Desde los albores de la aviación, los aviones han funcionado principalmente con combustibles de base carbónica, como la gasolina o el queroseno. Estos contienen gran cantidad de energía en relación con su peso, lo que proporciona la enorme potencia necesaria para elevar grandes aviones comerciales en trayectos por todo el planeta. Pero, con la disminución de las reservas de petróleo y el aumento de las penalizaciones por emisiones de gases de efecto invernadero, el futuro de la aviación depende de encontrar una fuente de energía alternativa. ¿Es la electricidad la respuesta?
Un primer paso es desarrollar «más aviones eléctricos» –aviones de reacción que maximizan el uso de la electricidad para el resto de sistemas de la aeronave. La idea es reducir de forma significativa el consumo de combustible mediante la mejora de la eficiencia energética general. En la práctica, esto implica reducir el peso de la aeronave, disminuir la resistencia aerodinámica con una aerodinámica mejorada y optimizar el perfil de vuelo para consumir menos combustible.
Pero, aunque estas mejoras pueden ahorrar combustible, eso por sí solo no basta. El cambio hacia aeronaves más sostenibles requiere soluciones de mayor alcance y a más largo plazo.
Innovaciones tan significativas han sido impulsadas a menudo por requisitos militares. La turbina de reacción se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial , y Chuck Yaeger, de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, rompió por primera vez la barrera del sonido a bordo del Bell X-1 , como parte de la carrera de la Guerra Fría por alcanzar velocidades supersónicas. El impulso hacia nuevas tecnologías llevó a mejoras masivas en rendimiento y fiabilidad, que desde entonces se han trasladado a la aviación comercial y han hecho realidad los viajes aéreos intercontinentales masivos.
El Concorde fue la máxima expresión de esta transformación de aeronave militar a aeronave comercial de alto rendimiento, pero, pese a su fenomenal rendimiento, fue objeto de quejas por un ruido y una contaminación excesivos. Los viajes aéreos a reacción actuales siguen planteando de forma constante estas preocupaciones medioambientales y, aunque el ámbito militar tiene un incentivo evidente para diseñar el avión más rápido, su motivación para ser ecológico es menos evidente. Quizá debamos buscar en otra parte la próxima gran innovación.
¿Limpiando los cielos?
Las aeronaves de resistencia con energía solar han recibido mucha atención recientemente, con el equipo de Solar Impulse intentando realizar el primer vuelo alrededor del mundo. Pero la energía solar, aunque es un reto técnico interesante, no es una opción especialmente realista para el transporte masivo de pasajeros. Como se aprecia en la aeronave Solar Impulse, la potencia generada por los paneles solares de una envergadura muy amplia solo permite transportar la aeronave y al piloto a lo largo de distancias significativas.
El almacenamiento en baterías es el factor limitante clave de las aeronaves eléctricas. Si las aeronaves eléctricas se ven frenadas por restricciones de peso o de combustible, probablemente se deba a la batería. Las aeronaves suelen tener un tiempo de repostaje más largo que un coche, por lo que la recarga rápida es posible y eficaz, ya que los aviones de reacción actuales tardan aproximadamente el mismo tiempo en repostar (y también en el embarque y desembarque de pasajeros y carga), de modo que una carga eléctrica de alrededor de 1 hora es razonable; sin embargo, el problema crítico es la densidad energética: ¿cuánta energía proporciona la batería en relación con su peso?
Las baterías de iones de litio típicas en uso hoy en día tienen una densidad energética máxima de alrededor de 1.000.000 julios por kilogramo y, aunque las investigaciones más recientes prometen la posibilidad de densidades mayores, pero estas no están disponibles comercialmente. Un millón de julios suena a mucho. Sin embargo, compárese con 43 millones de julios por kilogramo del combustible de aviación. Sustituir los depósitos de combustible por una batería que pesa 43 veces más no es una opción viable; está claro que hay que resolver un importante problema de almacenamiento antes de que la electricidad pueda impulsar grandes aeronaves a largas distancias.
El futuro de los viajes aéreos eléctricos
Entonces, ¿dónde encaja la energía eléctrica en la visión a largo plazo de los viajes aéreos de consumo? Pese a los evidentes retos técnicos, el prototipo de Airbus E-Fan aircraft está previsto que entre en producción para 2017. El E-Fan es un avión ligero de dos plazas propulsado por dos motores eléctricos, con una velocidad relativa y una capacidad de carga muy inferiores a las que exigen las aerolíneas comerciales. Sin embargo,
En la próxima década, esta tecnología podría extenderse a aeronaves comerciales de corto alcance para cercanías y viajes de negocios, especialmente dirigidas a rutas que todavía utilizan propulsión por hélice. Airbus tiene planes a medio plazo para una aeronave de este tipo, con una capacidad objetivo de quizá 60 pasajeros, lo que la convierte en una plataforma adecuada para vuelos comerciales de corta distancia.
La seguridad y la fiabilidad deben abordarse antes de que las aerolíneas comerciales adopten las aeronaves eléctricas. Al igual que el coche eléctrico todavía tiene que alcanzar un nivel crítico de confianza pública, la fiabilidad percibida tendrá un impacto significativo en la confianza de los consumidores en las nuevas aeronaves.
Si prototipos como el E-Fan logran generar confianza pública, esto podría marcar un «punto de inflexión» para superar los retos técnicos inherentes a cualquier nueva forma de transporte, especialmente en la aviación, que tiene un historial de innovación rápida. Los avances, en particular en nuevos materiales, almacenamiento y tecnología de electrónica de potencia, podrían ofrecer la perspectiva de aeronaves comerciales puramente eléctricas en las próximas dos décadas.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. Lea el artículo original.. La publicación no implica la aprobación de las opiniones por parte del Foro Económico Mundial.
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Autor: Peter Wilson es catedrático de Electrónica e Ingeniería de Sistemas en la Universidad de Bath
Imagen: Un avión E-Fan participa en su primer vuelo público durante el e-Aircraft Day en el aeropuerto de Bordeaux Merignac, en el suroeste de Francia. REUTERS/Regis Duvignau
