Implementación de la movilidad eléctrica: la aviación civil eléctrica
Los hermanos Wilbur y Orville Wright fueron los primeros hombres en lograr que un aparato más pesado que el aire, controlable y con motor se sostuviera en vuelo. El primer vuelo fue por sólo 59 segundos en 1903, en Ohio, Estados Unidos. Esto se considera el inicio de la aviación. La aplicación de la tecnología del motor de combustión a pistón y posteriormente el motor a reacción posibilitó desarrollar una industria pujante junto con la disminución acentuada de los tiempos de viaje punto a punto y con mayor seguridad.
Pero el transporte aéreo sigue siendo uno de los desafíos más difíciles para el cambio climático por la cantidad de gases nocivos producto de la combustión. La aviación es responsable del 2 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono del mundo sumado a la dispersión de óxidos de nitrógeno y partículas arrojadas por los aviones a altitudes de crucero que tienen un efecto sobre el calentamiento global.
Hoy se está desarrollando una tecnología eléctrica para la motorización de los aviones.
Empresas como Zunum Aero, Siemens, Airbus E-Fan X, Eviation Aircraft, Boeing, Wright Electric, Ampaire, Joby Aviation, MagniX,etc están trabajando fuertemente en prototipos que servirán, en un futuro no lejano, de base tecnológica de los aviones comerciales.
En un artículo de la revista Nature Energy, Andreas W. Schäfer (Air Transportation Systems Laboratory, Energy Institute, University College London) realiza algunas consideraciones interesantes sobre el desarrollo de esta nueva tecnología aplicada.
Teniendo en cuenta que la limitación clave para el funcionamiento de las aeronaves es la densidad de energía de su combustible: cuando el espacio y el peso son escasos, se debe acumular tanta energía en el espacio más pequeño posible. En este momento, algunas de las mejores baterías de iones de litio tienen una energía específica de 250 vatios-hora por kilogramo, y que ha demostrado ser viable en los automóviles. Pero para competir en rutas aéreas de hasta 600 millas náuticas (1080 Km) en un avión de tamaño Boeing 737 o Airbus A320, Schäfer estimó que una batería debería tener, como mínimo, una energía específica de 800 vatios-hora por kilogramo. El combustible para aviones, en comparación, tiene una energía específica de 11,890 vatios-hora por kilogramo.
Si bien se necesitaría una batería significativamente más potente para alimentar un avión de pasajeros transcontinental, las rutas más cortas siguen siendo un objetivo prometedor. Los vuelos de menos de 600 millas náuticas representan aproximadamente la mitad de las salidas globales, y tienen un impacto ambiental excesivo.
A cortas distancias, el determinante de la contaminación es el despegue", dijo Schäfer. Se estima que el consumo en el despegue es 35% mayor que el consumo normal de velocidad crucero, este consumo dura unos minutos hasta que el avión alcanza su altura de crucero.
Podemos inferir que por la energía requerida para llegar a una altitud dada, los aviones son menos eficientes en vuelos cortos.
La eficiencia por pasajero aumenta gradualmente con la distancia recorrida, pero disminuye nuevamente en los viajes de larga distancia, ya que la aeronave también tiene que transportar más energía para mover el combustible requerido para el vuelo.
Si todas las aeronaves en rutas cortas se electrificaran, se reduciría el uso de combustible de aviación en un 15 por ciento, según el estudio.
Se estima que las densidades de energía de las baterías han aumentado entre un 3 y un 4 por ciento por año en los últimos años. Si esta tendencia continúa a este ritmo, tendremos una batería de 800 vatios-hora por kilogramo a mediados de siglo, a menos que haya un gran avance.
Sin duda, es un largo camino, pero debido a que el tiempo de vida útil de una nave es prolongado, los aviones tienden a durar entre 20 y 30 años, debemos desarrollar fuertemente estas tecnologías ahora para que estén disponibles en 2050 o antes.
Un paso en esta dirección podría ser un avión híbrido-eléctrico, pero esos diseños todavía producen gases de efecto invernadero y también dependen de baterías baratas y potentes.
La otra variable clave, por supuesto, es el costo. El combustible de avión (JP1) es barato en este momento y las baterías son caras. Si el precio del combustible para aviones sube y bajan los precios de las baterías, será más fácil para los eléctricos competir. Sin embargo, también se debe tener en cuenta el costo de la electricidad.
Un impuesto al carbono de u$s 100 por tonelada de CO2, que se traduce en u$s 0,97 por galón (3,8 lts.) de combustible de avión, equilibraría el precio de la electricidad para la aeronave totalmente eléctrica de primera generación, con una batería de energía especifica de 800 Wh/ kg a los niveles observados hoy dentro de U.S.A, principalmente si la electricidad se produce a partir de fuentes renovables.
Esto sugiere que las políticas que apoyan tanto la electricidad baja en carbono como la introducción de un impuesto sobre el carbono pueden ser un requisito para la introducción de una aeronave totalmente eléctrica en un lapso mas corto.
Probablemente pasarán décadas antes de que se pueda reservar un vuelo comercial alimentado únicamente por electricidad.
Pero vale la pena esperar el despegue,……………………..a ajustarse los cinturones.
Ing. Ricardo Berizzo
Docente cátedra Movilidad Eléctrica
U.T.N. Regional Rosario
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