BeyondAero es una start-up que ha hecho volar recientemente, desde el aeródromo de Gap-Tallard, el primer prototipo de un avión tripulado a hidrógeno en Francia. Previamente, H3 Dynamics había probado sobre suelo francés su drone de carga a hidrógeno.
Ha realizado 8 tomas y despegues y 2 vuelos normales, alcanzado los 2300ft sobre el nivel del mar.
BeyondAero se ha centrado en el desarrollo del grupo motor, una pila de hidrógeno de 85kW que alimenta un motor eléctrico, y se ha ahorrado el desarrollo desde cero de la célula reutiliznado un ultraligero de la compañía G1, un avión STOL similar al ICP SavannahS y, como este, «inspirado» en el Zenair 701. Y han llamado a su G1 SPYL-XLretrofitado con pila de hidrógeno Bleriot.
La pila de hidrógeno genera hasta 85kW (115CV) de energía eléctrica. La potencia máxima disponible en el eje del avión es de 60kW (81CV), según la web del fabricante.
El hidrógeno lo almacena en forma gaseosa, en tres depósitos de 340 bares.
Siguiendo los ensayos con hidrógeno, traemos una noticia que ha publicado como nota de prensa Safran.
Hasta ahora sabemos que los motores de combustión tradicionales se pueden adaptar con relativa facilidad a quemar hidrógeno. Y que el problema del hidrógeno es, básicamente, su obtención y logística.
En este primer ensayo han probado un pequeño motor alimentado con hidrógeno gaseoso. En próximos ensayos se utilizará hidrógeno criogénico, con intención de propulsar aviones ligeros, como el desarrollado por Elixir, una aeronave ligera de última generación, con fuselaje semimonocasco en fibra de carbono y -actualmente- motorizada con motores Rotax, y certificado bajo EASA CS-23 hace tres años.
Las pruebas en las instalaciones de ArianeGroup en Vernon, Francia, forman parte del proyecto BeautHyFuel para explorar soluciones de propulsión de hidrógeno para aviones ligeros.
BeautHyFuel cuenta con el apoyo de la Dirección General de Aviación Civil de Francia (DGAC) como parte del programa de estímulo post-Covid de Francia, y está liderado por Turbotech y Elixir Aircraft en colaboración con Safran, Air Liquide y Daher.
El proyecto aprovecha la experiencia de décadas de ArianeGroup en propulsión de hidrógeno para el cohete Ariane.
El 11 de enero, Turbotech y Safran completaron con éxito la primera prueba de un motor de turbina de gas alimentado con hidrógeno con ciclo regenerativo de ultraalto rendimiento.
La prueba fue posible gracias a los recursos y la experiencia de décadas de ArianeGroup en la preparación y realización de pruebas con combustibles de hidrógeno para aplicaciones espaciales en sus instalaciones de prueba en Vernon, Francia.
Esta prueba inicial se realizó utilizando combustible de hidrógeno almacenado en forma gaseosa. En una segunda fase, a finales de este año, el motor se acoplará a un sistema de almacenamiento de líquido criogénico desarrollado por Air Liquide para demostrar la integración de extremo a extremo de un sistema de propulsión que replica todas las funciones en una aeronave completa.
Este primer experimento realizado con un motor de turbopropulsión regenerativa TP-R90 de Turbotech demuestra que podemos convertir tecnologías de combustión interna previamente probadas en una solución de cero emisiones de carbono viable para la aviación general. A medida que pasamos al combustible de hidrógeno líquido, el objetivo es ofrecer un sistema de propulsión de alta densidad energética con aplicaciones comerciales reales. Nuestra solución podrá adaptarse fácilmente a aviones ligeros y podría tener potencial en otros segmentos del mercado.
Damien Fauvet, CEO de Turbotech
Esta primera etapa del proyecto ha superado nuestras expectativas. Nuestro objetivo era validar el comportamiento del motor y el sistema de control de combustible en todas las fases, desde el arranque del motor hasta el máximo rendimiento, así como las estrategias en caso de fallo. Para Safran, este tipo de investigación a pequeña escala es realmente valiosa, porque podemos aprender rápidamente y de manera ágil. Complementa nuestras otras iniciativas a gran escala para eliminar las barreras a la propulsión de hidrógeno para el transporte aéreo, como nuestra demostración de tecnología en colaboración con CFM International como parte del programa ZEROe de Airbus, respaldado por Clean Aviation. La experiencia de ArianeGroup en pruebas de hidrógeno fue decisiva para el éxito oportuno de este primer paso crucial.
Pierre-Alain Lambert, vicepresidente de programas de hidrógeno de Safran
Turbotech, Elixir Aviation, Safran, Air Liquide y Daher formaron el proyecto de investigación conjunto BeautHyFuel en junio de 2022 para diseñar y probar en tierra un sistema de propulsión de hidrógeno apto para la aviación ligera y desarrollar una metodología para que pueda ser certificado para su adaptación.
BeautHyFuel se beneficia de la combinación única de las tecnologías de turbina ligera ultrarrápida de Turbotech, la experiencia de Safran como fabricante de motores aeroespaciales y diseñador de sistemas de combustible, las tecnologías de almacenamiento criogénico de hidrógeno de Air Liquide para la industria aeroespacial, el papel de Elixir como fabricante de aviones ligeros de cuarta generación innovadores y la experiencia de Daher en el desarrollo, certificación, producción y mantenimiento de aeronaves.
El proyecto BeautHyFuel cuenta con el apoyo del gobierno francés y de la DGAC a través del programa de estímulo post-pandemia de Francia. Complementa otras iniciativas de Safran para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte aéreo.
Bertrand Piccard se hizo famoso por impulsar y dar la vuelta al mundo en un avión impulsado exclusivamente por energía solar, el Solar Impulse. Ahora quiere repetir aquél gesto con un avión propulsado por hidrógeno, al que ha llamado Climate Impulse, en colaboración con la empresa Syensqo.
La cita está fijada para 2028. El suizo, que conoce ha batido el récord de autonomía al volante del Hyundai Nexo, quiere emprender de nuevo una vuelta al mundo en un avión sin emisiones, esta vez con pilas de hidrógeno líquido. Sabemos que los motores de hidrógeno son viables y se han ensayado ya en varias ocasiones (recordamos el Bee project de los 50, el Tupolev de los 80 y el Boeing de 2009). El mayor reto de este vuelo es crear depósitos criogénicos, para mantener el hidrógeno a -253ºC. Además se pretende utilizar exclusivamente hidrógeno verde.
Como explica un comunicado de prensa, el proyecto se lanzó tras dos años de investigación, bajo el liderazgo de Airbus, Daher, CapGemini y con la participación de ArianeGroup, posiblemente la empresa Europea con más experiencia en la gestión y logística del hidrógeno como combustible.
Un navegante de regatas oceánicas a su lado
Bertrand Piccard no estará solo, lo hará en compañía del francés Raphaël Dinelli, regatista de alta mar (Transat Jacques Vabre, Route du Rhum) y también ingeniero especializado en materiales compuestos. Diseñador y piloto de pruebas del avión eléctrico híbrido de energía limpia ERAOLE, dirigirá el montaje del avión, que integra los tanques en su fuselaje.
Las fechas y los desafíos
En términos de planificación, los próximos dos años se dedicarán a la fabricación y montaje de piezas. En 2026 se realizarán las primeras pruebas y, en 2027, una travesía del Atlántico al estilo Lindbergh entre la costa este de Estados Unidos y Le Bourget.
Al año siguiente, en 2028, los dos pilotos se embarcarán en su intento de dar la vuelta al mundo en un avión de hidrógeno.
Venimos siguiendo estos últimos años con interés todos los avances realizados en hidrógeno, y en concreto la iniciativa ZEROe de Airbus. De hecho no hace mucho hablábamos del primer vuelo con hidrógeno realizado por Airbus, con un motovelero.
Pero la pila de hidrógeno que alimentará el motor del futuro que ha arrancado por primera vez es mucho más grande. El motor fue presentado en 2022, y sabemos que el plan de Airbus y Safran es ensayarlo en un A380, y que han hecho ya algunas pruebas con su proyecto Hyperion.
El ensayo se ha realizado en una bancada de ensayos, iron bird la llaman en la nota de prensa, totalmente instrumentada para medir el rendimiento de las células de hidrógeno y del motor, y además capaz de soportar los esfuerzos que induce en ella el motor mientras soporta el motor. ¡Y la pila ha llegado a los 1.2MW (~16100CV) de potencia!.
La apuesta del futuro de Airbus es el SAF a corto plazo, y el hidrógeno a más largo plazo. Según desvelan sus notas de prensa, pretenden tener volanto tan pronto como en 2035 un avión con motor de hidrógeno, y en 2026 el A380 número de serie 001 (MSN001).
A finales de 2023, los equipos de ZEROe pusieron en marcha el futuro sistema de propulsión de hidrógeno diseñado para la aeronave de concepto eléctrico de Airbus. Además del sistema de celdas de combustible de hidrógeno, el «iron pod» -equivalente en motores al «iron bird«- contiene los motores eléctricos necesarios para hacer girar una hélice y las unidades que los controlan y mantienen refrigerados. Su exitoso encendido a 1,2 megavatios es un paso crucial en la hoja de ruta de Airbus para poner en servicio una aeronave de propulsión de hidrógeno para 2035.
El poder del elemento más abundante del mundo
En 2020, Airbus compartió cuatro conceptos de aeronaves propulsadas por hidrógeno con el público. Tres utilizaban la combustión de hidrógeno y motores híbridos para la potencia, y la cuarta era completamente eléctrica, utilizando celdas de combustible de hidrógeno y un sistema de propulsión de hélice. Estas celdas de combustible funcionan transformando el hidrógeno en electricidad a través de una reacción química. El subproducto de la reacción es agua (H2O), lo que resulta en casi cero emisiones.
El enorme potencial de las celdas de combustible de hidrógeno para descarbonizar la aviación las convirtió en una de las tecnologías clave elegidas para ser exploradas en mayor profundidad en el demostrador ZEROe, pero hubo un desafío. Aunque las celdas de combustible de hidrógeno ya existían en el mercado cuando comenzó el proyecto, ninguna proporcionaba la energía necesaria para alimentar una aeronave manteniendo un peso aceptable. Por lo tanto, en octubre de 2020, Airbus creó Aerostack, una empresa conjunta con ElringKlinger, para desarrollar pilas de celdas de combustible de hidrógeno que estarían en el corazón del sistema de propulsión eléctrica de una aeronave ZEROe.
Las pruebas exhaustivas del sistema de células de combustible se llevaron a cabo en Ottobrunn, Alemania, a solo 13 kilómetros de Múnich, en la Casa de Sistemas de Aeronaves Eléctricas (EAS, por sus siglas en inglés). La instalación de Airbus es la más grande de Europa para probar sistemas de propulsión y combustibles alternativos, y es donde se prueban los principales componentes del sistema de propulsión que impulsarán las hélices del demostrador.
En junio de 2023, Airbus anunció el exitoso programa de pruebas del sistema de células de combustible de hidrógeno, el cual alcanzó su nivel máximo de potencia de 1.2 megavatios. Fue la prueba más potente jamás lograda en la aviación de una célula de combustible diseñada para aeronaves a gran escala, y sentó las bases para el próximo gran paso del proyecto: integrar el sistema de propulsión completo con el motor eléctrico.
El hidrógeno alimenta el pod de hierro. El gran día tuvo lugar a finales de 2023, cerrando el año en un momento álgido para el equipo ZEROe. Después de completar con éxito las pruebas del sistema de celdas de combustible a 1,2 megavatios en junio y del tren motriz a 1 megavatio en octubre, los motores eléctricos del pod de hierro se alimentaron por primera vez con las celdas de combustible de hidrógeno.
“Fue un momento enorme para nosotros porque la arquitectura y los principios de diseño del sistema son los mismos que veremos en el diseño final”, dice Mathias Andriamisaina, jefe de pruebas y demostración del proyecto ZEROe. “El canal de alimentación completo se ejecutó a 1,2 megavatios, la potencia que pretendemos probar en nuestro demostrador A380”. Sistema de propulsión de celdas de combustible
Observar cómo interactúan los muchos sistemas durante esta prueba es clave para habilitar los siguientes pasos del proyecto. “Este proceso es cómo aprendemos qué cambios deben hacerse para que la tecnología sea apta para el vuelo”, dice Hauke Peer-Luedders, jefe del sistema de propulsión de celdas de combustible para ZEROe. “Medimos cómo funciona el sistema de propulsión en su conjunto probando la potencia necesaria para varias fases de vuelo diferentes, como el despegue, donde alcanzamos niveles máximos de potencia, y el crucero, cuando usamos menos potencia pero durante un período de tiempo más largo”.
Han pasado tres años desde que revelamos un concepto de avión alimentado al 100% por celdas de combustible de hidrógeno. Desde entonces, nos hemos adherido a nuestra línea de tiempo inicial y hemos hecho un tremendo progreso. El éxito reciente de poner en marcha el sistema de iron pod a 1,2 megavatios es un paso crucial hacia nuestro objetivo de poner un avión alimentado por hidrógeno en los cielos para 2035.
Glenn Llewellyn, vicepresidente de ZEROe Aircraft en Airbus
Las pruebas continuarán en esta primera versión del pod de hierro durante todo 2024. Una vez completado, el siguiente paso para el equipo ZEROe será optimizar el tamaño, la masa y las calificaciones del sistema de propulsión para cumplir con las especificaciones de vuelo. Las calificaciones incluyen las reacciones del sistema a la vibración, la humedad y la altitud, entre otros factores.
Una vez que se completen estas optimizaciones y pruebas, el sistema de propulsión de celdas de combustible se instalará en la plataforma de prueba de vuelo multimodal ZEROe, el primer A380 producido por Airbus, MSN001. Esto será seguido por las pruebas en tierra de los sistemas antes de la etapa crucial de probarlos en vuelo en el A380, actualmente programado para 2026.
Nueve años después… este proyecto de Piasecki vuelve a visitarnos. ARES es una aeronave de despegue y aterrizaje vertical no tripulada que permite transportar cargas externas entre su tren de aterrizaje. Nació allá por 2009 en forma de Transformer TX, o el proyecto de DARPA para crear un humvee volador.
Después de desechar la idea del coche todoterreno volador, el proyecto de Piasecki evolucionó hacia lo que hubiera podido ser el sustituto del K-MAX, el helicóptero de rotores de giro entrelazado de Kaman convertido en drone para entregar carga en zonas disputadas sin arriesgar la vida de los pilotos.
El concepto es similar al que presentara en su día Airbus+Ital Design+Audi. Un módulo terrestre intercambiable, y un módulo aéreo con rotores basculantes y capacidad VTOL. El módulo terrestre bien puede ser un contenedor de carga, uno de pasaje, o un vehículo terrestre, como aún muestran algunos vídeos de Piasecki. Bien podría considerarse dentro de nuestra serie de aeronaves con cabinas desmontable.
Y Piasecki acaba de anunciar un contrato conjunto con AFWERX y AFRL, por valor de 37 millones de dólares, para desarrollar su ARES (Aerial Reconfigurable Embedded System), aeronave de hélices entubadas en góndolas basculantes y un sistema de celdas de hidrógeno que debería propulsar los desarrollos de la compañía, incluido su helicóptero PA-890, del que también hablamos en este blog.
Piasecki está colaborando con Zeroavia, líder en aviación de hidrógeno-eléctrico, para desarrollar e implementar su revolucionaria tecnología de celdas de combustible de hidrógeno de membrana de intercambio de protones de alta temperatura (HTPEM) para el PA-890 y otras aplicaciones VTOL. Se espera que la aeronave eVTOL PA-890 sea el primer helicóptero compuesto de rotor ralentizado propulsado por hidrógeno de emisión cero.
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