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Una vez que una broma, los aviones a batería se están acercando a la realidad
El mes pasado Siemens y EADS demostró un nuevo vehículo eléctrico de gas capaz de transportar a dos personas y su equipaje 900 kilómetros — aproximadamente la distancia de Nueva York a Detroit — entre repostajes y recargas. El prototipo no era un automóvil, sino un pequeño avión biplaza.
Híbrido volador: Este avión biplaza de gas eléctrico puede ser el primero de muchos que surcan los cielos.
El plano híbrido es similar al Chevrolet Volt en el sentido de que se basa en un motor eléctrico y utiliza un motor de gasolina como respaldo. El avión iguala el rendimiento de algunos aviones privados que ya están en el mercado, pero tiene dos ventajas distintas: es notablemente silencioso y usa aproximadamente un 25 por ciento menos de combustible.
El logro presagia lo que probablemente será un gran cambio hacia la propulsión híbrida en aviones. Varias grandes corporaciones imaginan un futuro en el que los aviones dependan, al menos en parte, de la propulsión eléctrica. Aunque la tecnología se aplicará a los aviones pequeños al principio, eventualmente podría ayudar a reducir el ruido y las emisiones de los aviones.
Dentro de esta década, sin duda veremos aviones eléctricos híbridos entrando en el mercado, dice Frank Anton , quien dirige los esfuerzos de aviones híbridos en Siemens. Es probable que los aviones híbridos de cuatro asientos estén dentro de ese período de tiempo, dice, pero incluso 19 asientos son posibles antes de que termine la década. Anton predice que eventualmente veremos aviones híbridos de 100 pasajeros que usan la mitad de combustible que los aviones de hoy.
Boeing está dando un paso más allá con un concepto de aviones híbridos del tamaño de 737, con capacidad para más de 150 pasajeros, aunque es poco probable que entren en servicio antes de 2030. EADS, la empresa matriz de Airbus, también ha desarrollado un diseño conceptual para aviones de pasajeros que vuelan exclusivamente con electricidad, aunque el alcance de estos aviones sería limitado.
Cabeza del motor: El nuevo avión es el primero en tener una transmisión híbrida.
Hace unos años, la idea de volar un avión con baterías era una broma, dice Marty Bradley , investigador principal de conceptos avanzados de aeronaves en Boeing Research and Technology. Si bien las baterías y los motores eléctricos son eficientes y silenciosos, las baterías tienden a ser grandes y pesadas, y almacenan mucha menos energía que los combustibles líquidos.
Han cambiado dos cosas. La cantidad de energía que las baterías pueden almacenar está mejorando constantemente y es probable que esto continúe a medida que se desarrollen para su uso en vehículos eléctricos y electrónicos portátiles, dice Bradley. Mientras tanto, las tecnologías necesarias para integrar baterías y motores eléctricos con motores convencionales son cada vez más pequeñas, ligeras y eficientes. Siemens demostró una versión anterior de su avión híbrido en 2011, pero era demasiado pesada para ser práctica. Para el nuevo avión, Siemens redujo el peso del motor eléctrico, la electrónica de potencia y los engranajes en 100 kilogramos para llevar su capacidad de carga y pasajeros al nivel de aviones pequeños de tamaño similar.
En los aviones, un diseño eléctrico híbrido mejora la eficiencia principalmente al permitir el uso de un motor de gasolina relativamente pequeño diseñado para funcionar a su máxima eficiencia a velocidades de crucero. La batería y el motor eléctrico proporcionan la potencia adicional necesaria para el despegue y el ascenso. Las baterías también permiten recuperar energía durante el descenso de la misma manera que los coches híbridos capturan energía durante el frenado (las hélices hacen girar un generador). Y, a medida que las baterías mejoren, proporcionarán cada vez más energía a bordo.
Los motores eléctricos confieren otras ventajas. Se pueden montar en lugares inusuales de un avión, lo que se puede utilizar para mejorar la aerodinámica. También se pueden dirigir: en ángulo hacia arriba, por ejemplo, durante el despegue para que un avión despegue más rápido. En vuelo, el motor podría apuntar hacia la izquierda o hacia la derecha para dirigir el avión, eliminando la necesidad de un timón. Estos cambios de diseño, junto con la eficiencia de la propulsión híbrida, podrían ayudar a reducir el consumo de combustible a la mitad, dice (ver 'El ala híbrida' usa la mitad del combustible de un avión estándar).
La rapidez con que se adopte la propulsión eléctrica depende principalmente del desarrollo de las baterías. Los planes del avión eléctrico de EADS requieren una batería que pueda almacenar 1.000 vatios hora por kilogramo, que es aproximadamente cinco veces más energía que una batería típica de iones de litio. Las nuevas químicas de la batería, como el litio-aire y el litio-azufre, podrían proporcionar más capacidad, pero quedan algunos desafíos importantes (consulte Nanoestructuras aumentan cinco veces la vida útil de la batería y más allá del ión de litio: ARPA-E apuesta por el almacenamiento de energía novedosa). Bradley espera que los aviones totalmente eléctricos se limiten a 1.600 kilómetros hasta después de 2050.
Para aviones más grandes, la propulsión eléctrica podría usarse para ayudar a hacer girar los grandes turboventiladores en la parte delantera de un motor a reacción. La primera aplicación de propulsión eléctrica para aviones grandes será el rodaje, lo que permitirá a los aviones ahorrar combustible en tierra, dice.
Entonces, durante los próximos años, la tecnología híbrida se limitará a aviones pequeños. Un beneficio a corto plazo de la tecnología es que los aeropuertos pequeños (que a menudo se encuentran cerca de áreas residenciales) serán más silenciosos, dice Jean Koster , profesor de ciencias de la ingeniería aeroespacial en la Universidad de Colorado en Boulder que fundó una empresa para comercializar una caja de cambios más compacta para combinar energía eléctrica y de gas. Los diseños híbridos también podrían poner fin a una de las últimas reservas de combustible que contiene plomo: los aviones pequeños con motores de alta compresión todavía requieren aditivos de plomo. De hecho, el refuerzo de la batería podría hacer posible utilizar los mismos motores de gasolina que se utilizan en los coches híbridos.