As¨ª volar¨¢n los aviones del futuro

El futuro del transporte a¨¦reo pasa por desarrollar nuevos combustibles y aviones m¨¢s eficientes, con motores m¨¢s limpios y silenciosos. La estrategia propuesta por la Comisi¨®n Europea para 2050 a trav¨¦s del proyecto Clean Sky 2 pretende que el 40% del combustible empleado en aviaci¨®n sea bajo en emisiones de di¨®xido de carbono (CO₂) sin renunciar a la potencia energ¨¦tica del queroseno. Tambi¨¦n se busca eliminar la basura generada en los vuelos comerciales ¡ªalrededor de 5,7 millones de toneladas al a?o, seg¨²n IATA, que acaban enterradas en basureros¡ª con proyectos como Digestair, un sistema de reciclaje por digesti¨®n anaer¨®bica que sustituir¨ªa los actuales tanques de almacenamiento a bordo y convertir¨ªa los residuos org¨¢nicos en abono y energ¨ªa limpia antes de tocar tierra.

En lo que coinciden los expertos es en que todav¨ªa queda mucho camino por recorrer. De momento hay que conformarse con aparatos como el nuevo Airbus 320 Neo, un avi¨®n de pasillo ¨²nico con propulsores m¨¢s eficientes y aerodin¨¢mica avanzada que ha logrado reducir en un 15% el consumo y la contaminaci¨®n respecto a un avi¨®n de similar tama?o, lo que significa 3.600 toneladas menos de CO₂ emitidas por avi¨®n y a?o.

Motores de hidr¨®geno y aviones el¨¦ctricos

La propulsi¨®n basada en el hidr¨®geno es otra prometedora l¨ªnea de investigaci¨®n en la b¨²squeda de alternativas a los combustibles f¨®siles. El proyecto Cryoplane, financiado por la Uni¨®n Europea, propone un avi¨®n de pasajeros impulsado por motores de hidr¨®geno obtenido por electrolisis del agua con electricidad procedente de fuentes renovables. Dado que el producto de la combusti¨®n del hidr¨®geno es el vapor de agua, ser¨ªa una aeronave con cero emisiones. Otra iniciativa de la Comisi¨®n Europea es el proyecto Hycarus, un avi¨®n impulsado por motores el¨¦ctricos alimentados por pilas de combustible de hidr¨®geno, un sistema igualmente libre de emisiones que ya se emplea en los coches el¨¦ctricos. Las pilas de combusti¨®n utilizan el hidr¨®geno almacenado en los dep¨®sitos y el ox¨ªgeno del aire para producir electricidad mediante una reacci¨®n de oxidaci¨®n que libera electrones en forma de corriente el¨¦ctrica y produce agua como ¨²nico residuo.

Compa?¨ªas como la fabricante israel¨ª Eviation Aircraft y la noruega Bye Aerospace han dado grandes pasos en materia de aviones el¨¦ctricos comercialmente viables, aunque todav¨ªa est¨¢n lejos de las grandes naves de pasajeros. El problema est¨¢ en c¨®mo almacenar la energ¨ªa: aunque la capacidad de las bater¨ªas ha aumentado, el queroseno sigue siendo 50 veces m¨¢s eficiente en t¨¦rminos de masa y de 20 veces en t¨¦rminos de volumen que las pilas de combustible m¨¢s avanzadas.

Aeronaves h¨ªbridas

Airbus, en colaboraci¨®n con Rolls-Royce y Siemens, desarroll¨® en 2018 su innovador E-Fan X, un prototipo de avi¨®n de pasajeros de propulsi¨®n h¨ªbrida que reemplazar¨ªa una de sus cuatro turbinas por un motor el¨¦ctrico de 2 MW de potencia alimentado por bater¨ªas de litio (aunque con la salida de Siemens del proyecto, este ha quedado en suspenso). La firma de bajo coste espa?ola Volotea y Dante Aeronautical se asociaron el pasado mes de septiembre para desarrollar un avi¨®n h¨ªbrido de pasajeros para rutas de corto radio.

Como so?ar no cuesta, el consorcio aeron¨¢utico europeo EADS, due?o de la filial de fabricaci¨®n de aviones Airbus, present¨® en 2011 su proyecto ZEHST (Zero Emission Hipersonic Transportation), un avi¨®n de pasajeros hipers¨®nico que ser¨ªa capaz (en 2050, como poco) de cubrir la distancia entre Madrid y Nueva York en menos de una hora y media. Esta nave podr¨ªa, en teor¨ªa, transportar a un centenar de pasajeros y estar¨ªa equipado con dos tipos de propulsores: unos convencionales, operados por biocombustible, para los despegues y aterrizajes, y otros de tipo cohete, alimentados por hidr¨®geno y ox¨ªgeno, para volar a gran altura, casi al borde del espacio.

La NASA y el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT) est¨¢n estudiando el empleo de materiales inteligentes (metamateriales) que permitir¨ªan modificar la forma del avi¨®n en pleno vuelo, adapt¨¢ndose en tiempo real al entorno para conseguir un vuelo mucho m¨¢s eficiente que el que ahora proporcionan los flaps de las alas, y de estructuras bi¨®nicas que imiten la composici¨®n ¨®sea de los p¨¢jaros, reduciendo peso sin perder resistencia. El Concept Plane 2019 de Airb¨²s, un modelo conceptual bautizado Bird of Prey (Ave de presa), est¨¢ inspirado en la mec¨¢nica eficiente de las aves, con alas flexibles y motores de rotor abierto, m¨¢s silenciosos y eficientes que los actuales reactores de tipo turbof¨¢n.?

Propulsi¨®n i¨®nica

Ya casi en el terreno de la ciencia ficci¨®n, el futuro a largo plazo pasa por los propulsores EAD (electroaerodin¨¢micos), que emplear¨ªan el propio aire atmosf¨¦rico, ionizado y acelerado por un potente campo el¨¦ctrico, para impulsar el avi¨®n. En noviembre de 2018, un grupo de investigadores del Instituto de Tecnolog¨ªa de Massachusetts (MIT) consigui¨® volar por primera vez un avi¨®n sin partes m¨®viles utilizando la propulsi¨®n i¨®nica, que es silenciosa y no utiliza combustible convencional. Los cient¨ªficos dise?aron un artefacto de cinco metros y un peso de dos kilos y medio, con una pila de bater¨ªas y un convertidor de potencia de alto voltaje, que consigui¨® volar con ¨¦xito en 10 ocasiones recorriendo una distancia 60 metros con una altitud promedio de vuelo de medio metro y una velocidad de 4,8 metros por segundo. Los resultados de la investigaci¨®n publicada se publicaron en la revista cient¨ªfica Nature.

Los motores i¨®nicos o de plasma se conocen desde hace tiempo, aunque hasta ahora solo han demostrado ser ¨²tiles en el vac¨ªo del espacio. Un veh¨ªculo espacial no requiere un empuje demasiado elevado, porque en el vac¨ªo la resistencia aerodin¨¢mica a vencer es muy baja o nula. Los aviones, en cambio, se desplazan a trav¨¦s de la atm¨®sfera, donde la resistencia aerodin¨¢mica es considerable y el empuje requerido, mucho mayor.

El plasma es un gas ionizado, es decir, que los ¨¢tomos se han roto en iones cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Con una disposici¨®n de electrodos y de imanes se pueden acelerar los iones y dejarlos escapar a gran velocidad creando una fuerza de empuje en sentido contrario. Con este sistema, en el espacio se pueden alcanzar velocidades muy altas, m¨¢s de 40 kil¨®metros por segundo, frente a los cinco kil¨®metros por segundo de un motor qu¨ªmico. La primera nave interplanetaria de la NASA con motor i¨®nico fue la Deep Space 1. Tambi¨¦n la Smart 1, de la ESA viaj¨® a la Luna con un propulsor de plasma SPT, alimentado de gas xen¨®n. En los sat¨¦lites comerciales se utiliza la propulsi¨®n i¨®nica para mantenerlos en su posici¨®n correcta en ¨®rbita.