Surcar, aerolínea canaria, apuesta por el hidrógeno

Aunque no hayamos publicado nada acerca de Surcar, les hemos ido siguiendo la pista con ganas desde que anunciaran que querían unir las Islas Canarias con hidroaviones.

En España los hidroaviones están, o estaban hasta hace poco, limitados a un uso militar, y los pocos hidroaviones civiles que había eran, igualmente, apagafuegos. No existe apenas hidroaviación deportiva, ni tampoco comercial. De ahí nuestro interés por Surcar.

Y, ayer, anunciaron que aunque van a iniciar su andadura con Twin Otter hidroaviones convencionales, con intención de transicionar a Twin Otter con motores de hidrógeno de Zeroavia según vayan siendo viables.

Zeroavia voló por primera vez con hidrógeno en enero de 2023, y acaba de completar la primera fase de ensayos en vuelo en su Dornier Do228.

Notas de prensa

Surcar Airlines y motores de hidrógeno para sus vuelos

ZeroAvia anunció que ha firmado un acuerdo para proporcionar sus motores eléctricos de hidrógeno ZA600 al nuevo operador Surcar Airlines, que busca traer vuelos ecológicos a las Islas Canarias.

Surcar planea utilizar hidroaviones Twin Otter adaptados con el motor ZA600 en recorridos turísticos. La aerolínea recién lanzada está respaldada por inversores como la aerolínea danesa Nordic Seaplanes. Surcar Airlines apuesta por liderar la electrificación de la aviación para permitir vuelos cero emisiones en Canarias. Al ser pionera en vuelos turísticos ecológicos, la compañía tiene como objetivo inspirar e impulsar a otros operadores a adoptar prácticas sostenibles, acelerando la transición hacia un futuro más limpio para toda la industria.

Surcar Airlines iniciará operaciones con aeronaves de propulsión convencional; el siguiente paso será cambiar a motores eléctricos de hidrógeno para eliminar todas las emisiones en vuelo, proporcionando enormes reducciones adicionales en los impactos sobre el clima y la calidad del aire.

ZeroAvia está en vías de obtener la certificación en los próximos dos o tres años del motor ZA600 de 600 kW para aviones de 9 a 19 asientos y tiene un Memorando de Entendimiento con De Havilland de Canadá, titular del certificado de tipo del Twin Otter.

La Unión Europea tiene como objetivo una reducción del 55 por ciento en las emisiones de gases de efecto invernadero para 2030, y el Plan Nacional de Energía y Clima de España tiene como objetivo lograr un sistema de transporte completamente neutral en carbono para 2050. Esta acción política se refleja en las actitudes de los consumidores. Según una encuesta realizada por el Banco Europeo de Inversiones, tres cuartas partes de los europeos planean volar con menos frecuencia en el futuro por motivos medioambientales. Ofrecer vuelos limpios es un imperativo estratégico para la industria de la aviación.

Zeroavioa termina la campaña inicial de ensayos de certificación

ZeroAvia anunció en julio de 2023 la finalización de su campaña inicial de ensayos de vuelo del prototipo ZA600 en el aeropuerto de Cotswold en el Reino Unido. El décimo vuelo de la serie inicial se completó la semana del 12 de julio y se llevó a cabo una prueba de vuelo de crucero, preparando así los primeros vuelos de mayor longitud, entre aeródromos distintos, de la próxima etapa de ensayos.

En el transcurso de los últimos seis meses, ZeroAvia ha probado secuencialmente diferentes áreas de rendimiento, ampliando poco a poco y de forma segura la envolvente de vuelo, aunque por seguridad sólo uno de los dos motores fue sustituido por un ZA600, permaneciendo el del otro ala sin cambiar, el turbohélice de serie.

De manera crítica, a lo largo de todas las fases de prueba, la generación de energía de la celda de combustible y el sistema de propulsión eléctrica, que son los componentes centrales del nuevo motor de cero emisiones, tuvieron un desempeño a la altura de las expectativas o por encima de ellas. El motor eléctrico de hidrógeno ha igualado la potencia del motor convencional de combustible fósil en el ala opuesta, con los pilotos capaces de volar con empuje generado solo por el sistema experimental de propulsión limpia en ciertas pruebas.

[Vídeo] El Do 228 de ZeroAvia vuela por primera vez con hidrógeno y queroseno

El Dornier Do228 de ZeroAvia ha realizado su primer vuelo en el aeropuerto de Costwold. El vuelo ha durado 10 minutos y ha consistido en carreteo, despegue, un circuito estándar al rededor del aeropuerto y aterrizaje.

El avión no ha volado única y exclusivamente con hidrógeno. En su ala izquierda se había reemplazado el turbohélice por un motor eléctrico, alimentado por pila de hidrógeno, con un paquete de baterías de litio que proporcionan energía extra para los momentos críticos del vuelo, cuando más potencia se necesita.

En su ala derecha el avión montaba su Honeywell TPE-331 de serie.

Aunque las imágenes del modelo que nos han mostrado en otras ocasiones llevaba los depósitos de hidrógeno montados de forma externa, bajo las alas alas, durante este vuelo se ha vaciado el interior del avión para instalar todos los equipos necesarios para ensayos en vuelo así como los tanques de hidrógeno, baterías y sus sistemas asociados.

Esperamos ver pronto el avión en vuelo íntegramente propulsado por hidrógeno, pues esperan que entre en servicio en 2025.

Los primeros vuelos con hidrógeno de ZeroAvia se produjeron hace seis años, en una Piper Malibú. El primer avión con pila de hidrógeno voló de mano de Boeing en 2009 en Cuatro Vientos, mientras que el primer vuelo de un avión con hidrógeno fue el Bee Project en 1956. Airbus ha desvelado hace relativamente poco un motor que funciona con pila de hidrógeno, y es que se está apostando fuertemente por este combustible para descarbonizar la aviación.

Fuente: ZeroAvia

Airbus desvela un motor que funciona con pila de hidrógeno

El motor

Hoy día 30 de noviembre se ha celebrado el primer día del Airbus Summit 2022, durante el que se han presentado distintas novedades sobre los desarrollos de la compañía.

Posiblemente el más llamativo ha sido la presentación de su motor eléctrico alimentado por pila de hidrógeno, y todo el ecosistema que trae consigo.

El sistema de propulsión se está considerando como una de las posibles soluciones para equipar su avión de cero emisiones que preveen que entrará en servicio en 2035.

Airbus comenzará las pruebas en tierra y en vuelo de esta arquitectura de motor de pila de combustible a bordo de su avión de demostración ZEROe a mediados de ésta década. El avión de prueba de vuelo A380 MSN1 para nuevas tecnologías de hidrógeno se está modificando actualmente para transportar tanques de hidrógeno líquido y sus sistemas de distribución asociados.

Las celdas de combustible son una solución potencial para ayudarnos a lograr nuestra ambición de cero emisiones y estamos enfocados en desarrollar y probar esta tecnología para comprender si es factible y viable para la entrada en servicio de un avión de cero emisiones en 2035. A escala, y si se alcanzaron los objetivos tecnológicos, los motores de pila de combustible podrían impulsar un avión de cien pasajeros con un alcance de aproximadamente 1000 millas náuticas. Al continuar invirtiendo en esta tecnología, nos brindamos opciones adicionales que informarán nuestras decisiones sobre la arquitectura de nuestro futuro avión ZEROe, cuyo desarrollo pretendemos lanzar en el período 2027-2028.

Glenn Llewellyn, VP Zero-Emission Aircraft, Airbus

El avión en el que se ensayará

El avión en el que se ensayará no nos es del todo desconocido. Es el mismo A380 que ya presentáramos, que va a servir como banco de ensayos para la tecnología que rodea al hidrógeno, desde el motor a los depósitos criogénicos.

El A380 fue la elección obvia como banco de ensayos. Tiene mucho espacio interno y es sencillo acomodar no solo los nuevos sistemas, sino todos los asociados con los ensayos en vuelo. Además, el MSN001 ya tiene de por sí mucha instrumentación de ensayos en vuelo ya instalada y lista.

La instalación en el costado trasero del motor permite que al motor el aire le llegue «limpio», sin perturbaciones previas, y se espera que el flujo aguas abajo del motor y su hélice no causen problemas de control ni interferencias con la cola.

Estructuralmente, habrá que reforzar dos cuadernas y todo el espacio comprendido entre ellas, para la instalación del soporte extra para ensayar motores.

Tanto los depósitos de hidrógeno como las líneas de suministro del motor estarán aisladas del resto del fuselaje mediante una campana parabólica de 10m de largo y 4 de ancho, que se fabricará en fibra de carbono en Nantes. Esta campana no estará presurizada, siendo su presión la misma que la presión atmosférica que haya fuera del avión, y aislará todas las rutas de suministro de hidrógeno del resto del avión.

Los depósitos criogénicos

Además, Airbus se adelantaba en un día al Airbus Summit hablando ayer de los depósitos criogénicos necesarios para este tipo de propulsión.

Estos depósitos almacenan el hidrógeno a -253ºC y nada tienen que ver con los actuales para queroseno. Su forma debe ser, idealmente, esférica, o al menos cilíndrica con casquetes hemiesféricos en sus exremos. Airbus no solo debe ensayar su fabricación y funcionamiento, sino que su uso le obligará a replantearse totalmente su ubicación. Actualmente el combustible viaja en las alas. En los aviones de ensayos viajará cerca de la sección 19, la que sujeta el empenaje. Pero en los aviones de producción podría ir ubicado en la parte trasera del fuselaje, a lo largo de los largueros del ala, en depósitos subalares o en forma de espina dorsal a lo largo del avión. ¡No hay nada definido y es un nuevo reto a solucionar desde cero!

La pila de hidrógeno

El santo grial de la propulsión es proporcionar energía a los motores sin emisiones. Uno de los candidatos más prometedores es la pila de combustible de hidrógeno. Básicamente consiste en realizar la reacción de oxidación del hidrógeno pero sin combustión, obteniendo así la energía en forma de corriente eléctrica en lugar de calor. Al utilizar hidrógeno como combustible, en lugar de un hidrocarburo, el resultado de su oxidación es tan sólo de agua, en lugar de dióxido de carbono y agua, que darían los hidrocarburos.

Las pilas de combustible no son nuevas, llevan entre nosotros desde 1838, cuando fueron inventadas por Sir William Grove. El primer avión de pila de hidrógeno voló en Ocaña en 2008. El reto es múltiple: producir hidrógeno a escala industrial, hacer que la alimentación de motor con hidrógeno sea segura, lograr un ecosistema de producción, distribución, almacenamiento y suministro de hidrógeno… en definitiva, llevar a una escala industrial lo que se ha demostrado que es viable a escala de ensayo. Por ello Airbus se está concentrando en el desarrollo de estas céldas, que apiladas dan la potencia necesaria, de pila de hidrógeno.

Hidrógeno en los aeropuertos

Pero la apuesta de Airbus no se limita sólo a los aviones, y pretende llevar el hidrógeno a todo el aeropuerto y sus vehículos auxiliares. Además, el hacerlo a pequeña escala le sirve ya como ensayo de lo que puede ser la gestión de hidrógeno a más grande escala.

Airbus ha firmado un acuerdo de asociación con HyPort, una empresa conjunta entre ENGIE Solutions y la Agencia Regional para la Energía y el Clima en Occitania (AREC), líder en el desarrollo de hidrógeno verde en Francia, para apoyar el desarrollo de uno de los primeros aeropuertos «de hidrógeno»del mundo, con estaciones de producción y distribución de hidrógeno. La construcción de la estación de hidrógeno en el aeropuerto de Toulouse-Blagnac se completó a principios de este año y los sistemas de producción, almacenamiento y distribución se encuentran actualmente en las pruebas finales.

La estación, que está prevista que entre en servicio a principios de 2023, tendrá una capacidad para producir alrededor de 400 kg de hidrógeno por día, lo que brindará la posibilidad de alimentar a unos 50 vehículos de transporte terrestre.

Airbus está trabajando con HyPort para poner en marcha un plan de despliegue para la expansión de estas operaciones.

La asociación también permitirá preparar un plan que describa los requisitos y brinde orientación sobre la seguridad de las operaciones, el cumplimiento normativo, la aceptación social, así como la inversión financiera necesaria para el uso generalizado de hidrógeno en los aeropuertos.

Nuestra participación en HyPort demuestra el progreso tangible que está logrando Airbus en su viaje para asegurar los futuros ecosistemas energéticos del mañana. El uso de hidrógeno para descarbonizar todo el transporte terrestre asociado al aeropuerto en el período de 2020 a 2030 allanará el camino para la disponibilidad de hidrógeno para aviones de cero emisiones para 2035.

Karine Guenan, VP ZEROe Ecosystem, Airbus

Ariane, el aliado de Airbus para aprender a gestionar una aeronave con hidrógeno

El sector que más experiencia tiene en la gestión del hidrógeno como combustible, es el espacial. Así pues es totalmente lógico y esperable que Airbus haya encontrado su aliado en Ariane Group, que lleva más de 40 años utilizando el hidrógeno como combustible en sus lanzadores.

Airbus y ArianeGroup, una empresa conjunta propiedad a partes iguales de Airbus y Safran, y líder mundial en tecnologías de propulsión espacial, trabajarán juntos para construir la primera instalación de reabastecimiento de hidrógeno líquido para aviones ZEROe en el aeropuerto de Toulouse-Blagnac. La estación estará operativa en 2025.

ArianeGroup diseñará, producirá y respaldará las operaciones del sistema de abastecimiento de hidrógeno líquido necesario para el demostrador ZEROe de Airbus mientras se embarca en su campaña de pruebas en tierra y en vuelo, que comenzará a mediados de esta década.

La elección de Airbus como socio es un voto de confianza, que reconoce medio siglo de experiencia en hidrógeno líquido para la propulsión de cohetes Ariane. Estamos orgullosos de trabajar con Airbus en estos primeros pasos hacia aviones propulsados ​​por hidrógeno líquido. La aviación y el espacio son dos industrias pioneras. Unir nuestra experiencia es nuestra responsabilidad para enfrentar los desafíos del mañana. ArianeGroup, con sus habilidades y conocimientos únicos en el almacenamiento, prueba y uso de hidrógeno líquido, permite que nuevos sectores industriales en Europa aceleren su transición energética.

André-Hubert Roussel, CEO de ArianeGroup

Muchas de las tecnologías requeridas para un avión de cero emisiones ya están disponibles en otras industrias, y el manejo de hidrógeno líquido no es una excepción. Prepararnos para la entrada en servicio de un avión de cero emisiones en 2035 significa que debemos madurar todas las tecnologías requeridas en paralelo. Al asociarnos con ArianeGroup, aprovecharemos la reconocida experiencia en hidrógeno y otras tecnologías espaciales relevantes en la búsqueda de esta meta.

Sabine Klauke, directora técnica de Airbus

Podéis ver el Airbus Summit Day 1 en Youtube

Rolls Royce y easyJet ensayan el primer motor de avión de hidrógeno moderno

Rolls-Royce y easyJet han confirmado hoy, mediante nota de prensa, que han establecido un nuevo hito en la aviación realizando las primeras pruebas modernas con hidrógeno en un motor a reacción.

La prueba se llevó a cabo al aire libre en una instalación de ensayos del ministerio de defensa británico en Boscombe Down, utilizando un motor adaptado, el turbohélice Rolls-Royce AE 2100-A.

La prueba en tierra se ha llevado a cabo con hidrógeno verde, creado por la energía eólica y mareomotriz, suministrado por EMEC (Centro Europeo de Energía Marina), en Eday en las Islas Orcadas, Reino Unido.

Tras el análisis de esta primera prueba de concepto en tierra, la asociación planea una serie de pruebas adicionales que conduzcan a una prueba en tierra a gran escala de un motor a reacción Rolls-Royce Pearl 15.

Ambas compañías se han propuesto demostrar que el hidrógeno puede suministrar energía de manera segura y eficiente a los motores de aviación civil y ya están planeando una segunda serie de pruebas, con la ambición a más largo plazo de realizar pruebas de vuelo.

La asociación está inspirada en la campaña global Race to Zero respaldada por la ONU a la que ambas compañías se han suscrito, comprometiéndose a lograr cero emisiones netas de carbono para 2050.

Fuente: Rolls Royce

Tupolev Tu 155: el avión a hidrógeno ruso de los años 80

Si los estadounidenses hacían volar su avión de hidrógeno en los 50, el Bee Project, los rusos lo hacían en los 80. Y como veis ya se planteaban soluciones de diseño de almacenaje de hidrógeno similares a las que se plantean hoy en día.

Tu 155

A mediados de la década de 1970, la estrategia energética dominante en la URSS suponía que la energía atómica sería la predominante, mientras que el petróleo y el gas deberían considerarse de menor importancia en vista de su escasez, pues se creía que se acabarían muy pronto.

Se inició Programa de Energía de Hidrógeno. Los especialistas de Tupolev participaron en el programa. Alexey Tupolev tomó una decisión valiente: construiría aviones a hidrógeno.

Y se diseñó un avión, el Tu-155, que fue construido y probado con éxito, sin incidentes. Fue precedido por un programa de ensayos en banco en tierra, destinado a probar el funcionamiento de nuevos sistemas (¡más de 30 en la aeronave!) y verificar que su operación era segura.

Finalmente, la estrategia energética mencionada anteriormente no fue la que triunfó. La energía atómica no dominó el panorama. Fue el gas natural. El contenido de gas natural

Es por eso que Tupolev apostó finalmente por no usar no solo hidrógeno líquido sino también gas natural licuado (GNL). Así se construyó la primera Aeronave Criogénica del mundo.

Las notables propiedades del hidrógeno líquido como combustible de aviación y su alta limpieza ecológica, atrajeron la atención de los especialistas en aviación hacia este tipo de combustible. El hidrógeno líquido permite mejorar significativamente el rendimiento de las aeronaves, para construir aeronaves incluso que operen a velocidades de M>6.

Sin embargo, el precio extremadamente alto del hidrógeno líquido ha hecho que su uso comercial sea imposible durante mucho tiempo.

El «Programa de desarrollo de la aviación civil rusa para el período de 2002 a 2010 y hasta 2015» concluía que, en un primer paso, habría que introducir el GNL como combustible. Posteriormente llegaría el hidrógeno..

El gas natural se suministraría a cada aeródromo a través de tuberías. Su alta capacidad energética haría posible construir aeronaves con un rendimiento significativamente alto en comparación con las aeronaves que utilizan queroseno.

La reducción de emisiones utilizando el GNL se reduciría de la siguiente manera: monóxido de carbono: 1 a 10 veces, hidrocarburos: 2,5 a 3 veces, óxidos de nitrógeno: 1,5 a 2 veces, hidrocarburos aromáticos policíclicos, incluido el benzapireno, 10 veces.

El TU-155 fue construido sobre un TU-154B de serie. Para utilizar combustible criogénico, se modificaron el fuselaje y algunos sistemas estándar. Se instalaron sistemas de carga, almacenamiento y alimentación de combustible criogénico que garantizaban la seguridad contra incendios/explosiones, y también el sistema de adquisición y registro de datos.

Por motivos de seguridad, el sistema de combustible criogénico experimental se colocó dentro de un compartimento especial aislado de los compartimentos del fuselaje adyacentes mediante áreas de amortiguamiento provistas de un sistema de ventilación.

El motor experimental NK-88 impulsado por GNL o hidrógeno estba ubicado en la góndola derecha.

El combustible criogénico se mantenía en un tanque de combustible de 17,5 m3 de capacidad instalado en la parte trasera de la cabina de pasajeros. Para cargar la aeronave con combustibles criogénicos, se hizo un sistema de carga especial que, por seguridad, se ubicó en un lugar aislado, en el que también se alojó aire acondicionado.

Se ensayaron en tierra todos los sistemas nuevos del Tu-155 en busca de los problemas que pudieran surgir en el aire o, mejor dicho, para que no surgieran problemas en el aire. El 15 de abril de 1988, la aeronave realizó su vuelo inaugural utilizando hidrógeno líquido. El 18 de enero de 1989, el TU-155 realizó su primer vuelo con gas natural licuado. Se cumplió un gran programa de pruebas de vuelo, se realizaron varias demostraciones de vuelo internacionales, incluidas las de Bratislava, Niza, Berlín y Hanover.

El motor empleado fue el NK-88, un derivado del turbofan Kuznetsov NK-8-2, con un empuje 20945 Ib (9500 kg), el mismo que el del motor original.

El tanque principal, de 3,1 m de diámetro y 5,4 m de largo, era de aleación de aluminio AMG6 (en designación americana es similar al 5182), y tenía un revestimiento aislante de 50 mm de espuma de poliuretano. El motor NK-88 tiene una bomba centrífuga de dos etapas dedicada impulsada por una turbina de aire sangrado del motor. El GNL llegaba a -152°C pasaba a través de un intercambiador de calor para convertirlo en gas. La cámara de combustión del motor podía aceptar este suministro de GNL, hidrógeno o queroseno, que normalmente se usa para los otros motores.

Esquema logística en tierra

El desarrollo del TU-155 no sólo sirvió para entender cómo había que diseñar un avión a hidrñogeno, sino que se aprendió qué nuevas especialidades en ingeniería serían necesarias dentro de una compañía fabricante de aviones, que infraestructura terrestre criogénica era necesaria, cómo sería la logística para suministrar el combustible al avión, las medidas a tomar para garantizar la seguridad contra incendios/explosiones de aeronaves criogénicas y los equipos de soporte en tierra…

Era capaz de transportar 14 t de carga útil para una distancia de 2600 km con GNL y una distancia de 3300 km con GNL y queroseno.

Las empresas que participaron en el programa fueron, además de Tupolev: Kuznetsov, UKBM, OKB Crysta, GUP AKB, KKB Armaturproekt, AO tekhpribor, EPO Signa, KPKB Kriogenmash, NPO Khimavtomatika, TsIAM ( Instituto central científico de investigación de motores de aviación) , TsAGI ( Instituto central de aerohidrodinámica), VIAM (Unión científica para la investigación de materiales de aviación), GIPKh (Instituto estatal de química), VNIIPO, GosNIIGA ( Instituto estatal de investigaciones científicas para la aviación civil) , J.I.N.R., KHFTINT, KBOM, Gazprom, MGPZ y otras.

Los resultados fueron tan prometedores que se iniciaron los desarrollos de otros cuatro aviones con este sistema criogénico que permitía volar con hidrógeno o gas natural licuado, los Tupolev Tu 204K, 330K, elregional Tu-136 y el Tu 334.

Tu-204K
Tu-330K
Tu-334K
Tu-136
Tu-136

Fuentes