Aviones impulsados por hidrógeno

La posibilidad de crear aviones que vuelen impulsados por el hidrógeno, sin tener que emplear combustibles fósiles, era exclusiva de la ciencia-ficción hasta no hace mucho. Y en años recientes, se ha pasado de meras ideas teóricas generales, a desarrollos tecnológicos específicos. Ahora, dos estudios recientes han concretado el tipo de vuelos que estos aviones podrán realizar con la tecnología en la que actualmente se está trabajando.

Uno de los estudios es obra de un equipo internacional encabezado por Christian Svensson. El otro lo ha realizado un equipo encabezado por Alexandre Capitao Patrao. Ambos científicos son de la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia.

El hidrógeno puede impulsar aviones de dos maneras. Una es alimentando motores eléctricos mediante células de combustible, que generan electricidad a partir del hidrógeno en un proceso catalítico. La otra es mediante motores a reacción, donde el hidrógeno se quema en una turbina de gas.

El hidrógeno contiene más energía por kilogramo que el queroseno empleado habitualmente, y además tiene la ventaja de que el producto residual de la combustión es principalmente vapor de agua.

A juzgar por las conclusiones de ambos estudios, casi todos los trayectos aéreos dentro de un radio de unos 1.200 kilómetros podrían realizarse con aviones propulsados por hidrógeno para el año 2045, y con un novedoso intercambiador de calor actualmente en desarrollo, ese radio podría ser aún mayor.

Si todo va bien, la comercialización de vuelos en aviones impulsados por hidrógeno llegará pronto. En el caso de Suecia, ya en 2028 podrían realizarse los primeros vuelos comerciales de aviones impulsados por hidrógeno, tal como señala Tomas Grönstedt, de la Universidad Chalmers de Tecnología y uno de los investigadores.

Este podría ser el aspecto general de muchos de los aviones comerciales impulsados por hidrógeno. El diseño básico de esta aeronave lo ha confeccionado un equipo de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido, en el marco del proyecto ENABLEH2 (ENABLing cryogEnic Hydrogen based CO2 free air transport) de la Unión Europea, en el cual también participa la Universidad Chalmers de Tecnología. (Imagen: Cranfield University)

Para la aviación impulsada por hidrógeno, los vuelos de corto y medio alcance son los que están más cerca de realizarse. En uno de esos dos estudios, se ha determinado que esos vuelos propulsados por hidrógeno tienen potencial para cubrir hacia 2045 la mayoría de las rutas de vuelo dentro de Escandinavia.

Para uno de los estudios, los investigadores tomaron como referencia una distancia máxima de vuelo de 1.200 kilómetros y el uso de un modelo de avión existente adaptado al hidrógeno. El estudio, dirigido por Christian Svensson, también demostró un nuevo depósito de combustible que podría contener suficiente hidrógeno, estaría lo bastante bien aislado como para albergar el hidrógeno en estado líquido superfrío y, al mismo tiempo, sería más ligero que los actuales depósitos para combustibles fósiles.

Los intercambiadores de calor son una parte vital de la aviación del hidrógeno, y constituyen una pieza clave de los avances tecnológicos que se están produciendo. Para que los sistemas de combustible sean ligeros, el hidrógeno debe estar en forma líquida. Esto significa que el hidrógeno se mantiene superfrío en el avión, normalmente a unos 250 grados centígrados bajo cero. Aprovechando el calor del gas tórrido que sale de los motores a reacción, y refrigerando los motores en puntos estratégicos, se logra una mayor eficiencia energética. Sin embargo, para transferir del modo deseado el calor entre el hidrógeno superfrío y el motor, se necesitan nuevos tipos de intercambiadores de calor.

Unos investigadores de la Universidad Chalmers de Tecnología llevan varios años afrontando ese reto, trabajando en el desarrollo de un tipo de intercambiador de calor completamente nuevo. La tecnología aprovecha la baja temperatura de almacenamiento del hidrógeno para enfriar las piezas del motor y, a continuación, utiliza el calor residual de los gases de escape para precalentar el combustible antes de inyectarlo en la cámara de combustión. Cada grado de aumento de la temperatura del combustible reduce el consumo de este y aumenta la autonomía del avión. Pero, por supuesto, sería inviable transportar en estado gaseoso y a una temperatura alta al hidrógeno.

Aunque la tecnología necesaria para la aviación comercial de hidrógeno está muy avanzada, ahora mismo los retos residen más bien en las grandes inversiones económicas necesarias y en el desarrollo de infraestructuras, modelos de negocio y alianzas empresariales para poder producir, transportar y almacenar el hidrógeno de modo que sea posible la transición desde la aviación convencional a la aviación de hidrógeno. Se prevé que la transición total requerirá unos 100 millones de toneladas anuales de hidrógeno verde. Se llama “verde” al hidrógeno obtenido de fuentes renovables mediante procesos no contaminantes.

El estudio realizado por Christian Svensson y sus colegas se titula “Hydrogen fuel cell aircraft for the Nordic market”. Y se ha publicado en la revista académica International Journal of Hydrogen Energy.

El estudio realizado por Alexandre Capitao Patrao y sus colegas se titula “Compact heat exchangers for hydrogen-fueled aero engine intercooling and recuperation”. Y se ha publicado en la revista académica Applied Thermal Engineering. (Fuente: NCYT de Amazings)