El gobierno del Reino Unido tiene previsto prohibir la venta de nuevos coches convencionales de gasolina y diésel para 2040. Claramente, el plan es que todos los ciudadanos conduzcan coches eléctricos o híbridos, o, mejor aún, andar en bicicleta. Pero, ¿puede la electrificación ayudar a reducir las emisiones de esa otra forma de transporte de pasajeros intensiva en carbono? ¿volador?

Esta es una pregunta compleja y en la que el tamaño importa. Es posible que los aviones pequeños funcionen con electricidad. De hecho, varias empresas ya están desarrollando pequeños aviones eléctricos y podrían salir al mercado en los próximos años.

Pero para los aviones grandes que todos usamos con más frecuencia, es poco probable que suceda 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 600 pasajeros 15, 000 kilómetros en un solo vuelo. Pero, según mis cálculos, con baterías solo podría volar un poco más de 1, 000 kilómetros. Incluso si todos los pasajeros y la carga fueran reemplazados por baterías, el rango aún sería inferior a 2, 000 kilómetros. Para mantener su rango actual, el avión necesitaría baterías que pesen 30 veces más que su consumo actual de combustible, lo que significa que nunca despegaría del suelo.

Esta compensación es particularmente mala para los vuelos de larga distancia porque el combustible representa la mitad del peso de la aeronave en el despegue. Y lo que es más, un avión convencional se vuelve más liviano a medida que se consume el combustible, pero un avión eléctrico tendría que llevar el mismo peso de batería durante todo el vuelo. Como ya he dicho, el tamaño importa.

Para un avión ligero de cinco a diez asientos, Es probable que el combustible represente entre el 10% y el 20% del peso de la aeronave. El simple hecho de cambiar el combustible por baterías 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 alcance de 500 kilómetros a 750 kilómetros, en comparación con un rango de combustible de más de 1, 000km.

Primer modelo comercial

Sin embargo, podría haber otra opción. La firma israelí Eviation reveló recientemente una versión prototipo de lo que afirma será el primer avión comercial de pasajeros totalmente eléctrico del mundo. El avión llamada Alice, no solo cambia el combustible de los reactores 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 estructura del avión. Lleva nueve pasajeros con un rango de 1, 000km, Se espera que Alice entre en servicio en 2022.

Alice puede ser una alternativa práctica para los pequeños, viajes regionales, pero no para la mayoría de los vuelos de pasajeros programados, incluso los de corta distancia. Entonces, ¿cómo puede ayudar la electrificación aquí? Mejorar la tecnología de la batería es una opción. Teóricamente, una nueva tecnología conocida como baterías de litio-aire 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 aviones futuros con tecnología no probada.

Lo que es más probable que veamos para vuelos de corta distancia en los próximos 20 a 30 años es aviones híbridos que combinan los motores turbofan actuales con nuevos sistemas propulsores eléctricos. Este sistema híbrido más flexible podría optimizarse para proporcionar el alto empuje necesario para el despegue y la densidad de energía necesaria para un crucero largo.

Esta es un área que se está persiguiendo activamente en el proyecto E-FanX, que involucra a Airbus, Rolls-Royce y Siemens se unen para desarrollar un demostrador de vuelo de propulsión híbrido-eléctrico. Usando un avión BAe 146, que suele transportar alrededor de 100 pasajeros, planean reemplazar uno de los cuatro motores turbofan Honeywell de la aeronave por un ventilador propulsor impulsado por un motor eléctrico de dos megavatios.

En las fases iniciales del proyecto, en realidad, la electricidad será suministrada por una turbina de gas Rolls-Royce AE2100 alojada en el fuselaje de la aeronave (cuerpo principal). Pero el E-FanX seguirá siendo un paso importante en la evolución de la tecnología eléctrica híbrida. Airbus dice que quiere que esta tecnología esté disponible para aviones de 100 asientos para la década de 2030.

También es posible equipar un avión con múltiples propulsores eléctricos pequeños en un llamado sistema de propulsión distribuida que es más eficiente que los diseños tradicionales que utilizan dos turbofan grandes. Esta idea se puede llevar más allá combinando el fuselaje y las alas separados en un solo "cuerpo de ala combinada", Integrando más eficientemente los propulsores con el fuselaje en un diseño más aerodinámico. Esto podría reducir la cantidad de energía que necesitaría la aeronave en un 20%.

Pero ninguno de los dos principales fabricantes de aviones del mundo, Boeing y Airbus, están buscando activamente la tecnología de alas mixtas. Un cambio de diseño tan importante tiene demasiados desafíos técnicos para que sea comercialmente viable en este momento. Por ejemplo, la mayoría de los aeropuertos no podrían acomodar un avión de alas mixtas.

No hay alternativa

Desafortunadamente, Para el tipo de vuelos que la mayoría de nosotros hacemos, actualmente no existe una alternativa práctica a los turbofans de propulsión a reacción. Por esta razón, los principales fabricantes de motores de aviación están invirtiendo fuertemente en la mejora de su tecnología actual de motores. La Asociación Internacional de Transporte Aéreo estima que cada nueva generación de aeronaves es, en promedio, un 20% más eficiente en combustible que el modelo al que reemplaza. y que las aerolíneas invertirán 1,3 billones de dólares en nuevos aviones durante la próxima década.

Por ejemplo, El motor más reciente de Rolls-Royce, el Trent XWB que impulsa el nuevo Airbus A350, se comercializa como "el motor aeronáutico grande más eficiente del mundo". Airbus afirma que el motor ayudará al A350 a lograr "costos operativos un 25% más bajos, consumo de combustible y emisiones de CO₂ en comparación con aviones de generaciones anteriores ".

La próxima generación de motores Rolls-Royce, el UltraFanTM, ofrecerá una reducción adicional del 20% al 25% en el consumo de combustible y las emisiones de CO₂ y está previsto que entre en servicio en 2025.

Pero vale la pena recordar que la aviación actualmente contribuye solo del 2% al 3% de las emisiones globales de CO₂. Esto se compara con alrededor del 30% al 35% para todo el sector del transporte, y otro 30% a 35% para la generación de electricidad.

Se espera que el número de pasajeros aéreos 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 más importante del problema. Reducir las emisiones de la aviación en un 20% por generación de aeronaves probablemente no sea una mejora sostenible. Pero si los aviones híbridos se hicieran realidad, volar realmente podría contribuir aún menos a las emisiones totales de lo que es hoy.

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