Reinventar la aviación con la electrificación y la digitalización

A medida que la intensidad de carbono de la aviación sigue aumentando, los enfoques tradicionales de propulsión y arquitectura aeronáutica se están quedando obsoletos.

Entre 2000 y 2019, las emisiones de la aviación aumentaron un 53%. Si tenemos en cuenta el impacto total del sector en la atmósfera — no solo el dióxido de carbono (CO₂) —, la aviación representa alrededor del 3,5-4% del total de los efectos del cambio climático.

Así pues, el sector debe adoptar tecnologías de propulsión para conseguir cero emisiones directas en vuelo con el fin de cumplir los objetivos climáticos globales, sin depender de la combustión ni de fuentes de combustible que impliquen desventajas significativas en su ciclo de vida — como los biocombustibles derivados del aceite de palma o los combustibles sintéticos producidos con electricidad de origen fósil.

En este sentido, Beyond Aero cree que la propulsión eléctrica por hidrógeno, integrada desde el principio en el diseño de las aeronaves, representa la vía más viable desde el punto de vista técnico. A continuación, explicamos cómo esta arquitectura puede escalar desde la aviación ejecutiva hasta los mercados regionales y, finalmente, comerciales para 2050.

El combustible de aviación proporciona aproximadamente 12 000 Wh/kg de energía, mucho más que las mejores baterías del mercado, que alcanzan alrededor de 250 Wh/kg. Esta limitación fundamental restringe por ahora los aviones eléctricos a batería a operaciones subregionales y cargas ligeras.

En cambio, el hidrógeno ofrece una eficiencia energética ocho veces superior a la de los combustibles sintéticos cuando se utiliza en sistemas eléctricos y una energía específica por peso mayor que cualquier batería o combustible de aviación sostenible (SAF) alternativo.

Aunque los combustibles sintéticos, como los SAF de conversión de energía en líquido, pueden utilizarse en los aviones actuales, su combustión sigue produciendo óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas que provocan estelas de condensación, especialmente a gran altitud. También se plantean retos importantes en cuanto a su eficiencia y su escalabilidad, ya que son aproximadamente 3,5 veces menos eficientes que las arquitecturas de hidrógeno-electricidad.

Por otro lado, las pilas de combustible de hidrógeno convierten el hidrógeno en electricidad mediante reacciones electroquímicas, produciendo solo calor y agua. Sin combustión no hay hollín, ni NOx y, potencialmente, tampoco estelas de condensación, lo cual es una consideración importante, ya que se están analizando minuciosamente los impactos de la aviación más allá del CO₂.

Para aprovechar al máximo el potencial de la propulsión eléctrica alimentada por hidrógeno, Beyond Aero ha adoptado una filosofía de diseño limpio, desarrollando su avión desde cero en torno a la arquitectura y los requisitos únicos de esta fuente de energía de última generación.

En lugar de modificar las plataformas existentes, la empresa está diseñando su primer avión, el jet ligero BYA-I, como un avión eléctrico impulsado por hidrógeno construido específicamente y optimizado tanto para ofrecer un buen rendimiento como para facilitar su manufactura. El primer avión eléctrico propulsado por hidrógeno está diseñado para transportar a seis pasajeros hasta 800 millas náuticas (1500 km), es decir, cinco veces más lejos que otros aviones eléctricos similares propulsados por baterías.

A diferencia de los aviones modificados, que sufren pérdidas de rendimiento debido al peso adicional y la resistencia aerodinámica, el BYA-I integra sus células de combustible, tanques de hidrógeno, propulsión eléctrica y sistemas de gestión térmica desde el principio. Esta configuración holística permite mejorar la distribución del peso, la eficiencia de la refrigeración y la aerodinámica, que son factores críticos para la autonomía, la seguridad y la certificación de aeronaves de menos de 8,6 toneladas.

Las pilas de combustible de hidrógeno modernas ya son suficientemente eficientes y ligeras como para propulsar aeronaves de menos de 8,6 toneladas. A medida que aumente la producción, se esperan nuevas mejoras en cuanto a rendimiento y costo.

Junto con los nuevos sistemas de propulsión, la arquitectura de las aeronaves debe integrar los sistemas digitales en su diseño. Hasta ahora, la digitalización de la aviación se ha hecho sobre plataformas heredadas, pero las nuevas aeronaves eléctricas permiten incorporar la infraestructura digital desde el principio. Esto incluye:

Para los operadores, esta arquitectura se traduce en beneficios prácticos: programación automatizada de la tripulación, mantenimiento predictivo y equilibrio de carga en todas las flotas. Para los pilotos, la optimización de la ruta en tiempo real, basada en datos meteorológicos y de rendimiento, reduce la preparación previa al vuelo y la incertidumbre durante el mismo. Estas no son mejoras de estilo, sino elementos arquitectónicos que permiten reducir el tiempo de inactividad, aumentar la disponibilidad y utilizar los activos de forma más eficiente.

Cuando la digitalización se integra de forma nativa en el entorno de software y hardware de la aeronave, se convierte en un elemento fundamental para la seguridad de los vuelos, la eficiencia operativa y la adaptabilidad de la flota.

La aviación ejecutiva es el sector más dinámico de la aviación y probablemente será el primero en experimentar la transición hacia el hidrógeno. He aquí por qué:

Ventajas en materia de certificación: Las aeronaves clasificadas como CS23/FAR23 (normalmente por debajo de 8,6 toneladas) se benefician de un proceso de certificación más ágil y con un costo menor en comparación con los requisitos más estrictos que se aplican a las aeronaves comerciales de mayor tamaño.

Compatibilidad operativa: Más del 70% de los vuelos de aviación ejecutiva son de menos de 1000 km y el 90% son de menos de 2000 km, muy por debajo de la autonomía de los sistemas de hidrógeno-electricidad.

Costo: El sistema de pilas de combustible OEM elimina los ciclos de alta temperatura y los rotores en las turbinas, lo que reduce significativamente los requisitos de mantenimiento. Los datos preliminares muestran una reducción de más del 20% en los costos operativos en comparación con los modelos turbohélice o jet equivalentes, respaldados por los resultados del Proyecto Fresson, que demostró un ahorro de hasta el 50% en los costos de mantenimiento del sistema de propulsión. Además, las previsiones a largo plazo sobre el costo del combustible de hidrógeno indican una paridad de precios, o incluso una ventaja, con respecto al Jet A-1 para 2030.

Las preocupaciones sobre el reabastecimiento de hidrógeno también son cada vez menores. En 2023, existían más de 1000 estaciones de repostaje en todo el mundo, lo que supone un aumento del 60% entre 2021 y 2023.

En lo que respecta a la aviación, el informe SAE AIR8466, publicado recientemente, define las mejores prácticas y las directrices de ingeniería para la instalación de sistemas de reabastecimiento de hidrógeno en los aeropuertos, garantizando la seguridad en la manipulación y la compatibilidad de las infraestructuras de hidrógeno gaseoso y líquido.

El despliegue inicial puede concentrarse estratégicamente: el 15% de los aeropuertos comerciales gestionan el 90% del tráfico mundial de aviones ejecutivos. Equipar los 10 principales de cada continente permitiría realizar más de 500 000 vuelos eléctricos de hidrógeno al año, según WingX y EBAA Traffic Tracker.

La hoja de ruta de Beyond Aero para los vuelos eléctricos propulsados por hidrógeno está concebida para generar un impacto inmediato, apoyar el despliegue de infraestructuras y expandirse en consonancia con los objetivos climáticos globales.

De 2020 a 2030, la atención se centrará en los pasos fundamentales, o fase inicial, incluida la certificación de la primera aeronave conforme a las normativas CS23/FAR23 —esto permitirá una comercialización más rápida a través de la categoría de aeronaves ligeras. Paralelamente, se abordará el despliegue de la infraestructura inicial de reabastecimiento de hidrógeno en los aeropuertos, para garantizar la viabilidad de las primeras rutas. Mientras los sistemas eléctricos con hidrógeno despegan, los combustibles sostenibles para la aviación (SAF) siguen siendo una palanca clave para reducir las emisiones en las flotas tradicionales.

Durante el periodo comprendido entre 2030 y 2040, comienza la fase de cosecha. Esta etapa se caracteriza por los avances en el rendimiento de las células de combustible y las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno líquido, lo que allana el camino para el desarrollo de aviones regionales de 70 asientos certificados según los estándares CS25. Esto supone un paso fundamental para validar los sistemas eléctricos a hidrógeno en rutas de mayor capacidad y ampliar su relevancia en los mercados regionales.

Entre 2040 y 2050, la hoja de ruta entra en su fase de consolidación, con el objetivo de lanzar un avión comercial de 150 asientos equipado con sistemas de hidrógeno a escala. Esto permitirá abordar las rutas cortas de alta frecuencia, que actualmente representan hasta el 24% de las emisiones relacionadas con la aviación. Abordar estos segmentos posiciona la propulsión eléctrica por hidrógeno como una alternativa plausible y de gran impacto a los combustibles de aviación convencionales.

Como fabricante de aeronaves, Beyond Aero propone una hoja de ruta técnicamente viable —desde la arquitectura de propulsión y la certificación hasta la implantación de infraestructuras— basada en las limitaciones y la física del mundo real. Con una ingeniería que tiene en cuenta los límites de los vectores energéticos existentes, su objetivo es lograr cero emisiones directas en vuelo en operaciones que representan la mayor parte del tráfico actual.