La posibilidad de volar con hidrógeno significa mayores oportunidades para viajar sin combustibles fósiles, y los avances tecnológicos para que esto suceda están avanzando rápidamente. Nuevos estudios de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, muestran que casi todos los viajes aéreos dentro de un radio de 750 millas (1200 km) podrían realizarse con aviones propulsados por hidrógeno para 2045, y con un novedoso intercambiador de calor actualmente en desarrollo, este alcance podría ser aún mayor.
«Si todo sale como debe ser, la comercialización de los vuelos con hidrógeno puede avanzar muy rápidamente. En 2028 podrían estar en el aire los primeros vuelos comerciales con hidrógeno en Suecia», afirma Tomas Grönstedt, catedrático de la Universidad Tecnológica de Chalmers y director del centro de competencia TechForH2* de Chalmers.
Algunos de estos avances tecnológicos se pueden ver en los túneles de viento de Chalmers, donde los investigadores prueban las condiciones del flujo de aire en instalaciones de última generación. Allí se están desarrollando motores más eficientes energéticamente que allanan el camino para un vuelo seguro y eficiente con hidrógeno para vehículos pesados.
El futuro de la aviación de corto alcance impulsada por hidrógeno en los países nórdicos
En el caso de la aviación impulsada por hidrógeno, los vuelos de corto y medio alcance son los más próximos a hacerse realidad. Un estudio publicado recientemente por Chalmers muestra que los vuelos impulsados por hidrógeno tienen el potencial de satisfacer las necesidades del 97 por ciento de todas las rutas de vuelo intranórdicas y el 58 por ciento del volumen de pasajeros nórdicos para 2045.
Para este estudio, los investigadores partieron de la base de que la distancia máxima de vuelo sería de 1.200 kilómetros y que se utilizaría un modelo de avión existente adaptado para funcionar con hidrógeno. El estudio, dirigido por el estudiante de doctorado Christian Svensson en el grupo de investigación de Tomas Grönstedt, también presentó un nuevo tanque de combustible que podía contener suficiente combustible, estaba lo suficientemente aislado como para contener el hidrógeno líquido superfrío y, al mismo tiempo, era más ligero que los sistemas de tanques de combustible basados en combustibles fósiles actuales.
Nuevos intercambiadores de calor para un mejor consumo de combustible
Los intercambiadores de calor son una parte vital de la aviación basada en hidrógeno y son un elemento clave de los avances tecnológicos que se están produciendo. Para mantener el peso ligero de los sistemas de combustible, el hidrógeno debe estar en forma líquida. Esto significa que el hidrógeno se mantiene superfrío en el avión, normalmente alrededor de -250 grados Celsius. Al recuperar el calor de los gases de escape calientes de los motores a reacción y al enfriar los motores en lugares estratégicos, se vuelven más eficientes. Para transferir el calor entre el hidrógeno superfrío y el motor, se necesitan nuevos tipos de intercambiadores de calor.
Para afrontar este reto, los investigadores de Chalmers llevan varios años trabajando en el desarrollo de un tipo de intercambiador de calor completamente nuevo. La tecnología, cuya patente está pendiente de patente por parte de su socio GKN Aerospace, aprovecha la baja temperatura de almacenamiento del hidrógeno para enfriar las piezas del motor y, a continuación, utiliza el calor residual de los gases de escape para precalentar el combustible varios cientos de grados antes de inyectarlo en la cámara de combustión.
«Cada grado de aumento de temperatura reduce el consumo de combustible y aumenta la autonomía. Hemos podido demostrar que los aviones de corto y medio alcance equipados con el nuevo intercambiador de calor pueden reducir su consumo de combustible en casi un ocho por ciento. Teniendo en cuenta que el motor de un avión es una tecnología madura y bien establecida, es un resultado muy bueno para un solo componente», afirma Carlos Xisto, profesor asociado de la División de Mecánica de Fluidos de Chalmers y uno de los autores del estudio.
Los investigadores también señalan que con una mayor optimización, este tipo de tecnología de intercambiador de calor en un avión comercial Airbus A320 normal podría proporcionar una autonomía mejorada de hasta un diez por ciento, o el equivalente a la ruta Gotemburgo-Berlín (aproximadamente 450 millas).
Suecia promete grandes inversiones, pese a los desafíos
El trabajo para desarrollar soluciones para la aviación de hidrógeno del futuro se está llevando a cabo en un frente amplio, con la colaboración de gobiernos, universidades y empresas privadas. En Suecia, el clúster de innovación, Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC), reúne a actores clave, incluidos líderes de la industria y expertos del mundo académico. En un reciente seminario del SHDC, investigadores de Chalmers presentaron su trabajo y varias empresas comerciales dieron testimonio de importantes inversiones en vuelos de hidrógeno en los próximos años. Si bien la tecnología está muy avanzada, los desafíos radican más bien en las grandes inversiones necesarias y en el desarrollo de infraestructura, modelos de negocio y asociaciones para poder producir, transportar y almacenar el hidrógeno de modo que sea posible la transición a los vuelos de hidrógeno. Se espera que una transición total requiera alrededor de 100 millones de toneladas de hidrógeno verde al año.
«Según las previsiones del sector, en 2050 entre el 30 y el 40 por ciento de la aviación mundial se alimentará de hidrógeno. Es probable que durante los próximos años necesitemos una combinación de aviones que funcionen con electricidad, combustible para reactores eléctricos (menos perjudicial para el medio ambiente) e hidrógeno. Pero cada avión que pueda funcionar con hidrógeno procedente de energías renovables reduce las emisiones de dióxido de carbono», afirma Tomas Grönstedt.
En TechForH2 existen buenas condiciones para afrontar el reto del hidrógeno y, con un presupuesto de 162 millones de coronas suecas (equivalente a 15,5 millones de dólares), el centro de competencia puede contribuir al desarrollo de diversas áreas de investigación que vinculan el hidrógeno y el transporte pesado.
Más información sobre TechForH2
- TechForH2 es un centro de competencia para la investigación multidisciplinaria del hidrógeno con el objetivo general de desarrollar nueva tecnología en propulsión de hidrógeno para vehículos más pesados como un paso importante en la transición hacia un sistema de transporte libre de combustibles fósiles.
- TechForH2 fue fundada por la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y es una empresa conjunta con Rise, Volvo, Scania, Siemens Energy, GKN Aerospace, PowerCell, Oxeon, Insplorion, Johnson Matthey y Stena.
- Con financiación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, la Agencia Sueca de Energía y los socios del centro, el presupuesto total del centro asciende a casi 162 millones de coronas suecas durante un período de cinco años en una primera fase, con posibilidad de extensión por otros cinco años.
- El centro realiza investigaciones en diversas áreas, como el desarrollo de materiales, la producción, la gestión del calor, las pilas de combustible, los sistemas de vehículos, los sensores, la seguridad y una serie de aspectos sociales de la transición al funcionamiento del transporte pesado con hidrógeno.
Más sobre el hidrógeno y el vuelo con hidrógeno:
- El hidrógeno, H2, es un gas invisible, inodoro y volátil que se licúa a unos -250 grados Celsius (20 Kelvin).
- Si el hidrógeno se produce a partir de energías renovables, no emite dióxido de carbono. Es lo que se conoce como «hidrógeno verde».
- Los vuelos con hidrógeno pueden ser propulsados eléctricamente, utilizando pilas de combustible que convierten el hidrógeno en electricidad mediante catálisis, o con motores a reacción, donde el hidrógeno se quema en una turbina de gas.
- El hidrógeno contiene más energía por kilogramo que el queroseno actual y además tiene la ventaja de que el producto residual de la combustión es principalmente vapor de agua.
- El gas es altamente inflamable si se mezcla con aire, por lo que son necesarios sensores de alta eficiencia.
- En la industria, el hidrógeno se utiliza actualmente, por ejemplo, en la producción de acero libre de combustibles fósiles.
