La colaboración entre Airbus, General Electric y Safran (estos dos últimos forman el consorcio CFM) no se detiene en el motor Passport modificado para ser alimentado con hidrógeno para volar a lomos de un A-380, sino que además han firmado ensayar el motor de rotor abierto (también conocido como open-rotor, y antiguamente como unducted-fan y antes aún como prop-fan) instalado como motor interior izquierdo de un A-380.
El acuerdo se ha dado a conocer hoy en la feria de Farnborough.
Imgaen vía Airbus
La tecnología del rotor abierto no es nueva. Nació y se ensayó durante la anterior crisis petrolífera, conocida como Crisis de la OPEP. ¿Su ventaja? Consumir mucho menos que los turborreactores y motores de bajo índice de derivación empleados entonces. ¿La desventaja? El ruido. Y aunque hoy día se utilizan motores con alto índice de derivación y la mejora en consumo respecto a los mismos no es tanta, en una coyuntura económica donde el combustible va a escasear y va a subir de precio, cualquier ahorro es bienvenido. ¡Ah! y, además, es verde y compatible con otras tecnologías como la híbrida eléctrica o el hidrógeno.
¿Qué es un rotor abierto? Básicamente un turbofan con un ventilador tan grande que se hace poco práctico carenarlo con un fan-cowl. O un cruce entre turbo-fan y turbohélice.
¿Y el problema con el ruido que hizo que no triundaran en los 70 y 80? He aquí la verdadera maravilla e innovación de estos motores. Las nuevas tecnologías han logrado desarrollos más silenciosos.
¿Cuánto tardaremos en ver al político de turno quejándose de que los aviones a hélice son cosa del pasado y tercermundistas? Amigos míos, si logran que vean que son más verdes, con suerte, no los veremos.
El avión se instrumentará para ensayos en vuelo, y se rediseñará el pilón que soporta el motor, así como localmente la estructura del ala a la que va unido.
La evolución del motor ha ido cambiando, desde el unducted-fan de GE, en el que cada rotor era movido por una turbina distinta, al CROR desarrollado bajo el programa marco Clean Sky, en el que los rotores eran contra-rotativos, al actual concepto, similar al de un turbo-fan, con un rotor y un estator cuyas palas pueden variar su paso en vuelo.
Además, General Electric realizará pruebas en tierra sobre un 747.
Se espera que el motor consuma un 20% menos que un motor actual, y que tenga un empuje de 20 a 35 mil libras, como un turbofan LEAP 1, como los montados por algunos A-320.
SCEYE apuesta por ellos como HAPS, esto es, pseudo satélites de gran altitud (High Altitude Pseudo Satellites). Su objetivo es hacerlo con energías renovables. Y parece que podría estar interesada en operar desde el aeropuerto de Teruel. En este caso sería un dirigible puro, no como el híbrido que anunciaba Air Nostrum, lo que puede dificultar su manejo en tierra. Claro, que la idea es que actúe como pseudo satélite de comunicaciones y que apenas tenga que volver a tierra.
H2Clipper
H2 Clipper apuesta por el dirigible como medio de transporte. Supuestamente será de propulsión híbrida hidrógeno-eléctrica. Quieren tener su primer prototipo a escala para 2025 y un segundo prototipo a tamaño real para 2028. Fechas que nos parecen algo ambiciosas. Hay otros números que también asustan: pretenden poder transportar 150 toneladas métricas a 9650km de distancia, y competir con trenes y barcos.
Ocean Sky Cruises quiere devolvernos al lujo de los cruceros aéreos en zeppelin, puro sabor añejo años treinta. Pero de forma sostenible. Como Air Nostrum, apuesta por el HAV Airlander, dirigible híbrido (ya sabéis, no toda la sustentación viene del helio, parte viene del fuselaje sustentador). Quieren hacer dos rutas, una de ellas hasta el polo, la otra sobre el Trópico de Capricornio, por menos de 300000$ en su dirigible equipado como hotel de lujo.
Así pues, estamos ante el enésimo regreso de los dirigibles como la aviación del futuro. Y es que ya se sabe, en la aviación, como en la moda, todo vuelve de vez en cuando. Y, como dijimos en la presentación de Aviones Bizarros, en ocasiones las ideas vuelven una y otra vez y nunca se terminan de materializar simplemente porque son imposibles (=no son rentables o tecnológicamente son inviables). En otras ocasiones las ideas vuelven una y otra vez porque con la tecnología del momento no son factibles, y reaparecen de tarde en tarde hasta que la tecnología avanza y alcanza las ideas, y entonces se quedan entre nosotros (como los drones). ¿En cuál de los dos casos estaremos esta vez con los dirigibles?
El equipo de Elektra lleva más de diez años de experiencia acumulada en aviones eléctricos. La primera vez que aparecieron en nuestras páginas fue en 2010, y hacía mucho que les teníamos perdida la pista. Nos ha alegrado volver a leer de ellos, aunque parece que han rebajado su nivel de expectativas y han eliminado el requerimiento de avión solar para este entrenador.
La aeronave es muy aerodinámica, con un ala de gran alargamiento, lo que reduce la resistencia inducida, y con un tren retractil biciclo, con pequeñas ruedas auxiliares en punta de plano, al estilo de los veleros. Esta configuración de tren le permite reducir la resistencia y ahorrar peso.
Además Elektra trabajaba en hangares con techos solares para recargar sus aeronaves mientras están en el hangar, y en sistemas de diagnóstico avanzado, para mejorar el mantenimiento predictivo de las aeronaves.
El Elektra Trainer hereda claramente sus líneas de su predecesor monoplaza, el Elektra ONE.
El Elektra Trainer, como su antecesor Elektra ONE tiene un tren biciclo retractil con ruedas auxiliares de punta de plano, típico de los veleros
Según su nota de prensa:
El 29 de junio de 2022, un avión ultraligero -según la normativa alemana- eléctrico biplaza Elektra Trainer de Elektra Solar GmbH (una empresa derivada del Instituto DLR de Robótica y Mecatrónica) despegó para su vuelo inaugural en el Aeropuerto Internacional de Memmingen.
El avión despegó entre jets de negocios y aviones comerciales en menos de 100 m en silencio y sin emisiones. Después de unos 20 minutos de vuelo, el piloto de pruebas Uwe Normann aterrizó, confirmando las extraordinarias características de la aeronave, que incluso superó las expectativas de los desarrolladores, llegando a velocidades ascensionales de más de 1500fpm (8 m/s), volando en vuelo de crucero bajo con solo unos 10 kW (13.4CV) de potencia, sin vibraciones en la cabina y con una estabilidad perfecta. Al aterrizaje la batería tenía un remanente de un 80% de carga.
Elektra Trainer fue diseñado como un avión ideal para escuelas y clubes de vuelo. Los costes operativos son inferiores a 60 EUR/hora, que -según la nota de prensa- es aproximadamente la mitad del coste de un avión ultraligero clásico. Esta diferencia de precio aumentará de un año a otro debido al rápido aumento de los costos del combustible.
Con esta aeronave, Elektra Solar GmbH pone en funcionamiento una infraestructura en la nube para el diagnóstico automático del sistema y el mantenimiento preventivo (Digital Aircraft Platform). Los datos de estado del sistema del vuelo se cargan en una nube y se analizan automáticamente con la ayuda de algoritmos de IA. Los errores y desviaciones del estado normal se comunican al propietario y/o a una empresa de mantenimiento. Gracias a esta tecnología, se incrementará la seguridad de funcionamiento y se reducirá aún más el esfuerzo de mantenimiento.
Después de este vuelo inaugural, comenzarán las pruebas de vuelo de certificación, con el objetivo de completar la certificación UL alemana para fines de este año.
Autonomía: 2,5 horas
Alcance: 300 km
Cabina lado a lado de 1,25 m de ancho
La burbuja de plexiglás es cómoda para pilotos de 2 m de altura
Tiempo de montaje desde el remolque de transporte hasta que esté listo para volar: unos 30 minutos
Estación de carga portátil de 12 kW
Hélice de paso variable
Tren de aterrizaje retráctil eléctrico
Plataforma digital de aeronaves para diagnóstico automático de sistemas y mantenimiento preventivo
Tasa de planeo superior a 25:1
Velocidades
Crucero
120 km/h
Pérdida
con Flaps
82 km/h
Pérdida
sin flaps
91 km/h
Máxima
velocidad operacional
180 km/h
VNE
205 km/h
Velocidad
ascensional
3 m/s (590fpm)
Distancias de despegue y aterrizaje
Despegue
200 m
Aterrizaje
200 m
Alcance y Autonomía
Autonomía
máxima
2.5 hours
Alcance
máximo
300 km
Motorización
motor
eléctrico
HPD-50D
Potencia
máxima
50 kW | 67CV
Potencia
máxima continua
40 kW | 54CV
Potencia
de velocidad de crucero
12 kW | 16CV
Máxima
capacidad de la batería
35 kWh
Pesos
MTOW
600 kg | 1322,77 lb
Peso
en vacío pero con la máxima cantidad de baterías
No es la primera vez que Pipistrel visita este blog con sus aeronaves eléctricas. Y ahora vuelve de mano del Aero Club Barcelona-Sabadell y de Barcelona Flight School, porque lo han presentado hoy en el Museo Aeronáutico de Cataluña su nueva aeronave: el Pipistrel Velis, el primer avión de escuela eléctrico en España.
La aeronave que volará con el ACBS, F-HGBE, pertenece a Green Aero Invest, una compañía especializada en el leasing de material deportivo, como nos hicieron saber a través de Twitter.
En los últimos tiempos se habla de que el futuro verde de la aviación pasa bien por los SAF bien por el hidrógeno. La electricidad no la mencionamos, puesto que ya hemos discutido muchas veces que es más bien apta sólo para algunas aplicaciones muy concretas. Pero, ¿que es el Sustainable Aviation Fuel?
Tras esas siglas se esconden los ya conocidos biocombustibles más otros combustibles sintéticos de otras procedencias, cuyos procesos de obtención han sido certificados como seguros.
Así pues, si los SAF no dejan de ser hidrocarburos, y por tanto su quema no deja de producir dióxido de carbono y agua, ¿cuáles son sus ventajas? La principal es la diferencia de ciclo de producción respecto a los combustibles fósiles. En un combustible fósil, el ciclo es abierto. Se extrae, se transporta, se procesa, se distribuye, se quema, y se libera el dióxido de carbono y otros contaminantes. Sin embargo, el ciclo del SAF sería cerrado, puesto que el dióxido de carbono emitido sería vuelto a absorver por las plantas de las que deriva el biocombustible. Llegados a este punto, la pregunta obligatoria es, ¿Qué rendimiento tiene ese ciclo?
¿Y los problemas con los aromáticos de los biocombustibles?
Hasta ahora, uno de los problemas conocidos para usar los biocombustibles es que debían ir mezclados con keroseno normal y corriente. Esto se debía a la falta de hidrocarburos aromáticos en los biocombustibles, ahora SAF.
Por ello los vuelos que se habían realizado hasta el momento eran con mezcla de combustible fósil y combustible sostenible. Sin embargo, dentro de los procesos certificados para la obtención de SAF hay ahora algunos que producen un combustible que sí incluye aeromáticos, lo que ha hecho posible que durante este año se hayan anunciado varios vuelos con 100% SAF, incluso para todos los motores.
Nota aclaratoria: por seguridad las pruebas no se hacen nunca «a lo bruto», y primero se hace alimentando un motor con el combustible nuevo y el otro con el combustible tradicional, y en otras fases de los ensayos se reemplaza el combustible de ambos motores con el combustible ensayado.
Tabla con los procesos aprobados para la producción de SAF
Los procesos que proporcionan combustibles con mayor cantidad de aeromáticos son los FT-SPK y SPK/A, cuyas fuentes para producir el combustible son carbón, gas natural (algo así como los combustibles sintéticos usados por los alemanes ya en la Segunda Guerra Mundial) y biomasa. Sin embargo, 2 de las tres fuentes de este combustible son hidrocarburos fósiles, lo que haría reducirse el rendimiento del ciclo del SAF que mencionábamos antes.
Es posible, sin embargo, que gracias a la mezcla de este tipo de SAF con otros combustibles sostenibles sea lo que ha permitido que se realicen vuelos con 100% SAF, en lugar de con mezcla.
Fuentes para la obtención de los biocombustibles
Ya la tabla anterior nos deja entrever que hay varias fuentes posibles como materia prima y cuáles son. Las desgranamos.
Azúcar/Almidón
En éste el azúcar y el almidón se obtienen de plantas de consumo humano, lo que entra en conflicto directo con la obtención de alimento. De estas materias primas se derivan principalmente los bioetanoles, en los que Estados Unidosy Brasil son líderes hoy día. La brasileña Embraer incluso tiene certificado su Ipanema, un avión agrícola, para ser alimentado por este bioetanol.
Aceite
Se han intentado utilizar distintos aceites para la obtención de biocombustibles. Hace unos años la jatropha y la camelina salían en este blog, como los biocombustibles, con cierta frecuencia. Sin embargo su transformación no es rentable, asi que no pasaron de ensayos. Las algas, que también eran una fuente prometedora de biocombustibles, son difíciles de controlar y cultivar, y sus resultados económicos no son buenos aún. Las alófitas han dado algunos mejores resultados, aún sólo experimentales.
Otro de los cultivos, que no compite con la alimentación, es un tipo de tabaco modificado, en desarrollo en Sudáfrica como Proyecto Solaris.
Más fuentes de aceite, que no compiten con la alimentación, es el reciclaje de aceites de cocinar usados y los residuos de las grasas animales provenientes de la industria alimentaria. Se estima que anualmente se producen en el mundo 25 millones de toneladas de aceite usado de cocina y 5 millones de toneladas de grasas animales, lo que, en su conjunto, equivale al 10% de la producción mundial de bombustibles de aviación. El mayor problema de esta fuente es el coste de su recogida.
Biomasa lignocelulósica
La biomasa lignocelulósica tiene una gran tradición como combustible: siempre hemos quemado madera. Y desde mediados del siglo XX se intenta utilizar como fuente de combustible, convirtiéndola en etanol.
Esta materia prima tiene el potencial de ser utilizada para la producción de SAF a través de procesos avanzados. Se puede obtener directamente de la silvicultura de rotación corta (por ejemplo, adoptando especies de eucalipto, álamo, sauce y otras) o de residuos leñosos o subproductos de las industrias de procesamiento de la madera.
Además, se han identificado otras fuentes de material lignocelulósico como las gramíneas perennes. En general, estas biomasas se caracterizan por su rendimiento relativamente alto, bajos costos y potencial para crecer en tierras marginales.
A su vez, los residuos agrícolas se refieren a la biomasa del cultivo como hojas, paja, bagazo, tallos y cascarillas. Sus propiedades y composición son diversas, pero típicamente están constituidas por lignocelulosa. A pesar de su uso ocasional en la agricultura, se ha considerado su potencial para producir combustibles. Del 10 al 25 por ciento de los residuos podrían ser utilizados de forma sostenible sin competir con los usos tradicionales. Esta cantidad proporcionaría del 4 al 10 por ciento de la demanda mundial de combustible para el transporte en 2030 si se utilizara para producir etanol o diésel, como se supone en el informe de OACI que usamos como fuente.
Finalmente, otra de las fuentes posibles de lignocelulosa es obtenerla de los residuos sólidos urbanos, durante su procesado para reciclaje.
Procedimientos de transformación
Distintos procesos y fuentes para la obtención de SAF
Básicamente hay tres tipos de procesos: conversión de grasas, los bioquímicos y los termoquímicos.
El primero de ellos es el proceso mejor conocido hasta ahora, y el que permite la obtención de SAF a escala industrial. Es similar al refinado del petróleo.
Dentro de los segundos, sólo hay uno aprobado para producir combustible de aviación certificado: la gasificación de la biomasa sólida a temperaturas elevadas para obtener una mezcla de gases, mayoritariamente monóxido de carbono e hidrógeno, que se denomina “gas de síntesis” o “syngas”. Después de la purificación, el gas de síntesis se sintetiza en una mezcla de líquidos y gases que contienen cadenas de hidrocarburos de diferentes tamaños, en una reacción catalítica conocida como el proceso de Fischer-Tropsch. Dependiendo de la temperatura del proceso, los catalizadores utilizados y los pasos posteriores al refinado (por ejemplo, cuando se separan los componentes de la mezcla), es posible obtener productos con características similares al combustible de aviación.
Para terminar, los procesos bioquímicos. Dos rutas están incluidas en la categoría de conversión bioquímica. En el proceso alcohol-to-jet (ATJ), SAF se produce a partir de moléculas de alcohol, como etanol o isobutanol, hechas de plantas que contienen azúcar/almidón, materiales lignocelulósicos o procesos innovadores. ATJ se compone de procesos como deshidratación (eliminación de agua), oligomerización (conversión de moléculas pequeñas en más complejos) y la hidrogenación (adición de hidrógeno). El proceso HFS-SIP (Iso-Parafinas Sintéticas producidas a partir de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados, antes conocido como DSHC: Fermentación directa de azúcares a hidrocarburos) emplea microorganismos modificados genéticamente para convertir el azúcar en hidrocarburos o lípidos. En uno de estos casos, estos microorganismos, en lugar de producir etanol, producen sustancias como el farneseno (isoparafina sintética SIP) que puede convertirse en un producto de tan buenas características como el combustible de aviación. En este caso específico, los bajos rendimientos son restricción importante.
El uso de los combustibles sostenibles para la aviación puede reducir las emisiones de esta industria que, actualmente, solo contribuye con un 2% de emisiones de CO2 al total.
Esta reducción dependerá del rendimiento del ciclo cerrado del SAF. Lo ideal es que fuera igual a 1.
Sin embargo la introducción de combustibles sintéticos provenientes de combustibles fósiles como el carbon o el gas natural ya hace que se reduzca ese rendimiento.
Emisiones de dióxido de carbono según energía producida por biocombustible, teniendo en cuenta y sin tener las consideraciones de cambio de uso de la tierra (LUC – Land Use Change)
Otros factor muy importante que puede influir en ese rendimiento es la fuente de energía utilizada para la transformación de las materias primas en combustibles, siendo imprescindible las energías renovables, sin olvidar la importancia de la energía nuclear como respaldo. Si la energía procediera de la quema de otros combustibles, el rendimiento del ciclo sería aún mucho menor.
Tampoco podemos perder en cuenta los distintos impactos que puede tener la producción de los combustibles sostenibles para la aviación, como el cambio de uso del suelo, impacto en el precio de los alimentos…
Repercusiones socio económicas del SAF
Según el informe de la OACI, con la previsión de uso del suelo tanto para vivienda como alimentación, sin olvidar las zonas no cultivables y las protegidas por ley, sería posible la transición a la producción de SAF sin riesgos para la producción de alimentos.
Uso del suelo, actual y futuro
La ventaja principal del SAF es que no necesita modificar las aeronaves ni los motores, y por tanto tampoco la cadena logística de suministro, mantenimiento, etc, sufriría un gran impacto. Y además de buscar que sea sostenible y renovable, se puede buscar la independencia de los proveedores habituales de combustibles fósiles, deslocalizando su producción. Por tanto, el SAF es, a corto plazo, la mejor opción para reemplazar los combustibles fósiles, siempre y cuando se logre que su impacto socioeconómico sea positivo, y el rendimiento del ciclo de emisión de contaminantes sea lo más próximo a uno.
Sin embargo, a largo plazo parece que un cambio al hidrógeno es la mejor solución.
Sea como fuere, parece que los objetivos para 2035 pueden ser muy ambiciosos, y 2050 podrían ser más realistas.
