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Análisis: Aviones a hidrógeno

Airbus ha presentado sus tres propuestas para el futuro con aviones de cero emisiones. Básicamente dos aviones en configuración clásica, un regional con hélice y uno de corto y medio alcance con dos motores y alas con una flecha considerablemente menor que los actuales, lo que nos habla de aviones con una velocidad de crucero bastante menor, y que tiene pinta de ser un ala de flujo laminar natural, como el ensayado en el proyecto Cleansky Blade. Y un tercero, tipo blended wing body, que es un concepto que vuelve periódicamente desde los años treinta como avión de pasajeros del futuro, con propulsión distribuida situada en la parte trasera del fuselaje, como para ingerir la capa límite y que no se desprenda.

Y no, no vamos a hablar de la nota de prensa de Airbus, más allá de decir que parece una oportuna publicación para mejorar la imagen de la compañía: durante los últimos tiempos el sector, que ya estaba muy tocado desde hacía unos años, ha sido muy duramente golpeado por la covid-19, los anuncios de despidos y huelgas resuenan en los pasillos de las empresas del sector, algo menos en la prensa, y antes de esto había sido golpeada por el Flygskam y las acusaciones de ser un medio de transporte muy contaminante. En definitiva, Airbus (y Boeing) tienen la necesidad de que se publiquen noticias positivas sobre ellos, ¿y qué mejor que hablar del desarrollo de aviones nuevos con emisiones cero?

Si hace diez años nos tocaba hablar de biocombustible, y raro era el mes que no se hacía un anuncio sobre esta tecnología que había venido para quedarse y ser el futuro de la aviación, ahora nos va a tocar hablar del hidrógeno. El biocombustible presentaba muchos problemas, uno de ellos es que no era tan verde como se vendía. Era renovable, porque se podía producir en vez de extraer como el combustible fósil, pero el supuesto impacto cero no era tal. La idea era que, al ser producido por las plantas con el CO2 que absorbían de la atmósfera, el ciclo del CO2 sería cerrado [planta absorve CO2 – transormamos la planta en biocombustible – quemamos combustible y producimos CO2 – planta absorve CO2], en lugar de abierto como con los fósiles[extraer-transformar-quemar]. Pero para que el rendimiento de este ciclo fuera próximo a la unidad se necesitaba que todo el combustible quemado fuera de origen bio, y sin embargo esto era imposible y había que quemar mezcla de fósil y bio.

Durante el último año oímos hablar mucho acerca de la aviación eléctrica. La densidad de energía por unidad de masa de las baterías es demasiado baja. Y en aviación siempre estamos preocupados por el peso. Si estamos limitados por la cantidad de baterías a poner estamos abocados a alcances y autonomías cortos, nada aplicable a la aviación comercial. Por es, más allá de aplicaciones puntuales, como aviones acrobáticos, pequeños aviones de aviación general y deportiva, o incluso aeronaves empleadas para vuelos comerciales tipo taxi de no más de 20 o 30 minutos, será dificil verlos. Y tenemos serias dudas sobre la viabilidad de lo que parece la nueva burbuja, similar a la de los drones, de los aerotaxis eléctricos de despegue vertical.

Una vez «desechado» el avión eléctrico, quedaba fijarse, otra vez, en el hidrógeno. La ventaja principal del hidrógeno es que en su combustión sólo se produce agua como residuo. ¿Qué hay más verde que eso?. Vamos a oir hablar tanto a Airbus, como a Boeing y otras compañías sobre desarrollos verdes e hidrógeno.

¿En qué aeronaves se piensa cuando se habla de aeronaves de hidrógeno? Pues en las de corto y medio alcance, esto es, tamaño A320/B737. Por un lado son las aeronaves que más gases emiten a la atmósfera, por ser el tipo de aeronave más numeroso. Por otro lado, precisamente por ser el tipo de aeronave más numeroso, es el mercado más apetecible para desarrollar este tipo de aeronaves.

El «desechar» las baterías en aviación, y no en automoción, tiene que ver con el rendimiento que se obtiene de los motores. Me explico, el rendimiento motopropulsor de un coche es pequeño, muy pequeño. El rendimiento motopropulsor de un avión de pasajeros es pequeño, como el de todo motor de combustión, pero no tan pequeño como el del coche, de hecho rondará el doble o más. Así que nos encontramos que en los vehículos terrestres, y teniendo en cuenta que casi siempre se usan para desplazamientos urbanos, es menos problemático ese aumento de peso, porque se ve compensado con el aumento de rendimiento. Y aun así, el alcance de los vehículos es muy limitado como para pensar en ellos como algo más que vehículos urbanos. Si esto es así en un vehículo terrestre, en un avión donde el rendimiento motopropulsor es mayor es un sacrificio impensable.

Una vez desechado la electricidad, podemos pensar en el hidrógeno: a igual cantidad de hidrógeno y de queroseno, el hidrógeno tiene 4 o 5 veces más capacidad energética, con lo que se necesita llevar menos, PERO su volumen es bastante mayor, posiblemente un orden de magintud mayor. Aun así es suficientemente interesante como combustible para pensar en él: los motores actuales se pueden modificar para consumirlo, como se hace con los coches y el GLP, y es un elemento facilmente obtenible y MUY abundante en la naturaleza. Y se pueden plantear también soluciones con pilas de combustible, como el avión que voló en Ocaña.

Además del problema del volumen, y por tanto del almacenamiento, el hidrógeno tenía otro problema más mundano: no había un ecosistema de hidrógeno que soportara su producción. Al no haber demanda tampoco había producción y por tanto no merecía la pena ni plantearse el hidrógeno como combustible. Sin embargo ahora comienza a haber demanda para trenes y coches, y también hay cada vez más empresas que lo producen, con lo que unas empresas alimentan a otras y es un buen momento por tanto de empezar a pensar en el hidrógeno como combustible de avión.

Y nos quedan más problemas que solucionar, como el psicológico. En cuanto se habla de hidrógeno y de aviación todo el mundo piensa en el desastre del Hindenburg, así que existe una barrera psicológica a vencer, entre los propios pilotos, tripulantes y clientes, que posiblemente lleguen ya hoy día a su trabajo o al aeropuerto en vehículos movidos por gas licuado de petróleo y no piensan en que pueda ser peligroso. Pero el hidrógeno es un combustible seguro, con la ventaja añadida de que una fuga no es contaminante, al contrario que las fugas de combustible o de otros gases hidrocarburos.

Y para cerrar este artículo vamos a volver al almacenamiento. En los vehículos terrestres se quiere recuperar a soluciones similares a las bombonas utilizadas con el GLP, depósitos a presión (250-300bar). Sin embargo para la aviación este sistema es muy aparatoso, y por tanto se requiere de almacenamiento criogénico (~-250ºC). Así que el reto es conseguir depósitos esféricos, idealmente, o cilíndricos, que se puedan aerotransportar facilmente.

Los depósitos hoy en día van en las alas, integrados dentro de la propia estructura del ala, y dejando todo el fuselaje para llevar pasaje o carga. Para llevar grandes depósitos cilíndricos hay varias soluciones. Una es situar uno grande en cola. Pero con esta solución se corre el peligro de hacer un avión excesivamente pesado de cola. Se podría situar en el morro, detrás de la cabina de los pilotos, pero además del morro pesado estaría el cómo acceder en vuelo a la cabina de los pilotos desde la de los pasajeros. Si bien dificultaría los secuestros y cumpliría con creces las normas de bloquear el paso a las posibles amenazas que vengan desde los pasajeros, también dificulta que los pilotos puedan recibir comida del galley o ir al servicio. Otra solución podría ser uno en el morro y otro en la cola, que si bien equilibra el peso, mantiene el problema del acceso a cabina. Así que se podrían barajar otras opciones, como llevar los depósitos colgados bajo las alas, quedando una imagen muy similar a los actuales cuatrimotores, o bien un gran depósito trasero con otros distribuidos dorsalmente a lo largo del fuselaje. Todo esto para los aviones tipo tubo con alas.

En el caso del ala volante o blended wing body, supongo que la colocación más obvia es la zona central del fuselaje, donde según los comentarios de los usuarios cada vez que ha salido una nota de prensa de aviones de este tipo, sería más difícil vender plazas por la distancia a las ventanas.

Según la nota de prensa de Airbus este tipo de aeronaves podría volar para 2035. A nosotros esa fecha nos parece, como poco, excesivamente optimista.

Para saber más: Bjorn’s Corner: The challenges of Hydrogen.

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