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@Brucknerite, ingeniero sector transporte ferroviario

Todo el transporte será electrificado. No es algo que, hoy, podamos cuestionar de ninguna forma significativa. Las necesidades impuestas por las consecuencias climáticas de la evolución de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre son palmarias y evidentes: tenemos que reducir a cero nuestra contribución neta de gases de efecto invernadero si no deseamos vernos inmersos en una catástrofe a cámara lenta que conllevará, entre sus resultados más previsibles, una intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos y la reducción radical de la diversidad biológica del planeta. Quién sabe si incluida en esa reducción de la biodiversidad estará nuestra propia especie, Homo sapiens. Y, aunque no lo estuviera, puede que nuestra civilización no sobreviva al asalto del calor, la humedad, el viento extremos, y a la desaparición de incontables formas de vida, destrozando las cadenas tróficas de las que dependemos para nuestra subsistencia.

Así pues, ante un riesgo existencial tan claro, afirmar que el transporte será electrificado es una obviedad. Podemos discutir acerca de plazos, de disponibilidad de materiales o de legislación, pero las respuestas son conocidas de antemano: tan pronto como sea posible, hay materias primas suficientes (y en el caso de que no las hubiera, deberíamos antes restringir nuestras actividades de transporte que continuar con emisiones que no podamos reducir o compensar de algún otro modo) y la legislación estará a la altura, salvo que elijamos, colectivamente, suicidarnos. Opción esta que después de la legislatura de Donald Trump en los Estados Unidos no parece tan implausible.

En un contexto así, ¿tienen sentido lo que ha dado en llamarse «movilidad aérea urbana»? Es dudoso. El urbanismo moderno, respondiendo a la llamada de los científicos, está planteando la vuelta a espacios «caminables»: ciudades densas en las que una gran mayoría de los servicios y puestos de trabajo se encuentran a distancias de la residencia que pueden cubrirse andando o mediante alguno de los llamados «medios blandos», electrificados o no: bicicletas y patinetes. El tráfico rodado, cuya existencia y cuyos atascos justifican en la mayor parte de los planes de negocio de las empresas que proponen soluciones de movilidad aérea urbana, está llamado no a desaparecer, pero sí a ser drásticamente dificultado. Del mismo modo que el aumento de capacidad de una vía genera una demanda inducida que lleva al tráfico a un nuevo punto de equilibrio de atascos en semanas o meses, se está demostrando que su reducción produce desplazamientos modales hacia los medios favorecidos. En este contexto de evolución urbana, apoyar iniciativas de movilidad aérea de corta distancia y baja capacidad es prácticamente una apuesta ideológica por el mantenimiento de un statu quo.

Sin embargo, no está demostrado que el nivel actual de desarrollo tecnológico en sistemas de almacenamiento de energía y plantas motrices permitan, hoy, este despliegue. Consideremos una batería de iones de litio, las que mejor energía específica ofrecen (medida en vatios-hora por kilogramo). Esta cifra de mérito se encuentra en la actualidad en el entorno de los 250 W·h/kg, y ninguno de los desarrollos de baterías en fases previas a la industrialización, pero más allá de una prueba de concepto en laboratorio (en términos de Technology Readiness Level, TRL o nivel de madurez tecnológica, entre los niveles TRL 3 y TRL 8) ofrece mejoras más allá de un factor dos de cara al futuro a cinco años vista, y con los riesgos inherentes de fracaso de cualquier proyecto de innovación tecnológica. Pues bien: el humilde queroseno de aviación ofrece casi 13 kW·h/kg, más de cincuenta veces la energía específica de cualquier batería. Incluso aplicando una corrección de rendimiento para igualar el hecho de que las baterías funcionan dentro de plantas motrices capaces de transformar el 90 por ciento de la energía bruta en movimiento, mientras que el queroseno arde en motores térmicos con rendimientos inferiores, no logramos que las baterías estén más cerca de los motores de combustión en energía específica que por un factor de veinte, en el mejor de los casos. Esto supone un recorte drástico de prestaciones para las aeronaves eléctricas, que se ven forzadas por diseño a configuraciones mono o biplaza en las que se prescinde completamente del piloto por imperativos de sostenibilidad financiera disfrazada de una mejor accesibilidad para la población general, que no necesitaría así licencias de piloto para poder ponerse a los mandos de uno de estos aparatos. Cuando la capacidad de transporte es superior para intentar cumplir con un requisito habitual en el transporte discrecional de viajeros de pequeño tamaño, a saber, disponer de cuatro o cinco plazas (algo que reflejan aeronaves del tipo del helicóptero Airbus H135), los tiempos de vuelo quedan reducidos hasta los quince minutos, como en el prototipo de multicóptero eléctrico eVTOL CityAirbus de Airbus.

Estos rangos minúsculos podrían tener sentido en contextos estrictamente urbanos, para canalizar demanda de transporte de o hacia un hub central de transporte (como un aeropuerto). Sin embargo, las baterías imponen más limitaciones operativas al funcionamiento de estos aparatos: deben recargarse, y el proceso de recarga es, por la misma limitación tecnológica de energía específica, muy lento en comparación con el repostaje de una aeronave convencional. La carga rápida en corriente continua más capaz existente en el mercado requiere 150 kilovatios de potencia en los puntos de recarga, lo que puede de por sí suponer una traba para la extensión de estos puntos, que requieren una infraestructura eléctrica de distribución y conversión específica. Este proceso de carga es fuertemente no lineal en cuanto a tiempos, encontrándose el tramo más rápido entre los niveles de carga del 20 y el 80 por ciento. Podemos estimar que el ciclo de carga de una batería de 110 kW·h como la del CityAirbus, se encontraría en el entorno de la media hora. Esto impondría un tiempo entre servicios de 45 minutos, y una tasa de aprovechamiento del vehículo del 33 por ciento. Dramáticamente inferior a la de cualquier taxi eléctrico, que en condiciones similares de carga puede rebasar el 90 por ciento. Esta cifra afecta gravemente a la rentabilidad del sistema de transporte, que necesitará salir al mercado a precios por viaje alrededor de treinta veces superiores a los del transporte de superficie (considerando que los costes de amortización del vehículo sean solo diez veces superiores a los de un taxi eléctrico convencional, lo que está también por demostrarse), y no tiene en cuenta la amortización de las instalaciones y personal del segmento de tierra.

Una respuesta usual y despreocupada de un mercado acostumbrado a los CEO fanfarrones y estrambóticos como Daniel Wiegand (de Lilium) es referirse a la posibilidad del intercambio en caliente de baterías. Estos sistemas, siempre postulados como completamente automáticos para reducir el efecto deletéreo para las cuentas de cualquier sistema de transporte del personal especializado, requieren de una serie de desarrollos que no existen. El contacto eléctrico en voltajes medios de corriente continua (las baterías suelen disponer de bornas a 600 voltios) no es algo que tomarse a la ligera. Incluso Elon Musk, el magnate de la automoción y los cohetes, famoso por realizar propuestas tecnológicas entre bizarras (en el sentido de valientes) e insensatas, y a veces lograr con resonante éxito sus objetivos, se vio obligado a recular de su propuesta de establecer una red de estaciones de servicio robotizadas para realizar intercambios en caliente de las baterías de los automóviles eléctricos de su marca. La realidad es que no es nada sencillo asegurar un buen contacto en una interfaz eléctrica desmontable sin recurrir a conectores especiales, e incluso estos no están pensados para su desconexión y conexión frecuente o rápida. Los fenómenos de deterioro térmico y oxidación de las superficies conductoras por la formación de puntos calientes en microcontactos son una fuente de fallos inaceptables en plataformas terrestres. Cuánto no lo serán, entonces, en vuelo, donde los puntos de conexión estarán sujetos a solicitaciones mecánicas muy duras.

El cambio de baterías rápido y habitual es, pues, una entelequia dado el estado del arte del sector, y las baterías mismas deberían ser capaces de entregar una energía específica un orden de magnitud superior al que ofrecen hoy para hacer del transporte aéreo una alternativa viable. Es necesario recalcar que no existen limitaciones físicas conocidas que impidan la existencia de estas baterías, pero tampoco hay un camino de desarrollo claro que nos lleve hasta ellas. Las alternativas son optar por células de combustible de hidrógeno, con sus propios problemas de fiabilidad, durabilidad y peso, o desarrollar sistemas basados en biocombustibles con vertidos netos de dióxido de carbono a la atmósfera cercanos a cero. Esta última posibilidad sí dispone de una hoja de ruta clara y será una posibilidad muy real en el entorno de la década de 2040, o antes si los desarrollos se aceleran. Sin embargo, no constituye una opción válida para la movilidad eléctrica urbana: los aparatos voladores resultantes serían equivalentes exactos de los helicópteros actuales, y ningún planificador urbano moderno aceptará jamás un tráfico masivo de artefactos tan ruidosos, por no hablar del nivel de emisiones que, aunque sea muy reducido en el balance global, será positivo en el punto de trabajo del vehículo. La opción de los biocombustibles vendrá al rescate de la aviación comercial convencional, cuyos vuelos (y por tanto emisiones) suceden a alturas muy elevadas y sobre territorios poco poblados o sobre el océano.

De todo esto se deduce que las limitaciones propias de las plantas motrices eléctricas harán de las aeronaves eléctricas de despegue vertical una realidad si el mercado se empeña en crearlas, y tendrán sentido solo si logran niveles de fiabilidad superiores a los de los actuales helicópteros, lo que requerirá largos años de vuelos de prueba y certificaciones. Aun así, volar en uno de estos aparatos será, seguramente, algo no muy diferente de hacerlo en un helicóptero actual, lo que lo dejará al alcance de segmentos de la población extremadamente exiguos. Es totalmente pertinente preguntarse, al ver el powerpoint de alguno de estos sistemas futuristas, como decía Cicerón, cui prodest.

Por @MiguelSanJim, ingeniero aeronáutico especialidad aeropuertos.

Lo primero que es necesario considerar es que el transporte aéreo de personas y mercancía mediante UAVS o eVTOL no es una moda pasajera de la cual no nos acordaremos en unos años, sino que es algo que ha venido para quedarse y, si bien el transporte de viajeros mediante aeronaves no tripuladas parece algo más lejano en el tiempo, el reparto de mercancías mediante UAVs o drones es algo que está a la vuelta de la esquina y que algunas compañías como Amazon o DHL llevan tiempo testando.

El hecho de descongestionar el transporte terrestre mediante un mayor uso de la tecnología que nos ofrece el transporte aéreo se puede considerar como positivo siempre que éste se realice con las máximas garantías de mantenimiento de la seguridad operacional a las que nos tiene acostumbradas el transporte aéreo y gracias a las cuales ha logrado convertirse en el medio de transporte más seguro. Pero claro, el mantenimiento de esa seguridad operacional debe realizarse en base a un marco regulatorio que, en cuanto al transporte aéreo de pasajeros y mercancías mediante UAVs y eVTOL está todavía en pañales.

Como ya ocurrió hace unos años con la irrupción de los primeros drones para uso tanto empresarial como recreativo, en esta ocasión la tecnología vuelve a ir por delante de la normativa que se debe encargar de regular su uso y nos encontramos en una situación en la que aquellas empresas o particulares interesados en implantarla deben hacerlo a tientas o en base a unas normas que aplican a algo que es parecido pero que no es lo mismo.

Centrándonos estrictamente en la estructura aeroportuaria (o vertiportuaria, mejor dicho) necesaria para la implantación de estas nuevas formas de transporte, todo parece indicar que se asemejará bastante al gran número de helipuertos – tanto elevados como a nivel de suelo – que ya existen en las grandes ciudades y que, por ejemplo, ya están siendo utilizados por compañías como Uber para el transporte urbano de pasajeros. ¿Significa esto que los próximos vertipuertos se deben diseñar en base al Anexo 14 de la OACI – Volumen 2 que regula el diseño heliportuario? Pues parece, al menos, una buena aproximación. ¿Sería necesaria la elaboración de un Volumen 3 del Anexo 14 de la OACI que recogiera las particularidades que puedan surgir en el diseño de estos próximos vertipuertos? Pues sería conveniente, la verdad.

Otro punto interesante a tener en cuenta en cuanto a integración de estos nuevos modos de transporte con el actual sistema aeroportuario es la aplicación del reciente Reglamento Europeo UE 2019/947 que ha entrado en vigor este 2021 y que regula, de una forma ya homogénea y en un marco europeo por fin, el uso de drones, UAVs y eVTOL ya que uno de los puntos fuertes que pudiera ofrecer esta nueva industria es desarrollo de estos vertipuertos en instalaciones aeroportuarias ayudando así a crear grandes nodos logísticos intermodales. De hecho, varios gestores aeroportuarios como ADP o Dusseldorf Airports ya se han mostrado interesados. ¿Cómo se coordinarán este tipo de aeronaves, en su inmensa mayoría no tripuladas, con control aéreo en las inmediaciones o en las mismas instalaciones de un aeropuerto? ¿afectará su implantación a la capacidad de pista del aeropuerto que lo implante? ¿qué tipo de distancias de seguridad se deben respetar entre estas futuras aeronaves no tripuladas y las aeronaves que todos conocemos actualmente si ambas van a usar las mismas instalaciones, por mucho que unas tengan la capacidad de realizar despegues y aterrizajes verticales?

En definitiva, la tecnología avanza en ocasiones demasiado deprisa y, por desgracia, la normativa no puede seguirle siempre el ritmo. Si bien el diseño de la estructura vertiportuaria necesaria para la implantación de estos nuevos modos de transporte así como su integración con la estructura aeroportuaria actual no parecen entrañar desafíos inasumibles sí se hace necesaria la creación de nueva normativa o adaptación de la normativa actual existente por parte de las autoridades competentes con el fin de que esta integración se haga siguiendo los altos estándares de seguridad operacional que rigen la industria aeronáutica. Porque, como siempre se dice, safety first.

Por @JoseM_SGP, yo mismo, ingeniero técnico aeronáutico especialidad en aeronaves, piloto de ULM y ex profesor para obtener el certificado para volar drones.

Durante las presentaciones del libro Aviones Bizarros me gustaba remarcar que para evolucionar no queda otra que ser valiente, apostar por diseños distintos y atrevidos. Y a partir de ese momento hay dos opciones: Si funciona, todo el mundo copia el invento. Si no funciona, el invento pasa al olvido, o a libros de aviones raros, y el inventor tomado por tonto o por loco. Tras esto solía remarcar que hay una tercera opción, y es que la idea, aunque buena, no sea viable en ese momento, y aunque para sus coetáneos sea una locura, puede que tiempo después invento e inventor sean recordados como pioneros. Tales son los casos de Diego Marín de Aguilera, por nombrar a uno de los pioneros de la aviación española, o de los numerosos proto drones que se dieron desde que Torres Quevedo quisiera montar su Telekino en un dirigible. Por todo ello no es sorpresivo que ciertas ideas se repitan a lo largo del tiempo una y otra vez, como las aeronaves no tripuladas, las pistas de despegue circulares o los coches que vuelan.

Por eso no nos ha sorprendido la vuelta a los aeropuertos en lo alto de las ciudades o la búsqueda en el cielo del espacio que falta en la tierra para resolver los problemas de congestión de tráfico. En su día no fueron posibles por distintos factores, bien normativa, bien por ser inviable económicamente, o bien por la dificultad y precio de obtener la licencia de vuelo. Nuevos materiales, nuevos motores, nuevas necesidades, una conciencia más ecológica y la posibilidad técnica de eliminar la necesidad de formación del piloto han puesto sobre la mesa el transporte aéreo urbano, ahora autónomo y a ser posible de despegue vertical.

He de confesar que años atrás, cuando se dio a conocer el Lilium, empecé a seguir estos desarrollos con mucho interés. A los pocos años estos proyectos habían brotado como hongos y dejaron de parecerme algo atractivo para considerar, mucho de ellos, meros trucos publicitarios de compañías deseosas de atraer la atención sobre sí mismas, en el mejor de los casos, inversores incautos en el peor.

Y llama la atención las quejas que se leen de tarde en tarde acerca de si la legislación va por detrás de los desarrollos del transporte aéreo urbano, sea o no eléctrico o tripulado, de pasajeros o de mercancías. Más bien parece que las empresas han empezado a realizar desarrollos sin conocer bien la legislación y la normativa. Y tratándose de normativa aeronáutica, una industria a la que le gusta jactarse de ser el transporte más seguro del mundo, es una normativa muy conservadora, restrictiva, y difícil de cambiar. Y más vale que siga siendo así.

Desde el punto de vista de la aeronave, son unos cuantos los problemas que podemos encontrarnos.

Por un lado, en general, las aeronaves que van a sobrevolar las poblaciones a baja cota deben ser multimotor, para asegurar que en caso de fallo la aeronave pueda seguir volando de forma segura hasta salir de la vertical de la población*. En muchos casos estas aeronaves son multirrotores, con lo que cumplen la primera parte de ser polimotores. Pero falta solucionar que la aeronave pueda seguir volando de forma segura, o al menos tomar tierra de forma segura, en caso de fallo de un motor, bien sea por fallo del propio motor o de impacto de ave contra las palas. No solo por disponer de potencia de sobra, sino por lograr que la aeronave sea controlable si falla un motor. De ahí que estén descartadas las aeronaves con sólo cuatro rotores.

*Las aeronaves del estado pueden estar exentas y pueden sobrevolar población siendo monomotores.

Muchas de estas aeronaves podrían realizar vuelos no solo dentro de la ciudad, sino entre ciudades próximas. Y esto conlleva que las aeronaves deban integrarse en un espacio aéreo que comparten con otras aeronaves no necesariamente “colaborativas”. Ejemplo claro sería cuando realizaran vuelos por espacio aéreo no controlado, donde puede haber aeronaves tripuladas volando bajo reglas visuales, y donde el “ver y evitar” (sense and avoid que dicen los ingleses) se basa en la vista, no en el uso de control aéreo o transponders. Incluso aunque se optara por una separación vertical, como las aeronaves VFR por encima de los 500 pies sobre el suelo y estos otros vehículos por debajo de los 400 pies sobre el suelo, cabría recordar que hay otras aeronaves que están exentas de la norma de volar siempre por encima de los 500 pies sobre el suelo, como ultraligeros, globos o veleros realizando vuelo de ladera.

Siguiendo con las aeronaves, se piensa en que su propulsión sea eléctrica o de hidrógeno, desterrando de los diseños los motores de combustión interna. Los problemas de ambas fuentes de energía son conocidos. En cuanto a los motores eléctricos, fiables y potentes, han de ser alimentados por baterías, pesadas y con poca densidad energética, lo que les dota de autonomías realmente pobres. En cuanto al hidrógeno, en la actualidad, no está solventado aún ni su producción ni su almacenaje en la aeronave, ni en general nada relacionado con su logística. Eso sí, siendo el peso uno de los principales problemas de este tipo de aeronave (si lo es en una aeronave convencional, en estas aún más), está totalmente justificado que todos sus desarrollos sean no tripulados.

En cuanto a los usuarios, son personas no necesariamente familiarizadas con el vuelo de la aeronave. Cualquier piloto, sea de aeronaves de ala fija o ala rotatoria, está formado e instruido en qué zonas de la aeronave son peligrosas, por esas cuchillas girando a alta velocidad llamadas hélices o rotores, o bien qué zonas de la aeronave no se pueden pisar, tocar, apretar… formación de la que carece el usuario medio de esta aeronave. Y precauciones que no le puede transmitir el piloto, desde el momento en el que se plantean como no tripuladas.

Haciendo hincapié en que los usuarios son personas no habituadas al vuelo en aeronaves ligeras, hay que tener en cuenta que el espacio aéreo sobre la ciudad no es el más confortable para volar. Térmicas, vientos locales producidos por las calles, rotores a sotavento de los edificios… haciendo que los viajes, posiblemente, no sean aptos para el estómago de todos los mortales.

Respecto a la población no usuaria pero sufridora de los medios de transporte que los demás escogemos, el nivel de ruido es importante. No solo se han ido tomando medidas de reducción de ruido en las principales vías más congestionadas de las ciudades con el tráfico rodado, sino que se intenta alejar al máximo los aeródromos y aeropuertos de las ciudades, precisamente por la contaminación acústica que se genera en los mismos. Y si los niveles de ruido de aeródromos como Sabadell o Cuatro Vientos son considerados como intolerables por parte de la población, a pesar de que operan en su mayor parte aeronaves de ala fija cuya huella sonora es más bien limitada, habrá que tener muy en cuenta los niveles sonoros que pueden emitir las aeronaves de ala rotatoria de transporte de pasajeros o de mercancías, que son en general mucho más elevados que los de cualquier avioneta media.

Y aunque estoy convencido de que en el futuro los coches particulares desaparecerán, somos pocos los que realmente disfrutamos de su conducción, y son máquinas totalmente inútiles que durante el 95% de su vida están estacionados y ocupando espacio, dudo mucho que sean reemplazados por servicios de transporte aéreo urbano autónomos. Y aunque éste llegue a existir, estará más orientado a cierta parte de la población con un alto poder adquisitivo, como el actual aerotaxi con helicóptero, que al común de los mortales. Para el resto, personas y mercancías, la solución vendrá posiblemente de vehículos terrestres autónomos, que recogerán al pasajero o la mercancía en un punto y la llevaran hasta otro, para a continuación recoger más carga de pago en las proximidades de donde haya finalizado su último viaje, para comenzar otra nueva ruta. En definitiva, la apuesta por los eVTOL es la de hacer lo mismo de siempre de una forma un poco distinta. La descarbonización pasa por cambiar el paradigma de ciudad, apostar por eliminar desplazamientos inútiles (¡el teletrabajo se ha demostrado posible!) y apostar por la energía eléctrica, también la nuclear.

El transporte aéreo urbano está de moda. Se habla de él, se están desarrollando más de 200 aeronaves para este propósito, y da que hablar en Twitter. Es por ello que he invitado a varios twitteros con los que hablo con frecuencia de este y otros temas a exponer sus puntos de vist. Cada día presentaremos un texto distinto, con un punto de vista distinto. Los ingenieros que han contribuido son:

• @MiguelSanJim, ingeniero aeronáutico especialidad aeropuertos
• @Brucknerite, ingeniero sector transporte ferroviario
• @Jeibros, investigador en robótica e inteligencia artificial (Univ. Del País Vasco)
• @elavionista, ingeniero
• @JoseM_SGP, yo mismo, ingeniero técnico aeronáutico especialidad en aeronaves, piloto de ULM y ex profesor para obtener el certificado para volar drones.

Abriré el melón de las contibuciones con mi texto, e iré añadiendo después los que me vayan llegando, en orden cronológico de llegada.

No esperéis siquiera que estemos de acuedo o que opinemos lo mismo, puesto que son opiniones y análisis individuales y personales. Esperamos que los disfrutéis.