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Emisión cero: El desafío planetario

La búsqueda de la industria aeroespacial para llegar a tiempo al profundo cambio conceptual de un planeta tierra que sufre las consecuencias de las emisiones de dióxido de carbono, se plasma en decenas de proyectos que esperan conquistar a un mercado que tendrá como eje, la emisión cero de contaminantes a la atmósfera. Es por este motivo que variadas compañías ya han comenzado a preguntarse cuál será el reemplazo más eficiente, dentro de propuestas que incluyen el hidrógeno o la energía eléctrica para cumplir con este gran desafío

Por Vicente Quezada y Cristobal Soto Pino

El reto de la humanidad es conseguir que toda la maquinaria industrial y de transporte consiga funcionar igual y con mejores capacidades, cambios que están siendo desafiados por el tiempo, constatándose aquello en el último informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de las Naciones Unidas (ONU), en el cual, durante la última década, se ratifican cambios brutales en el comportamiento del clima terrestre.

Debido a esto, además de elegir un medio de propulsión, se deben desarrollar algunos cambios para que éste sea funcional dentro de un avión, por ejemplo, el hidrógeno líquido, combustible elegido por Airbus para sus nuevos prototipos, se obtiene a una temperatura de unos -200 grados centígrados, y debe comprimirse a altas presiones, lo que hace necesario el desarrollo de una suerte de ‘tanque criogénico’, que debiese ser incorporado en el interior de la aeronave, lo que supone una habilitación de espacios específicos para ello.

El 2% de las emisiones globales

Al quemar combustible, los vuelos producen gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO2), los que contribuyen al calentamiento global, una vez son liberados hacia la atmósfera. Por ejemplo y de acuerdo a la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), un vuelo de clase económica desde Londres hasta Nueva York emite aproximadamente 0,67 toneladas de CO2 por pasajero, lo cual equivale al 18% de las emisiones anuales promedio de un ciudadano por ejemplo de México, reportándose que cada persona emite 3.67 toneladas por año.

Con respecto a esto, la aviación contribuye con alrededor del 2% de las emisiones mundiales de carbono, o el 12% de todo el transporte terrestre, ello según la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA), organismo que predice que para 2037, el número de pasajeros aéreos se duplicará a 8.200 millones.

Las emisiones varían en dependencia del lugar dónde se sientan los pasajeros y si toman un vuelo de larga o corta distancia. Es así que para vuelos de larga distancia, las emisiones de carbono por pasajero, por milla recorrida, son aproximadamente tres veces más altas para la clase ejecutiva y cuatro veces más altas para la primera clase, esto de acuerdo con el Departamento de Estrategia Comercial, Energética e Industrial (BEIS).

Este fenómeno se explica debido  a que existe mayor espacio por asiento mientras más alta la clase, por lo que cada persona representa una mayor cantidad de contaminación del total que produce el avión.

En 2016, en la 39ª Asamblea General de la Organización de Aviación Civil Internacional, OACI, la aprobación del Plan de Compensación y reducción de Carbono para la Aviación Internacional (CORSIA), constituyó un hito histórico, dado que se establecía como el primer esquema de ámbito global que cubre las emisiones de CO2 de un sector industrial. Los objetivos principales de este plan serían: el crecimiento neutro en carbono del sector desde el año 2020 y reducir las emisiones netas a la mitad en 2050 respecto a niveles de 2005.

Es así como la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA), lidera los esfuerzos que tiene la industria del transporte aéreo respecto al cambio climático, con una estrategia que busca mejorar la actuación medioambiental de la aviación, la cual se basa en cuatro pilares: inversión en tecnología, vuelo eficiente de los aviones, construcción de infraestructuras eficientes y la utilización de medidas económicas positivas.

La introducción de aeronaves avanzadas como el 787 Dreamliner, Airbus 350 o 320/321 neo, implican considerables reducciones en el ruido y las emisiones de combustible, demostrando a los pasajeros que la aviación hace su parte para proteger al medio ambiente. Las citadas aeronaves suponen un cambio radical en el rendimiento de los aviones, incorporando con ello importantes beneficios ambientales y operacionales, de hecho se alcanza un 15 % de ahorro en consumo de combustible y emisiones de CO2, además de una reducción de la huella de ruido del 50% en despegue y aterrizaje.

En cuanto a los jets privados, cabe destacar el compromiso ambiental de Honda con su HondaJet. La aeronave ofrece la mejor cifra en eficiencia de combustible de su clase, al mismo tiempo que entrega las mejores cifras en velocidad, altitud y rango, de su categoría. También es capaz de emitir menos gases de efecto invernadero que el resto de jets de tamaño similar.

En definitiva, si bien el impacto ambiental de la aviación recibe una creciente atención de la sociedad, sus emisiones representan una pequeña parte del total mundial, destacándose que, a pesar de ello, se ha impuesto, como sector económico, una ambiciosa meta de reducción de emisiones y protección del medio ambiente.

Soluciones: El reto del hidrógeno limpio 

Además del almacenamiento y distribución de este nuevo combustible, la innovadora propuesta de la compañía aeronáutica también deberá garantizar que el hidrógeno empleado ha sido obtenido de forma limpia. Y es que, aunque su combustión no genera gases de efecto invernadero, para ser totalmente verde, él debe ser obtenido íntegramente a partir de energías renovables. El hidrógeno es así una alternativa 100% sostenible, que sin embargo, todavía es poco común en el mercado.

Es así que por ejemplo, para un sistema de propulsión de hélice independiente, alimentado por pilas de combustible de hidrógeno, se debe constar de una especie de “cápsula”, que incluya los siguientes elementos:

  • Una hélice
  • Motor eléctrico
  • Celdas de combustible
  • Electrónica de potencia
  • Tanque LH2
  • Un sistema de enfriamiento
  • Un conjunto de equipos auxiliares.

El funcionamiento de este sistema se lleva a cabo de la siguiente forma: se suministra hidrógeno y aire a las pilas de combustible para generar corriente eléctrica. La electrónica de potencia convierte la corriente para alimentar los motores eléctricos. Gracias a esta energía, el eje del motor gira, haciendo girar la hélice.

Una característica sorprendente de esta configuración, son sus accesorios extraíbles, lo que significa que cada “cápsula” se puede desmontar y volver a montar en un tiempo récord. Este enfoque podría proporcionar una solución práctica y rápida para el mantenimiento y, potencialmente, el reabastecimiento de hidrógeno en los aeropuertos.

Por su parte, las hélices de ocho palas de la cápsula, hechas de materiales compuestos, están diseñadas para proporcionar un empuje adicional durante las fases de despegue y ascenso del vuelo. Se espera que el diseño avanzado de la superficie aerodinámica conduzca a una mayor eficiencia y rendimiento.

Un emocionante punto de partida

Aunque su diseño es avanzado, la configuración de esta “cápsula” todavía requiere mucho trabajo para determinar si podría ser una solución adecuada, aunque hasta la fecha, sigue siendo una de las muchas opciones tecnológicas interesantes que los ingenieros de Airbus están considerando, ello mientras trabajan para lanzar el programa ZEROe, con el cual buscan ser el primer fabricante de aviones cero emisiones.

“La configuración de la ‘cápsula’ es esencialmente un sistema de propulsión de celda de combustible distribuida, que proporciona empuje a la aeronave a través de seis propulsores dispuestos a lo largo del ala”, explica Matthieu Thomas, arquitecto principal de aeronaves de ZEROe, y continúa, “las celdas de combustible de hidrógeno tienen consideraciones de diseño muy diferentes, por lo que sabíamos que teníamos que idear un enfoque único”.

“Esta configuración de ‘cápsula’ es un gran punto de partida para fomentar una mayor investigación sobre cómo podemos ampliar la tecnología de hidrógeno a aviones comerciales”, explica Glenn Llewellyn, vicepresidente de aviones de emisión cero. “Esta es una opción, pero se conceptualizarán algunas más antes de hacer una selección final, una decisión que se espera para 2025”. La primera solicitud de patente para la configuración de esta “cápsula” se realizó en diciembre de 2020, 18 meses después de su presentación inicial. 

Una de las primeras soluciones buscando reducir las emisiones de carbono en la aviación fue el uso de biocombustibles. En este sentido, la aerolínea neerlandesa KLM operó a principios del 2019 un vuelo comercial, que transportó pasajeros desde Ámsterdam a Madrid, propulsado con queroseno sintético, convirtiéndose en el primero del mundo impulsado por un combustible sostenible, buscando el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Desde ese momento, un sin número de aerolíneas han seguido los pasos de incorporar el uso de biocombustibles como primera medida para frenar la contaminación 

Operaciones de la mano de la electricidad 

Si bien el sistema anterior utiliza motores eléctricos alimentados con hidrógeno, se ha producido un aumento constante en la electrificación de los sistemas de aeronaves, de hecho se han llevado a cabo investigaciones sobre propulsión eléctrica e inversiones en diseños de aeronaves eléctricas o híbridas, las que incluyen opciones para aviación general o aviones de recreo, aviones comerciales y regionales, grandes aviones comerciales y aviones de despegue y aterrizaje verticales (VTOL).

La mayoría de estos proyectos, tienen como objetivo una fecha de entrada en servicio entre 2020 y 2030, de hecho, algunos ya están disponibles comercialmente. Cinco de estos proyectos tuvieron sus primeros vuelos en 2019: Lilium, City Airbus, Boeing Aurora eVTOL y Bye Aerospace Sun Flyer 2.

Recientemente se sumó Rolls Royce a la lista de hitos, con un avión eléctrico monoplaza denominado “Spirit of Innovation” (o Espíritu de la Innovación), el cual es impulsado por una planta motriz de 400kW y más de 500HP, el cual cuenta con el paquete de baterías de mayor densidad de potencia jamás ensamblado en una aeronave, lo cual le permitió una autonomía en su primer vuelo, de 15 minutos.

“El primer vuelo del Spirit of Innovation demuestra cómo la tecnología innovadora puede proporcionar soluciones a algunos de los mayores desafíos del mundo “, dijo Gary Elliott, director ejecutivo del Instituto de Tecnología Aeroespacial. Además para el CEO de Rolls Royce Warren East esto fue “un gran logro para el equipo de ACCEL y Rolls-Royce, enfocados en producir los avances tecnológicos que la sociedad necesita para descarbonizar el transporte por aire, tierra y mar”

El mundo está cambiando y la aviación no debe quedarse atrás, las nuevas tecnologías permiten estudios de emisiones, reducción y nuevas alternativas para las operaciones aéreas, las que luego de la pandemia, se espera retornen con toda la fuerza que tenían en el año 2019. 

Edición: Diana González Gabelini

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