¿Por qué no tenemos aviones eléctricos?

¿Por qué no tenemos aviones eléctricos?
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Ya existen coches eléctricos, trenes, tranvías y barcos. Eso lleva lógicamente a la pregunta: ¿por qué no estamos viendo grandes aviones eléctricos? ¿Y los veremos pronto?

¿Por qué tenemos coches y trenes eléctricos, pero pocos aviones eléctricos? La razón principal es que es mucho más simple modificar radicalmente un automóvil o tren, incluso si se ven muy similares a los vehículos tradicionales de combustible fósil en el exterior.

Los vehículos terrestres pueden hacer frente fácilmente a la masa extra del almacenamiento de electricidad o los sistemas de propulsión eléctrica, pero los aviones son mucho más sensibles.

Por ejemplo, aumentar la masa de un automóvil en 35% conduce a un aumento en el uso de energía de 13-20%. Pero para un avión, el uso de energía es directamente proporcional a la masa: aumentar su masa en 35% significa que necesita 35% más energía (todas las demás cosas son iguales).

Pero eso es solo una parte de la historia. Las aeronaves también viajan mucho más lejos que los vehículos terrestres, lo que significa que un vuelo requiere mucha más energía que un viaje promedio por carretera. Las aeronaves deben almacenar a bordo toda la energía necesaria para mover su masa para cada vuelo (a diferencia de un tren conectado a una red eléctrica). El uso de una fuente de energía pesada significa que se necesita más energía para un vuelo, lo que lleva a una masa extra, y así sucesivamente.

Para un avión, la masa es crucial, por eso las aerolíneas pesan mucho el equipaje. Los aviones eléctricos necesitan baterías con suficiente energía por kilogramo de batería, o la penalización en masa significa que simplemente no pueden volar largas distancias.

Aviones de corto alcance

A pesar de esto, los aviones eléctricos están en el horizonte, pero no verá 747 eléctricos en el corto plazo.

Los mejores paquetes de baterías de iones de litio disponibles en la actualidad proporcionan alrededor de 200 vatios-hora (Wh) por kilogramo, aproximadamente 60 veces menos que el combustible actual de la aeronave. Este tipo de batería puede alimentar pequeños taxis aéreos eléctricos con hasta cuatro pasajeros en una distancia de alrededor de 100km. Para viajes más largos, se necesitan más células densas en energía.

Las aeronaves de cercanías eléctricas de corto alcance que transportan hasta 30 personas por menos de 800km, por ejemplo, requieren específicamente entre 750 y 2,000Wh / kg, que es un 6-17% del contenido energético del combustible para aviones a base de queroseno. Incluso los aviones más grandes requieren baterías cada vez más livianas. Por ejemplo, un avión que transporta pasajeros 140 para 1,500km consume alrededor de 30kg de queroseno por pasajero. Con la tecnología de batería actual, se necesitan casi 1,000kg de baterías por pasajero.

Para que los aviones regionales de pasajeros sean totalmente eléctricos, se requiere una reducción de cuatro a diez veces en el peso de la batería. La tasa histórica de mejora a largo plazo en la energía de la batería ha sido de alrededor de 3-4% por año, duplicando aproximadamente cada dos décadas. Basado en la continuación de esta tendencia histórica, la mejora cuádruple necesaria para un avión de pasajeros totalmente eléctrico podría alcanzarse a mediados de siglo.

Si bien esto puede parecer una espera increíblemente larga, esto es consistente con la escala de tiempo de cambio en la industria de la aviación tanto para la infraestructura como para los ciclos de vida de diseño de aeronaves. Un nuevo avión tarda alrededor de 5-10 años en diseñarse, y luego permanecerá en servicio durante dos o tres décadas. Algunos aviones todavía vuelan 50 años después de su primer vuelo.

Aquí vienen los híbridos.

¿Esto significa que los vuelos de larga distancia siempre dependerán de los combustibles fósiles? No necesariamente.

Si bien los aviones grandes totalmente eléctricos requieren un cambio importante aún por inventar en el almacenamiento de energía, existen otras formas de reducir el impacto ambiental de volar.

Los aviones híbridos eléctricos combinan combustibles con propulsión eléctrica. Esta clase de aeronave incluye diseño sin baterías, donde el sistema de propulsión eléctrica sirve para mejorar la eficiencia de empuje, reduciendo la cantidad de combustible necesaria.

También se están desarrollando aviones híbridos eléctricos con baterías, donde las baterías pueden proporcionar energía adicional en circunstancias específicas. Las baterías pueden, por ejemplo, proporcionar despegue y aterrizaje limpios para reducir las emisiones cerca de los aeropuertos.

Los aviones eléctricos tampoco son la única forma de reducir la huella de carbono directa de volar. También se están investigando combustibles alternativos, como los biocombustibles y el hidrógeno.

Biocombustibles, que son combustibles derivados de plantas o algas, se utilizaron por primera vez en un vuelo comercial en 2008 y varias aerolíneas han realizado pruebas con ellos. Si bien no se ha adoptado ampliamente, una investigación importante está investigando biocombustibles sostenibles que no afectan las fuentes de agua dulce o la producción de alimentos.

Si bien los biocombustibles aún producen CO₂, no requieren cambios significativos en las aeronaves existentes o en la infraestructura del aeropuerto. El hidrógeno, por otro lado, requiere un rediseño completo de la infraestructura de abastecimiento de combustible del aeropuerto y también tiene un impacto significativo en el diseño de la propia aeronave.

Mientras que el hidrógeno es muy ligero, el hidrógeno contiene tres veces más energía por kilogramo que el queroseno: su densidad es muy baja, incluso cuando se almacena como líquido a -250 ℃. Esto significa que el combustible ya no puede almacenarse en el ala, sino que debe trasladarse a tanques relativamente pesados ​​y voluminosos dentro del fuselaje. A pesar de estos inconvenientes, los vuelos de larga distancia alimentados con hidrógeno pueden consumir hasta 12% menos energía que el queroseno.

Sobre el Autor

Dries Verstraete, profesor titular de diseño y propulsión aeroespacial, Universidad de Sydney

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

Video: Future Aircraft - Documental de la NASA

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