El santo grial de la propulsión de aeronaves es proporcionar energía sin emisiones. Uno de los candidatos más prometedores para lograrlo es la pila de combustible de hidrógeno. Airbus y sus socios están trabajando para impulsar esta tecnología y realizar futuras demostraciones de vuelo.
La tecnología de celdas de combustible –inventadas originalmente por sir William Grove en 1838– en lugar de hacer combustión, generan electricidad de manera muy eficiente a través de una reacción electroquímica. A diferencias de las baterías tradicionales, las celdas de combustible pueden producir electricidad continuamente mientras se les suministre combustible y oxígeno sin depender de una reacción química dentro de la batería.
La tecnología más prometedora para aplicarse al vuelo se llama Proton Exchange Membrane (PEM) consta de celdas, el hidrógeno se utiliza como “combustible” para generar electricidad directamente. Tener esta tecnología a bordo de un avión sería particularmente positivo ya que esta fuente de energía no genera CO2, NOx y potencialmente no forma estelas de condensación o, si las produce, lo hace de forma muy limitada. Desde ya que para poder utilizar esta solución energética en toda su extensión, es necesario contar con un avión de propulsión eléctrica y, por lo tanto, suficiente capacidad en la celda de combustible a bordo para generar una cantidad de energía sin penalizar el peso a transportar, es decir, que la celda y depósitos deben guardar una relación peso – eficiencia adecuada.
Celdas de combustible “apilables” para potencia extra
Debido a que una celda de combustible tiene unos pocos milímetros de espesor, aproximadamente el tamaño de un sobre de carta, su liberación de energía es pobre, por lo tanto, para lograr niveles de potencia suficientes como para movilizar una aeronave, es necesario conectar eléctricamente en serie cientos de estas celdas de combustible para formar una «pila». Posteriormente, varias de esas pilas se combinan en múltiples «canales» de celdas de combustible. Con este enfoque modular, los niveles de megavatios de potencia necesarios para que un avión eléctrico vuele, podrían lograrse.
Si bien estas pilas de combustible se utilizan en algunos automóviles, no cumplen las estrictas normas que tienen los componentes aeronáuticos, sin embargo, la mirada de Airbus trabaja desde hace tiempo con proveedores de la industria automotriz para contruir celdas de combustible de nueva generación que se puedan utilizar en la aviación. El mejor socio que encontró Airbus fue Elring Klinger, uno de los proveedores líderes de celdas de combustible en la industria automotriz. En 2020, las dos empresas crearon una compañía conjunta denominada «Aerostack». Esta nueva empresa ha sumado otras fuerzas interesadas en el desarrollo de pilas de combustible como parte de un proyecto respaldado por el gobierno alemán denominado H2Sky.
Comprensión y adaptación de las pilas de combustible para uso aeroespacial
Desde hace dos años Aerostack trabaja arduamente en estos desarrollos y hoy Airbus ya está evaluando los primeros prototipos de pilas de combustible en Hamburgo, donde los equipos están diseñando, ensamblando y probando sistemas de celdas de combustible.
Reciente revelación sobre propulsión a hidrógenos de Airbus
El pasado 30 de noviembre, Airbus reveló los avances en el desarrollo de un motor de pila de combustible impulsado por hidrógeno. Airbus comenzará las pruebas en tierra y en vuelo de una arquitectura de motor de pila de combustible a bordo del avión de demostración ZEROe a mediados de la década. El avión de prueba de vuelo A380 MSN1, para nuevas tecnologías de hidrógeno se está modificando actualmente para transportar tanques de hidrógeno líquido y sus sistemas de distribución asociados.
“Las celdas de combustible son una solución potencial para ayudarnos a lograr nuestra ambición de cero emisiones, estamos enfocados en desarrollar y probar esta tecnología para comprender si es factible y viable para la entrada en servicio de un avión de cero emisiones en 2035”. dijo Glenn Llewellyn, VP Zero-Emission Aircraft, Airbus. “A escala, y si se alcanzaron los objetivos tecnológicos, los motores de pila de combustible podrían impulsar un avión de cien pasajeros con un alcance de aproximadamente 1000 millas náuticas. Al continuar invirtiendo en esta tecnología, nos brindamos opciones adicionales que informarán nuestras decisiones sobre la arquitectura de nuestro futuro avión ZEROe, cuyo desarrollo pretendemos lanzar en el período 2027-2028”.
Otro proyecto que avanza
Un grupo de empresas de tecnología aeroespacial están formando un consorcio colaborativo para desarrollar otra tecnología, en este caso la de turboventiladores híbridos eléctricos mejorados con agua. MTU Aero Engines AG (MTU), Pratt & Whitney, Collins Aerospace (Collins), GKN Aerospace, Airbus y otros tienen como objetivo demostrar el potencial de estas tecnologías para mejorar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones de CO2 de los aviones hasta en un 25 %.
El proyecto Turboventilador de inyección de agua sostenible que comprende electricidad híbrida (Sustainable Water-Injecting Turbofan Comprising Hybrid-Electrics – SWITCH) se centra en el desarrollo de un nuevo concepto de propulsión construido a partir de dos tecnologías revolucionarias y sinérgicas: Turboventilador mejorado con agua (WET) y propulsión eléctrica híbrida. El proyecto combina tecnologías con la arquitectura del motor GTFTM de Pratt & Whitney y el concepto SWITCH con el objetivo de mejorar significativamente la eficiencia y reducir sustancialmente las emisiones en todo el entorno operativo de una aeronave. Las tecnologías desarrolladas como parte de SWITCH serán totalmente compatibles con combustibles alternativos más limpios, como el combustible de aviación sostenible (SAF), y se evaluarán para su uso futuro con hidrógeno.
El tren motriz híbrido-eléctrico GTF permitirá una eficiencia aún mayor en todas las fases del vuelo al aprovechar los generadores de motores eléctricos de clase megavatio altamente eficientes, la electrónica de potencia y las baterías para optimizar el rendimiento de la turbina de gas que quema combustible. El concepto WET recupera el vapor de agua del escape del motor y lo reinyecta en la cámara de combustión para mejorar significativamente la eficiencia del combustible, reducir las emisiones de NOx y disminuir las emisiones en forma de estelas. Estas tecnologías revolucionarias están diseñadas para trabajar juntas y ofrecer una reducción radical en las emisiones y el uso de energía en todo el sistema operativo, al mismo tiempo que mantienen la confiabilidad y operatividad de clase mundial.
Los participantes del consorcio son: MTU Aero Engines (Germany, Poland); Pratt & Whitney (USA, Poland); Airbus (France, Germany, Spain, UK); Collins Aerospace (France, Germany, Ireland, Italy, UK, USA); GKN Aerospace (Sweden, Netherlands); Aristotle University of Thessaloniki (Greece); Chalmers University of Technology (Sweden); DLR German Aerospace Center (Germany) y University of Stuttgart (Germany).
Fuente: Airbus y otras.
