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El combustible de hidrógeno podría revolucionar las aerolíneas

Rendering of Airbus' hydrogen-powered concept planes
Una representación de los aviones conceptuales propulsados por hidrógeno de Airbus. La compañía tiene como objetivo desarrollar un avión de cero emisiones que podría entrar en servicio comercial en 2035.
(Airbus)

Airbus está trabajando en el desarrollo de un avión propulsado por hidrógeno que podría entrar en servicio comercial en 2035.

Los viajeros con conciencia ambiental se encuentran en un dilema.

Los viajes aéreos globales han crecido a lo largo de las décadas y, con ellos, también lo han hecho las emisiones de carbono de la industria.

No todo el mundo tiene tiempo para utilizar métodos de viaje más ecológicos, como el famoso viaje de dos semanas de la activista climática sueca Greta Thunberg el año pasado a través del Océano Atlántico en un velero de cero emisiones.

Pero, ¿puede la industria de las aerolíneas reducir su huella de carbono, que actualmente representa el 3% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero de EE.UU.? La respuesta depende del desarrollo de combustibles alternativos.

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El mes pasado, el fabricante de aviones europeo Airbus anunció que evaluaría tres aviones conceptuales, cada uno de los cuales funcionaría principalmente con hidrógeno. El objetivo es descubrir un proceso de diseño y fabricación de aviones para que el avión de hidrógeno pueda entrar en servicio comercial para 2035.

“Los combustibles alternativos son la clave para liberar las emisiones del transporte aéreo”, dijo Megan Ryerson, presidenta de transporte de UPS de la Universidad de Pensilvania y profesora asociada de planificación urbana y regional e ingeniería eléctrica y de sistemas. “Sin ellos, tenemos que dejar de volar o hacer recortes drásticos en otros sectores”.

Hay muchos investigadores que gustan del hidrógeno. Por un lado, es increíblemente denso en energía, más que el combustible para aviones y mucho más que la tecnología actual de baterías. También es abundante y se quema limpiamente, sin producir dióxido de carbono ni monóxido de carbono.

El 1% de los contribuyentes de California pagan casi la mitad de los impuestos estatales. California ya se apoya mucho en sus ciudadanos más ricos, demasiado para una buena política fiscal.

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“El hidrógeno es un combustible asombroso”, dijo Gozdem Kilaz, profesor asociado de la escuela de tecnología de ingeniería de la Universidad de Purdue. “En teoría, es una excelente opción de combustible”.

Pero hay desafíos técnicos y logísticos que deben resolverse.

Como lo demostró el desastre del dirigible Hindenburg de 1937, el combustible es extremadamente inflamable. Y averiguar dónde colocarlo en el avión requiere un diseño de avión completamente nuevo. El hidrógeno es un gas a temperatura ambiente, por lo que para almacenar el combustible como líquido, lo que ocupa menos espacio, los tanques de hidrógeno tendrían que ser más resistentes y de más alta presión que los que contienen combustible de avión tradicional. Dichos tanques serían demasiado pesados para caber en las alas de un avión, donde actualmente se almacena el combustible para aviones.

Eso significa que otras partes de la aeronave probablemente se reutilizarán para almacenamiento, dijo Amanda Simpson, vicepresidenta de investigación y tecnología de Airbus Américas.

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El otro gran problema: la falta de infraestructura. A diferencia del combustible para aviones, no hay tuberías o instalaciones establecidas en los aeropuertos donde los aviones puedan reabastecerse. Crear esa infraestructura sería costoso y probablemente requeriría la participación de gobiernos y actores de la industria en todo el mundo.

Si los aviones de pasajeros de pasillo único en todo el mundo funcionaran con hidrógeno, las aerolíneas comprarían alrededor de $ 320 mil millones de combustible por año, dijo Paul Eremenko, director ejecutivo de la firma de logística de combustible Universal Hydrogen Co. Eso es mucho, dijo, pero aún no es así. No necesariamente justifica la construcción de un sistema de infraestructura tan caro.

Ahí es donde intervendría su compañía. Universal Hydrogen, que planea establecer su sede en Los Ángeles, está desarrollando un tipo de tecnología de cápsulas que permitiría enviar hidrógeno licuado o gaseoso utilizando el sistema de envío de carga existente y entregarlo a los aeropuertos para alimentar los aviones.

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Eremenko describió el modelo de negocio de la empresa como similar al de las empresas que fabrican cápsulas de bebida Keurig o Nespresso. La empresa no quiere producir hidrógeno ni construir flotas de aviones alimentados con hidrógeno. Más bien, quiere licenciar la tecnología de cápsulas y conectar esos dos extremos de la cadena de suministro de hidrógeno.

La empresa planea comenzar a prestar servicio con aerolíneas regionales en 2024 y hasta ahora se ha centrado en el diseño del sistema de suministro y algunos prototipos. Aún no tiene contratos de suministro confirmados.

Durante el próximo año, Universal Hydrogen planea hacer una demostración a gran escala de sus cápsulas y trabajar en su kit de conversión de aviones, que ayudaría a las aerolíneas a convertir sus aviones para que funcionen con hidrógeno. La compañía planea ofrecer subsidiar la conversión a cambio de un contrato a largo plazo, dijo Eremenko, quien anteriormente trabajó en Airbus y el conglomerado aeroespacial United Technologies.

“Confiamos sólo en la pura economía del hidrógeno”, dijo. “La acogida de los operadores ha sido muy positiva”.

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Por el lado de la fabricación, el desafío es descubrir cómo el hidrógeno impulsa mejor un avión.

En uno de los conceptos de Airbus, un avión con un motor turbofan sería propulsado por combustible de hidrógeno y podría transportar de 120 a 200 pasajeros durante más de 2.300 millas. En otra idea, más adecuada para viajes de corto alcance, se utilizaría un motor turbohélice propulsado por hidrógeno.

Ciencia y Tecnología

La inversión de Airbus para desarrollar un avión de hidrógeno será “considerable”, dijo Simpson. Aunque Airbus no ha tabulado un costo exacto, Simpson dijo que podría ser de millones de dólares. Los motores son una gran parte de la inversión, pero también lo son los sistemas para manejar el combustible y llevarlo a bordo de un avión. Los gobiernos, los institutos de investigación y los actores de la industria de todo el mundo también realizarían inversiones, dijo Simpson.

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La compañía planea pasar los próximos cinco años enfocada en el desarrollo de tecnología antes de llegar a la etapa de diseño y fabricación.

Airbus también está analizando las posibles emisiones de la quema de hidrógeno.

El vapor de agua es uno. Pero también podría haber una “cantidad mínima” de óxido nitroso que calienta la atmósfera, dijo Simpson, aunque sería “extremadamente pequeña” en comparación con la cantidad de propulsión convencional de combustible para aviones.

La decisión final sobre si un avión de hidrógeno está listo para el servicio comercial “se reducirá a la economía y la compatibilidad y, francamente, al interés de nuestros clientes”, dijo Simpson. “Mostrar que la tecnología es factible y que es económica es clave”.

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El hidrógeno es solo una de las opciones que Airbus está considerando. La compañía también está estudiando aviones híbridos de hidrógeno y electricidad y aviones totalmente eléctricos. Ha hecho algunos avances en el frente totalmente eléctrico: en 2015, un avión eléctrico Airbus de dos asientos cruzó el Canal de la Mancha.

Pero los expertos dicen que las limitaciones en la tecnología de las baterías hacen que los aviones eléctricos sean menos factibles para los viajes aéreos convencionales. La consideración más importante para un avión es el peso, y sin un gran avance en la tecnología de baterías, el combustible para aviones es aún más liviano y proporciona más energía.

Otra opción es el biojet, es decir, un subconjunto de biocombustibles que imita el comportamiento del combustible para aviones convencional.

A diferencia del hidrógeno o la electrificación, el biojet podría usarse en los aviones actuales en gran medida como están, sin requerir ningún cambio de motor o grandes cambios en la infraestructura de combustible.

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“La carga de cambiar no recae en la industria de las aerolíneas”, dijo Tonghun Lee, profesor del departamento de ciencia mecánica e ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que investiga combustibles limpios alternativos. “Por eso creo que es una solución más factible”.

Pero el biojet es caro. Y quemarlo todavía arroja carbono al aire, aunque sus emisiones netas de carbono son menores porque el primer paso para producir el combustible es cultivar materia orgánica, como plantas, que absorben dióxido de carbono.

Tampoco puede estar solo todavía. ASTM, una organización internacional de normas, ha aprobado solo mezclas (biojet mezclado con combustible de aviación convencional) para cumplir con los requisitos de rendimiento y las preocupaciones de seguridad. Incluso la mezcla de mayor porcentaje es solo la mitad de biojet.

Se necesitaría más colaboración entre el gobierno, las empresas y el mundo académico para producir eficazmente biojet en cantidades masivas en el futuro, dijo Kilaz de Purdue.

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Mientras se desarrollan estos combustibles, las aerolíneas tendrán que decidir si los adoptarán. Después de todo, muchos se están recuperando de una fuerte pérdida de ingresos causada por la pandemia de COVID-19, y comprar aviones nuevos es una propuesta costosa, especialmente si las aerolíneas tienen aviones más antiguos almacenados.

“Las aerolíneas no están necesariamente motivadas por el medio ambiente”, dijo Ryerson de la Universidad de Pennsylvania. “Si la obtención de ganancias y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero funcionan juntas, invertirán en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero si esas dos cosas no están vinculadas, favorecerán la obtención de beneficios ".

Para leer esta nota en inglés, haga clic aquí.


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