El 22 de junio pasado, se presentó un estudio independiente sobre “Fuel Cells & Hydrogen” que estudió el potencial de hidrógeno en la aviación. La investigación, que fue encargada por Clean Sky 2 (una empresa mixta que conforman la Comisión Europea y la industria aeronáutica que procura una constante mejora de la aviación respecto del medioambiente) buscaba establecer la factibilidad del uso del hidrógeno y elaborar una hoja de ruta para la aplicación de nuevas tecnologías a la aviación.
La presentación se centró en el potencial del hidrógeno como fuente de energía primaria para la propulsión en la aviación, ya sea para celdas de combustible, combustión directa en motores térmicos (turbinas de gas) o como un bloque de construcción para combustibles líquidos sintéticos que si bien podría elevar el precio de un pasaje de mediana distancia en 20 dólares por persona, reduciría el impacto ambiental entre un 50 y 90%. La investigación arroja resultados realmente positivos respecto de las tecnologías de propulsión que vienen desarrollándose y auguran un papel central en la aviación del futuro.
“El hidrógeno en la aviación ofrece muchas oportunidades para la transformación de toda esa industria. Desde la producción hasta la distribución, los nuevos diseños de aeronaves y el uso a gran escala, ofrece numerosas oportunidades para que las empresas europeas estén a la vanguardia de nuestra revolución industrial en los años ven”, dijo Adina-Ioana Vălean, Comisaria Europea de Transporte, al presentar el trabajo.
“La investigación y la innovación son vitales para aprovechar todo el potencial de las tecnologías de hidrógeno en la descarbonización de la aviación. El futuro programa marco de investigación e innovación ‘Horizon Europe de la UE’ es una oportunidad fantástica para avanzar en esta agenda, trabajando en asociación con la industria y la comunidad de investigación. La excelente cooperación entre las empresas comunes existentes dedicadas al desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno y la aviación limpia, ilustra la necesidad de estrechas sinergias entre los dos sectores a medida que trabajamos juntos en los ambiciosos objetivos de la recuperación posterior al COVID-19 y el Acuerdo Verde Europeo”, dijo Patrick Child, director general adjunto de Investigación e Innovación.
“Nuestro objetivo final es lograr una aviación neutral respecto del cambio climático para 2050. Convertir esta ambición en realidad requiere la integración perfecta de una gama de nuevos avances tecnológicos importantes, uno de los cuales es un avión impulsado por hidrógeno. Esto viene de la mano de prioridades como motores híbridos, aviones más eléctricos, aviones ultra eficientes de corto y mediano alcance y aviones más ligeros. La combinación de estas diversas tecnologías innovadoras nos ayudará a llegar a nuestro destino final”, dice Axel Kerin, Director Ejecutivo de la Empresa Común Clean Sky 2.
Por su parte, el señor Bart Biebuyck, director ejecutivo de Fuel Cells & Hydrogen 2 Joint Undertaking, dijo: “El costo de producir hidrógeno limpio se redujo en los últimos años gracias a una electricidad renovable más barata y a una tecnología de producción más desarrollada y más costeable. Al mismo tiempo, el rendimiento de la pila de combustible en términos de durabilidad, capacidad y costo ha experimentado grandes avances. Esta combinación permitirá buscar tales soluciones para la descarbonización de la industria de la aviación y los resultados del estudio son claros sobre el enorme potencial del hidrógeno en la aviación. El sector del hidrógeno y las celdas de combustible está listo para trabajar de la mano con la industria de la aviación para diseñar, probar y producir los componentes necesarios para contribuir a que una aviación con cero emisiones sea una realidad”.
Significado de este impulso
Europa está decidida a un cambio en la matriz energética y la aviación está entre las prioridades en la implementación de nuevas tecnologías. En ese orden de prioridades, la utilización del hidrógeno podría considerarse una prioridad, por lo que las investigaciones y desarrollos de tecnologías son impulsadas con velocidad creciente. El objetivo es que para 2035 la aviación presente un cambio copernicano respecto de las emisiones.
El proceso en que está inmersa la Comunidad Europea –y también Estados Unidos y otras naciones– se denomina “estrategia de hidrógeno”.
Hay que considerar que este objetivo dista mucho de ser novedoso, pero lo que hoy debe destacarse es que el conocimiento avanza y los esfuerzos le imprimen más velocidad, al punto de establecerse un cronograma probable que fija un año en que los cielos serán más limpios desde la perspectiva amibental.
Un antecedente
Hace unos años, se decía que si Shell se pensaba como empresa petrolera su futuro tenía fecha de vencimiento, más si se pensaba como proveedora de energía, su porvenir no tenía límites. Pues bien, vale recordar que esa compañía tan emblemática y una de las denominadas “siete hermanas” del petróleo, asociada a ITM Power, abrió en Gran Bretaña la primera estación de hidrógeno en 2017. En aquel entonces, Shell tenía estaciones similares en Estados Unidos, Canadá, Suiza, etc. Shell es miembro del Consejo del hidrógeno, que se anunció en Davos en enero de 2017. Ese consejo reúne empresas de energía, socios fabricantes de equipos originales y tecnología para acelerar la inversión en el desarrollo y comercialización de los sectores de células de combustible de hidrógeno. Está claro que los primeros esfuerzos se orientaron al transporte terrestre y que la experiencia acumulada en tierra ha sido vital para la aplicación futura en la aviación.
Hoy la producción de hidrógeno se ha simplificado gracias a los avances tecnológicos y el reciente descubrimiento de fuentes naturales del fluido.
Los próximos pasos delinearán el futuro del hidrógeno. Se tomarán decisiones sobre el hidrógeno gaseoso, líquido, las celdas de combustible el diseño de turbinas, los cambios en aeropuertos, entre otros asuntos.
“Un sistema de propulsión hecho de un tanque de alta presión para hidrógeno gaseoso, una celda de combustible, un motor eléctrico y una hélice alcanzaría fácilmente un alto nivel de preparación tecnológica para una aeronave del tamaño de un ATR 72 o incluso de hasta 100 plazas”, dijo Luis Le Moyne, director de la academia de automoción y transporte de Francia (ISAT), según Thierry Dubois, de Aviatin Week.
Aún no está claro cómo usar el hidrógeno
Las recomendaciones enfatizan que el esfuerzo para la aviación debería centrarse en el hidrógeno líquido, aunque el gaseoso, más barato, podría ser una opción para la aviación de transporte de corta distancia y reducidas plazas.
Una de las dificultades del hidrógeno gaseoso estaría en reabastecimiento en los aeropuertos, pero también existen dudas sobre el hidrógeno líquido que presentaría la dificultad de la necesidad de mantener una temperatura de almacenaje de -235º C.
En Europa, aunque también en otros países, hay una importante experiencia acumulada por ArianeGroup, fabricante de lanzadores espaciales que utilizan hidrógeno.
Las pilas de combustible son una opción. El hidrógeno almacenado en celdas generan energía eléctrica. La generación distribuida de energía eléctrica a lo largo del fuselaje del avión, empleando pilas de combustible alimentadas por hidrógeno que transportase este avión es una de las más inmediatas aplicaciones del hidrógeno en la propulsión de aeronaves. La eficiencia de una celda de combustible, en 55-60%, se compara favorablemente con la de una turbina de gas: 40-45%. Su densidad de potencia (por unidad de peso), sin embargo, es menor.
Combinar una pila de combustible y una hélice es muy adecuado para la propulsión de la aviación. También hay que tener presente que la densidad de potencia de la pila de combustible ha progresado mucho en los últimos años.
En Airbus observan que hay limitaciones respecto del hidrógeno como combustible para la aviación en general y en las células de combustible en particular, a partir de la tecnología disponible en la actualidad, pero si la meta está puesta en 2035 es posible que se pueda llegar a una solución de hidrógeno muy buena.
Se estimaba que el hidrógeno líquido reduciría en un 75% el costo de combustible JET A-1, pero ahora, con las consecuencias de la pandemia y la caída del transporte aéreo habrá que reconsiderar los números que siempre son determinantes.
Conclusión:
La tecnología del hidrógeno como combustible avanza en varias líneas y las novedades surgen permanentemente, por eso es posible predecir que es posible que en 15 años haya aeronaves de cierto porte utilizando el hidrógeno como fuente de energía.
En el camino se perfeccionará la aviación eléctrica con acumuladores de energía cada vez más eficiente y sistemas híbridos de propulsión.