Cuando se lanzó Chitty Chitty Bang Bang hace 50 años, los coches voladores eran un vuelo de fantasía. Ahora, estos vehículos futuristas están entrando en los límites exteriores de la realidad. Según un nuevo estudio publicado en Nature, para algunos viajes, los automóviles voladores podrían ser más ecológicos que incluso los automóviles eléctricos de carretera, Reducir las emisiones y, al mismo tiempo, reducir el tráfico en carreteras cada vez más transitadas.

Sin embargo, las lagunas en la tecnología necesaria y las incertidumbres prácticas más allá de la física prometedora de los automóviles significan que es posible que no lleguen a tiempo para ser una solución a gran escala a la crisis energética y la congestión, si es que lo hacen.

Cómo hacer volar un coche

Al principio, puede parecer una locura que un automóvil volador sea más eficiente que un automóvil de carretera, especialmente cuando los aviones convencionales tienen la reputación de consumir gasolina. Pero volar no es inherentemente ineficiente; después de todo, los pájaros pueden volar entre continentes sin comer. Por supuesto, un pequeño el coche de cuatro pasajeros no es un albatros, pero tampoco es un Boeing 737.

Hay muchas formas de hacer volar un coche, pero la mayoría son demasiado problemáticos para despegar. Quizás la opción más prometedora es la tomada en este estudio, basado en la física de las aeronaves de despegue y aterrizaje verticales (VTOL). Son bestias asombrosas.

Si ha oído hablar de VTOL, algo así como un Harrier Jump Jet probablemente me viene a la mente, con dos enormes motores que dirigen el empuje que se puede inclinar vertical u horizontalmente. Pero estos autos voladores mucho más pequeños y livianos operan de manera diferente, con muchos pequeños ventiladores eléctricos que soplan aire desde muchos lugares. Esta tecnología de propulsión eléctrica distribuida (DEP) de rápido desarrollo es clave para la eficiencia al navegar, y también crea posibilidades para un despegue y un vuelo estacionario más silenciosos, ya que se pueden gestionar mejor varias fuentes de ruido pequeñas.

El diseño del ala y la hélice también se puede optimizar para que sea largo, delgada, y tener muchas superficies móviles, tal como lo hacen las aves para que su vuelo sea más eficiente. El objetivo de todas estas mejoras técnicas es lograr la máxima sustentación con la mínima resistencia:la fuerza que se opone al movimiento de un objeto a través del aire y lo ralentiza. Una mejor relación de elevación a arrastre significa un menor consumo de energía, y por tanto menores emisiones.

Estas innovaciones de ahorro de energía facilitan la navegación, pero no ayudan mucho con el despegue, flotando o aterrizaje, que siguen siendo inherentemente ineficientes. Entonces, aunque los vehículos voladores VTOL siguen siendo viables para viajes cortos dentro de la ciudad y entregas de pizzas, no resolverán la crisis energética.

Para viajes de 100 km, Los vehículos voladores eléctricos podrían ser un 35% más eficientes que un automóvil de gasolina, aunque, asumiendo el mismo número de pasajeros, aún menos eficiente que un coche eléctrico de carretera. Sin embargo, es justo asumir que los autos voladores servirán principalmente como servicios de taxi en corredores aéreos predefinidos, y, por lo tanto, es probable que transporten constantemente a más personas. Teniendo esto en cuenta, para un viaje de 100 km, las emisiones de los automóviles voladores podrían ser un 6% menores que las de los automóviles eléctricos de carretera.

A medida que aumenta la distancia del viaje, también lo hacen las ganancias de eficiencia con respecto a los automóviles de carretera con parada y arranque, que tienen que lidiar con la resistencia a la rodadura y un flujo de aire menos eficiente. Pero desafortunadamente, gama es el talón de Aquiles para la aviación eléctrica. El estudio analiza un alcance de hasta unos 200 km y aquí los coches voladores podrían funcionar bien. Pero mientras que los aviones propulsados ​​por reactores pueden perder hasta un 70% de su peso durante el vuelo (aunque a un costo de 100 kg de CO₂ por pasajero por hora), las baterías no se vuelven más livianas a medida que se descargan. Esto significa que más allá de los 200 km aproximadamente, llevar baterías se convierte en una clara desventaja.

La opinión aceptada es que los aviones eléctricos solo serán viables para vuelos de corta distancia. Es la densidad de energía lo que importa medido en vatios-hora por kilogramo. Ahora, las mejores baterías proporcionan alrededor de 250 W-h / kg, una mera sombra de combustible para aviones y gasolina de 12, 000 W-h / kg. Las baterías podrían subir hasta 800 W-h / kg a mediados de este siglo, aumentando su alcance factible a 700 millas:la mitad de todos los vuelos globales se encuentran dentro de esta distancia. Pero sin una innovación más dramática en la tecnología de baterías, Es probable que los biocombustibles y el combustible líquido de la captura de CO₂ en el aire tengan que desempeñar un papel importante en los viajes aéreos de larga distancia.

Problemas en la práctica

Al centrarse completamente en la física de los coches voladores, el documento evita una serie de aspectos prácticos que deben tenerse en cuenta antes de adoptar los coches voladores VTOL como una forma de transporte sostenible para el futuro. Por ejemplo, es importante considerar los costos de producción de carbono, mantenimiento y tiempo de inactividad, conocido como Análisis del ciclo de vida (LCA). Los vehículos eléctricos han sido criticados por los costos energéticos y ambientales de extraer materias primas para baterías, como litio y cobalto. Added infrastructure required for flight may worsen the problem for flying cars. And of course, a grid powered by low-carbon sources is essential to make battery-powered vehicles part of the solution to our climate crisis.

Aircraft also have highly stringent criteria for maintenance and downtime, which can often offset gains in performance and emissions. As an entirely new breed of planes, it's impossible to predict how much it might cost to keep them air-worthy. Unforeseen maintenance complications can cost billions – just ask Boeing.

Finalmente, weather matters. A tailwind of 35mph reduces power use and emissions by 15%, but a 35mph headwind increases them by 25%. Having to carry heavy extra batteries to avoid the potential catastrophe of running out of charge before encountering a suitable landing place could offset emissions savings. Road cars, por el contrario, can easily pull over to the side of the road when needed, without consequence.

So when it comes down to CO₂ emissions per passenger kilometre, at present these advanced DEP flying cars are at best comparable to their road-going electric equivalents, y, at worst, little better than conventional combustion cars. With technology and safety improvements, they could yet play a part in our fossil-fuel-free future, taking short-haul planes out of our skies and freeing up fume-filled roads. The question on everyones' lips is whether these flying cars will be ready in time to make a jot of difference to our very pressing energy crisis. Can we wait 30 years?

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.