El sueño de volar con energía eléctrica

Wright Electric, una startup estadounidense pretende fletar hacia 2027 un avión comercial 100% eléctrico que pueda realizar las 300 millas de vuelo.

En el siglo XIX, Lord Kelvin, una de las personas que más ha influido en la ciencia moderna, afirmó que «el vuelo de máquinas más pesadas que el aire es imposible». Cuando la Sociedad Aeronáutica trató de reclutarle en 1889, Kelvin escribió un telegrama educado en la que mostraba su nulo interés al respecto.

Cuando fue obvio que podríamos llegar al cielo se sucedieron otra serie de predicciones que luego se demostraron falsas, como que Es imposible superar la barrera del sonido o No se puede dar la vuelta al mundo volando. Las última son que Un avión eléctrico no puede volar, acompañada de El avión solar no puede volar. Pero los aviones eléctricos vuelan, y son el futuro de la aviación.

La densidad energética de las baterías para aviación

Cualquier piloto de drones podrá confirmar que la pieza más conflictiva del dron suele ser la batería. Al menos a nivel doméstico, estas tienen un uso de unos 10 a 15 minutos con cargas que rondan entre los 45 minutos y la hora y media. En entornos de vuelo de dron profesional (por ejemplo, para fotografía) la vida de la batería puede alargarse bastante más, rondando el par de horas de vuelo.

Pero la mayoría de máquinas voladoras (y aquí introducimos al avión) no usan batería, sino que se propulsan mediante la quema de combustibles fósiles, que tienen el gran inconveniente de ser altamente contaminantes y no dejar de crecer en sus emisiones año tras año. De hecho, el grueso del CO2 emitido en ciudades con aeropuerto proviene precisamente del mismo.

En el libro Cómo vivir una vida con bajo carbono, Chris Goodall aporta un dato inquietante para la aviación moderna: con cada kilómetro de vuelo se liberan 0,1 kg CO2 para grandes aeronaves. Es decir, un vuelo entre Madrid y Londres (Barajas-Heathrow) emite 125 kg de CO2 por ocupante. entre los que no aparecen representados los óxidos de nitrógeno NxOy, el monóxido de carbono CO o el metano CH4, entre otros GEI.

Con estos datos en la mano, ¿por qué se siguen usando aviones basados en motores de combustión en lugar de eléctricos? El motivo se encuentra en la densidad energética de las baterías y en el poder calorífico del combustible.

En el pasado, 1 kg de baterías eléctricas daban como resultado una autonomía útil mucho menor que la que se extraía de 1 kg de combustible. Como los aviones tienen que transportar su propia carga, no podían permitirse el lujo de cargar con kilogramos extra de batería para una autonomía comparable con la del combustible gastado. Hasta hace no mucho.

En octubre de 2016 dábamos una noticia de récord en movilidad sobre ruedas pasando de una batería de 22 kWh a una con una capacidad de 41 kWh en el mismo espacio. La densidad energética con respecto al peso aumentó un 72%, y un 86% con respecto al volumen, que se mantuvo constante. El mismo tipo de noticias podrá verse en los próximos años también de cara a la aviación, donde se han hecho mejoras increíbles durante esta última década.

Esta densidad energética seguirá aumentando durante los próximos años, eclipsando el poder calorífico de los combustibles, que no pueden comprimirse.

¿Un avión impulsado con energía eléctrica?

Como ocurre en la movilidad sobre ruedas, donde se ven con malos ojos las emisiones del vehículo de combustible frente a la movilidad limpia, el uso de aviones de combustión está perjudicando la imagen de las compañías aéreas.

Pero el grave problema medioambiental por contaminación del aire, o la mala imagen que da, no son los únicos factores que las empresas aeronáuticas tienen en cuenta a la hora de invertir en movilidad aérea sostenible. Año tras año el coste del combustible sigue aumentando, mientras que el del kWh de fuentes renovables no deja de descender hasta cruzar la barrera de paridad de red, algo que ocurrió en diciembre de 2014.

Probablemente la empresa más conocida del sector sea la Wright Electric, una startup estadounidense que pretende fletar hacia 2027 un avión comercial 100% eléctrico que pueda realizar las 300 millas de vuelo ininterrumpido (482 km) y con capacidad para 150 pasajeros.

Avión aterrizando en una pista al atardecer, de frente

Los retos a los que se enfrenta la industria de los vuelos eléctricos no son pocos, siendo uno de los más conocidos el de la potencia necesaria para equiparar los motores eléctricos a los motores a reacción actuales, unido a la todavía baja densidad energética para el vuelo.

Aunque estos retos estén solucionados para el tráfico rodado o el vuelo de aviones de modelismo, todavía no lo es para la aviación comercial. Y la culpa la tiene el factor de escala y las propiedades del vuelo y los fluidos.

Pensemos en un dron de 30 cm de envergadura que vuela con una batería de un tamaño similar a un terrón de azúcar. Si queremos hacer volar un avión de 60 cm no necesitaremos dos de esas baterías, sino cerca de ocho, porque el volumen (y por tanto el peso del avión) crece al cubo de lo que crecen sus longitudes. Un razonamiento similar es el que nos dice por qué no hay animales terrestres del tamaño de los cachalotes, y es que estos verían sus extremidades sometidas a un peso demasiado grande, peso que se ve compensado con el empuje bajo el agua.

Frente a este fenómeno físico, la movilidad aérea eléctrica tiene mucho ganado de antemano. Según la Wright Electric, no van a invertir en nuevas formas de avión o fuselajes, ya que estos están muy optimizados tras décadas de vuelos comerciales. De hecho, se proponen seguir especificaciones de la NASA en materia de I+D en electricidad y el know how de los aviones de fuselaje estrecho en materia de capacidad de vuelo.

Una alianza muy sonada en el todavía incipiente mundo de la aviación eléctrica es la de Airbus y Siemens, quienes pretenden tener modelos de avión eléctrico comerciales de 100 pasajeros para 2030 sin entrar a competir directamente con la Wright Electric.

Los logros de Airbus son considerables hasta el momento. En 2011 Airbus se unió con Samsung para diseñar y construir la primera aeronave híbrida. En abril de 2014 el E-Fan 2.0 estaba en el aire con una velocidad máxima de 110 mph (177 km/h).

Easyjet, una de las compañías colaboradoras con la Wright Electric, está experimentando también con almacenamiento de energía en la frenada de un modo similar al freno regenerativo del Renault ZOE. Se estima que solo esta estrategia puede ahorrar 50.000 toneladas de combustible al año, el 4% del combustible usado durante el vuelo.

¿Un avión que vuele usando la luz del sol?

Hemos abierto el artículo con algunas de esas frases que se dijeron sobre la aviación, como que No se puede dar la vuelta al mundo volando, que Un avión eléctrico no puede volar o que Un avión solar no puede volar. Lo cierto es que en 2016 un avión eléctrico dio la vuelta al mundo cargando sus baterías con energía solar.

En lo que supuso un logro histórico, el Solar Impulse 2 consiguió dar la vuelta al mundo usando la energía solar captada sobre las placas que forman sus alas. Aunque no lo hizo en un solo vuelo (recorrió 17 ciudades mundiales), mantiene vivo el sueño de volar con energía solar.

Mapa del mundo en proyección cilíndrica con el vuelo del Solar Impulse 2

La movilidad eléctrica es el futuro, y este futuro incluye a las energías renovables. A medida que las placas fotovoltaicas aumentan su ratio de captación de energía (y por tanto hace falta menos área para obtener los mismos kWh) es posible que los vehículos del futuro estén cubiertos de células solares.

De momento, la industria de la aviación se toma muy en serio la movilidad aérea eléctrica y sostenible. Y, en un segundo paso, la movilidad aérea solar. Solo el tiempo nos dirá lo lejos que somos capaces de llegar cuidando del planeta.

 

Imágenes | iStock/ipopba, iStock/photoncatcher, Solar Impulse

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