Julio 22, 2021

¿Puede la industria aeronáutica

vivir sin combustibles fósiles?

La guerra global contra las emisiones ha estallado en los últimos años, y todas las empresas, industrias y gobiernos del mundo intentan desesperadamente reducir su huella de carbono.

Original en Inglés por Josh Owens/Trade Oil Futures and Energy Stocks

Desde la introducción de impuestos al carbono hasta la adopción de vehículos eléctricos y la creciente cuota de mercado de las energías renovables, el carbono está bajo ataque. Pero no todas las industrias son iguales, y la industria de la aviación, en particular, ha demostrado ser increíblemente difícil de descarbonizar. Hoy, veremos por qué el combustible para aviones es tan difícil de reemplazar y si alguna vez será posible volar sin emisiones.

¿Cuánto carbono emiten los aviones?

Si bien el sector del transporte es responsable del 16% de las emisiones globales, la industria de la aviación representa solo el 2% de las emisiones globales. Eso puede resultar sorprendente para algunos, ya que volar es lo más intensivo en carbono que puede hacer una persona, pero tiene sentido si se considera el tamaño de otras industrias en el mundo.

Entonces, si bien es importante reducir las emisiones de la aviación, es comprensible que muchos de los avances que hemos visto en la lucha contra el carbono hasta ahora hayan provenido de otros sectores. Eso no quiere decir que no haya habido algunos desarrollos en la aviación, con biocombustibles, aviones eléctricos y aviones de hidrógeno, todos recibiendo su parte justa de atención. Así que echemos un vistazo a las fortalezas y debilidades de cada uno.

Aviones de biocombustible

Los biocombustibles son combustibles fabricados a partir de materiales orgánicos, normalmente cultivos, madera o desechos. Si bien producen carbono cuando se queman, la teoría es que el carbono fue absorbido por la materia orgánica cuando estaba creciendo, por lo que el carbono neto producido por los biocombustibles es cero. Los combustibles fósiles, por otro lado, quedaron atrapados en las profundidades de la tierra y ahora están siendo desenterrados y quemados. Siendo realistas, los biocombustibles son una forma de reducción de emisiones más que una forma de volar “sin emisiones”.

Existe la posibilidad de que ya haya volado en un avión propulsado por biocombustibles, ya que el primer vuelo con biocombustible tuvo lugar en 2008. Desde entonces, se ha convertido en una parte relativamente aceptada de la aviación comercial, con la IATA apuntando a una penetración del 2% por parte de 2025. En 2018, sin embargo, los biocombustibles representaron solo el 0,1% del combustible de aviación total.

La principal fortaleza de los biocombustibles es que requieren modificaciones mínimas en las aeronaves y la infraestructura para poder ser utilizados. Pueden mezclarse con combustible de aviación o utilizarse de forma independiente y tienen un alto contenido energético. Los biocombustibles también emiten menos carbono que los combustibles fósiles cuando se queman, y los combustibles fósiles emiten 75,1 g de CO2 por megajulio de energía en comparación con 39 g de CO2 del biocombustible. Sin embargo, cuando se profundiza un poco más en los biocombustibles, comienzan a surgir algunos problemas graves.

En 2017, un grupo de 177 científicos de los Países Bajos firmó una carta abierta en la que instaba al gobierno a evitar que los biocombustibles de cultivos alimentarios se incluyeran en la agenda de desarrollo sostenible de la UE. La razón de la resistencia a los biocombustibles de cultivos es que cuando se tiene en cuenta el espacio requerido para cultivar estos cultivos y el procesamiento y transporte de los cultivos, estos emiten una media de 1,8 veces más CO2 que los combustibles fósiles. Los científicos holandeses también señalaron que los biocombustibles agrícolas estaban aumentando la demanda de aceite vegetal y cultivos alimentarios, así como destruyendo la biodiversidad.

Otro problema al que se enfrentan los biocombustibles es un problema más fundamental con el supuesto de que son neutrales en carbono. Para que los biocombustibles sean neutros en carbono, no pueden provenir de un área o terreno que ya era un sumidero de carbono. Desafortunadamente, hay poca tierra adecuada en el mundo para cultivar la materia orgánica necesaria para los biocombustibles, y la mayor parte de esa tierra ya está capturando carbono de una forma u otra. Es posible producir biocombustible a partir de desechos y desechos de cultivos que ya forman parte del sistema, pero la cantidad de tales desechos pone un límite a la cantidad de biocombustible que podríamos producir de manera realista. También existe el problema de que la quema de estos biocombustibles directamente en la atmósfera en lugar de permitir que se descompongan en el suelo está reduciendo la cantidad de nutrientes en la tierra cultivable y afectando la agricultura. Si bien parece haber un lugar para algunos biocombustibles en el futuro de la industria de la aviación, está lejos de ser una solución libre de emisiones.

Aviones eléctricos

Desde compañías que compiten por construir taxis eléctricos voladores hasta afirmaciones de que los aviones eléctricos comerciales están “tentadoramente cerca”, los aviones eléctricos ciertamente acaparan los titulares. Desafortunadamente, como ocurre con muchas de estas cosas, la realidad es un poco menos sexy de lo que podrían sugerir los titulares.

Los aviones eléctricos pueden parecer una evolución natural de los coches eléctricos, pero a medida que aumenta el tamaño del vehículo, también crece el tamaño del problema. El principal problema al que se enfrentan los aviones eléctricos es la densidad de energía de las baterías de litio (actualmente las baterías más eficientes disponibles). Si considera que el rango superior del automóvil más eficiente de Tesla es de 379 millas, puede comenzar a comprender el problema.

Eso no quiere decir que no haya habido muchos avances. En junio de 2020, el avión eléctrico más grande que jamás haya volado alcanzó los 2.500 pies y permaneció en el aire durante 28 minutos. En octubre de 2020, el avión híbrido-eléctrico Eel rompió el récord del vuelo de avión eléctrico más largo cuando voló 341 millas sin detenerse. De cara al futuro, incluso hay una carrera de aviones eléctricos programada para 2022, en la que los aviones eléctricos recorrerán un circuito a una altura de 32 pies y alcanzarán velocidades de hasta 250 mph. Pero todos estos avances son también demostraciones de lo mucho que queda todavía por recorrer para los aviones eléctricos. El avión eléctrico puro más grande que jamás haya volado tiene espacio para solo 9 pasajeros, el avión Eel es un híbrido, con un motor eléctrico en la nariz y un motor de combustión tradicional en la parte trasera, y el muy publicitado Air Race E está listo para tomar lugar con aviones muy pequeños con una batería que aún no ha sido liberada. Desafortunadamente, a falta de un gran avance en la tecnología de baterías, parece que los aviones completamente eléctricos no se generalizarán en el corto plazo.

Según los cálculos de Duncan Walker, profesor de aerodinámica aplicada en la Universidad de Loughborough, un Airbus A380, que actualmente puede volar 15000 kilómetros en un solo vuelo, solo podría volar 1000 kilómetros si funcionara con baterías. Es más probable que, como lo demuestran el avión Eel y el proyecto E-Fan X, el futuro de los aviones eléctricos sea híbrido en lugar de libre de emisiones. Incluso entonces, reducir los costos a un nivel aceptable es una tarea abrumadora.

Aviones a hidrógeno

Cuando se trata de resolver el problema de la densidad de energía que enfrentan los vehículos eléctricos, particularmente los grandes, el hidrógeno a menudo se considera la mejor solución. En términos generales, el hidrógeno se presenta en tres formas diferentes, hidrógeno verde, hidrógeno azul e hidrógeno gris. En pocas palabras, el hidrógeno verde se produce a partir de energía renovable y agua, el hidrógeno azul se produce a partir del gas natural y el agua con el C02 resultante capturado y almacenado, y el hidrógeno gris se produce a partir del gas natural y el agua, pero emite el C02 a la atmósfera.

En muchos sentidos, el hidrógeno es el combustible limpio definitivo. El hidrógeno no solo tiene tres veces más densidad de energía por unidad de masa que el combustible para aviones, sino que tampoco produce nada más que agua limpia cuando se quema. A primera vista, un combustible 100% limpio con más energía que el combustible para aviones parece la solución perfecta a nuestro problema de emisiones. Pero hay un problema importante: producir hidrógeno a un precio competitivo y sin una gran huella de carbono está resultando increíblemente difícil. En otras palabras, tanto el hidrógeno verde como el azul son costosos en comparación con el hidrógeno gris que tiene una huella de carbono significativa. Otro problema menor es que, una vez que lo tienes en tus manos, el hidrógeno resulta difícil y costoso de transportar.

A diferencia de los problemas que enfrentan los aviones eléctricos y los biocombustibles, los problemas del hidrógeno parecen ser eminentemente solucionables. De hecho, Airbus tiene tanta confianza en el futuro del hidrógeno de los aviones que en septiembre de 2020 reveló tres conceptos para el primer avión comercial sin emisiones del mundo. Se espera que estos conceptos entren en servicio en 2035. El más grande de los tres conceptos podría transportar 200 pasajeros y con un alcance de más de 2000 millas náuticas. La buena noticia para Airbus es que es probable que la captura y almacenamiento de carbono (que se utiliza para el hidrógeno azul) y la energía renovable (que se utiliza para el hidrógeno verde) experimenten importantes avances en la próxima década. Además de eso, muchas naciones ahora están buscando una economía del hidrógeno como una forma de reducir sus emisiones. Con inversiones e incentivos en todo, desde automóviles y camiones de hidrógeno hasta camiones cisterna de hidrógeno, una infraestructura que respaldaría los aviones de hidrógeno ya no es una quimera.

Un último problema con los aviones de hidrógeno que no puede pasarse por alto es que, de manera realista, requeriría un rediseño de los aviones, ya que el gas debe almacenarse en un tanque presurizado especializado. Si bien el combustible para aviones y el biocombustible generalmente se almacenan en las alas de los aviones, este tanque debería colocarse en el fuselaje. Este es otro costo más para implementar el cambio que probablemente retrasará su implementación. Como puede ver en los diferentes conceptos de Airbus, los nuevos diseños pueden funcionar con una remodelación de los diseños actuales o podrían requerir una flota de aviones completamente nueva.

¿Cuál es la mejor manera de reducir las emisiones de la aviación?

Curiosamente, lo que más ha hecho para reducir las emisiones en la industria de la aviación en los últimos 40 años ha sido el aumento gradual de la eficiencia logrado por los ingenieros de la industria. Las aerolíneas estadounidenses han aumentado su eficiencia de combustible en un 130% durante los últimos 40 años, un logro impresionante. Sin embargo, la ley de rendimientos decrecientes sugeriría que esas mejoras de eficiencia se están acercando a su límite, y se necesitará un nuevo avance tecnológico si la industria de las aerolíneas va a reducir aún más las emisiones de manera significativa.

Los biocombustibles ciertamente tienen un papel que desempeñar en un futuro de bajas emisiones para las aerolíneas, pero solo biocombustibles muy específicos y probablemente en volúmenes relativamente pequeños. Los aviones eléctricos, por otro lado, es poco probable que se vuelvan comerciales en el corto plazo, aunque esta podría ser el área donde más esperarías avances tecnológicos debido a la importancia de las tecnologías de baterías en múltiples industrias del futuro. Dicho esto, incluso entonces probablemente estará mirando un avión híbrido que combina combustible y baterías. Parece que los aviones de hidrógeno son la mejor solución a largo plazo para una industria de la aviación libre de emisiones, pero construir y desarrollar una infraestructura de hidrógeno global manteniendo los costos bajos llevará algún tiempo.

Así que ahí lo tienen, tal vez sea posible volar sin emisiones en el futuro… eso espero.