para vuelos de larga distancia porque el combustible representa la mitad del peso del avión en el despegue. Además, un avión convencional se vuelve más liviano a medida que se consume combustible, pero un avión eléctrico tendría que transportar el mismo peso de batería durante todo el vuelo. Como dije, el tamaño importa.
Para una aeronave ligera de cinco a diez asientos, es probable que el combustible represente 10% a 20% del peso de la aeronave. Simplemente cambiar el combustible por baterías aún podría reducir la distancia que el avión puede volar en una cantidad poco práctica. Pero reemplazar dos o tres pasajeros con baterías adicionales daría un rango de 500 kilómetros a 750 kilómetros, en comparación con un rango de más de 1,000 km impulsado por combustible.
Primer modelo comercial
Sin embargo, podría haber otra opción. Firma israelí Eviation Recientemente reveló una versión prototipo de lo que afirma será el primer avión comercial de pasajeros totalmente eléctrico del mundo. La aeronave, llamada Alice, no solo cambia el combustible del avión por baterías, sino que es un concepto de diseño completamente nuevo que mejora la forma en que el sistema de propulsión se integra en la célula. Con nueve pasajeros con un alcance de 1,000km, se espera que Alice entre en servicio en 2022.
Alice puede ser una alternativa práctica para viajes pequeños y regionales, pero no para la mayoría de los vuelos regulares de pasajeros, incluso los de corta distancia. Entonces, ¿cómo puede ayudar la electrificación aquí? Mejorar la tecnología de la batería es una opción. Una nueva tecnología conocida como baterías de litio-aire teóricamente puede alcanzar la misma densidad de energía que el combustible para aviones. Sin embargo, todavía están en la etapa de laboratorio. Dada la naturaleza extremadamente consciente de la seguridad de la industria de la aviación, es poco probable que planee futuros aviones con tecnología no probada.
Lo que es más probable que veamos para vuelos de corta distancia en los próximos años 20 a 30 es un avión híbrido que combina los motores turbofan actuales con nuevos sistemas de propulsores eléctricos. Este sistema híbrido más flexible podría optimizarse para proporcionar el alto empuje requerido para el despegue y la densidad de energía necesaria para un crucero largo.
El híbrido E-Fan X. Airbus
Esta es un área que se busca activamente en el E-FanX proyecto, que involucra a Airbus, Rolls-Royce y Siemens en equipo para desarrollar un demostrador de vuelo de propulsión híbrido-eléctrico. Utilizando un avión BAe 146, que generalmente transporta pasajeros 100, planean reemplazar uno de los cuatro motores de turboventilador Honeywell del avión con un ventilador propulsor impulsado por un motor eléctrico de dos megavatios.
En las fases iniciales del proyecto, la electricidad será suministrada por una turbina de gas Rolls-Royce AE2100 alojada en el fuselaje (cuerpo principal) de la aeronave. Pero el E-FanX seguirá siendo un paso importante en la evolución de la tecnología eléctrica híbrida. Airbus dice quiere que esta tecnología esté disponible para los aviones con asiento 100 por los 2030.
También es posible equipar un avión con múltiples pequeños propulsores eléctricos en un denominado sistema de propulsión distribuido que es más eficiente que los diseños tradicionales que usan dos turbofan grandes. Esta idea puede llevarse más allá combinando el fuselaje y las alas en un solo "cuerpo de ala combinada", Integrando más eficientemente los propulsores con la célula en un diseño más aerodinámico. Esto podría reducir la cantidad de energía que necesitaría el avión en un 20%.
Pero ninguno de los dos principales fabricantes de aviones del mundo, Boeing y Airbus, están buscando activamente tecnología de alas combinadas. Un cambio de diseño tan importante tiene demasiados desafíos técnicos. para hacerlo comercialmente viable ahora mismo. Por ejemplo, la mayoría de los aeropuertos no podrían acomodar un avión de ala combinada.
No hay alternativa
Desafortunadamente, para el tipo de vuelos que la mayoría de nosotros hacemos, actualmente no hay una alternativa práctica a los turboventiladores propulsados por jet. Por esta razón, los principales fabricantes de motores de aviones están invirtiendo fuertemente en mejorar su tecnología actual de motores. La Asociación Internacional de Transporte Aéreo estima que cada nueva generación de aeronaves es en promedio 20% más eficiente en combustible que el modelo que reemplaza, y las aerolíneas invertirán US $ 1.3 billones en nuevos aviones durante la próxima década.
Por ejemplo, el motor más reciente de Rolls-Royce, el Trent XWB que impulsa lo nuevo Airbus A350, se comercializa como "el gran motor aerodinámico más eficiente del mundo". Airbus afirma que el motor ayudará al A350 a lograr "25% de costos operativos, consumo de combustible y emisiones de CO₂ más bajos en comparación con los aviones de la generación anterior".
La próxima generación del motor Rolls-Royce, el UltraFanTM, ofrecerá una reducción adicional de 20% a 25% en el consumo de combustible y las emisiones de CO₂ y entrará en servicio en 2025.
Pero vale la pena recordar que la aviación actualmente solo aporta 2% a 3% de las emisiones globales de CO₂. Esto se compara con alrededor de 30% a 35% para todo el sector del transporte, y otro 30% a 35% para la generación de electricidad.
El número de pasajeros aéreos es se espera que se duplique en las próximas dos décadas, pero también lo son las emisiones totales, por lo que es poco probable que esto haga que la aviación sea una parte importante del problema. La reducción de las emisiones de la aviación en un 20% por generación de aeronave probablemente no sea una mejora sostenible. Pero si los aviones híbridos se hacen realidad, volar realmente podría ser menos contribuyente a las emisiones totales de lo que es hoy.
Sobre el Autor
Duncan Walker, profesor titular de aerodinámica aplicada, Universidad de Loughborough
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
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