La aviación, englobando tanto el transporte de mercancías como el transporte de pasajeros, es la causante de entre un 2 y un 3% de las emisiones mundiales de CO2, según el IPCC. Es por ello por lo que es un objetivo fundamental en todos los planes de reducciones de emisiones, y de aumento de la sostenibilidad del transporte. Es por eso que aparece el hidrógeno como combustible.
Sin embargo, no es tan sencillo abordar la descarbonización del transporte aéreo. Aunque se han experimentado diferentes biocombustibles en los últimos años, una de las alternativas más prometedoras, pero que requiere aún de desarrollos tecnológicos, es el uso del hidrógeno como combustible alternativo. El hidrógeno, empleado con asiduidad en la carrera espacial, no ha calado hondamente aun en el desarrollo de la aviación.
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El hidrógeno como combustible
Para empezar, hemos de tener en cuenta las propiedades del hidrógeno. El hidrógeno se puede transportar en estado comprimido o en estado líquido (criogénico). Si consideramos el estado comprimido (método habitual de transporte del hidrógeno en los automóviles que emplean este gas como combustible), hemos de tener en cuenta que, por las limitaciones de peso de los aviones, los depósitos de hidrógeno que podrían emplear únicamente permitirían almacenar el hidrógeno a 350 bar, frente a los 700 habitualmente empleados en automoción; y el hidrógeno comprimido a 350 bar presenta 11 veces menos energía por unidad de volumen que el queroseno actualmente empleado los aviones como combustible.
La alternativa al queroseno es el hidrógeno líquido
Por ello, la alternativa al queroseno sería utilizar hidrógeno líquido, en estado criogénico. Este presenta una densidad energética tres veces menor que la del queroseno por unidad de volumen, pero, sin embargo, almacena tres veces y media más energía que el queroseno por unidad de peso, lo que, sin duda alguna, supone una ventaja comparado con los combustibles tradicionales de la aviación.
Retos del uso del hidrógeno en la aviación
No obstante, esto nos lleva al siguiente problema: los depósitos de hidrógeno criogénico. Estos depósitos suelen ser enormes cilindros, lo que difiere mucho de la manera tradicional de llevar el combustible de los aviones, que suele emplear las alas del avión para albergar el líquido. Es por ello que los aviones que consideran el hidrógeno como combustible diseñan los depósitos de hidrógeno criogénico en el fuselaje del avión, y no en las alas; esto condiciona la forma del avión, y por lo tanto, la aerodinámica del mismo.
¿Hidrógeno quemado o en pila de combustible?
El siguiente aspecto a considerar es si este hidrógeno va a ser utilizado en una turbina (si se va a quemar, como se hace actualmente con el queroseno), o si se va a utilizar en una pila de combustible, para producir energía eléctrica, que mueva hélices montadas en motores eléctricos, similarmente a los automóviles eléctricos que emplean hidrógeno como combustible.
Sin duda alguna, entre los aviones que han empleado hidrógeno como combustible en reactores destaca el ruso Topolev Tu-155; este avión, que voló durante la década de los años 90, probó diferentes combustibles, entre los que estaba el hidrógeno líquido; el hidrógeno se quemaba en un motor especialmente desarrollado para ello (un Kuznetsov NK-88).
Característico motor Kuznetsov montado en el Tu-155
Entre aviones que han empleado el hidrógeno en una pila de combustible, destaca, sin duda alguna, el alemán HY4, primer avión de hidrógeno de pasajeros, que efectuó su primer vuelo en septiembre de 2016, transportando 9 kg de hidrógeno que se empleaban en 44 kW de pilas de combustible, que propulsaban los motores eléctricos del avión junto a 40 kW de baterías.
Fuente del Video HY4.org
Y, evidentemente, no podemos dejar de citar la avioneta eléctrica desarrollada por el equipo de Centro Europeo de Investigación y Tecnología (BR&TE) de Boeing en Madrid, alimentada por hidrógeno y pilas de combustible, que voló en 2008 en nuestro país.
El avión más eléctrico
La ventaja del hidrógeno almacenado en el avión, es que permite ser utilizado también como fuente de energía eléctrica. Se emplean para ello pilas de combustible en distintas partes del avión, contribuyendo así a lo que se denomina el “avión más eléctrico”.
Los aviones actuales tienden a aumentar la electrónica que transportan, así como el número de dispositivos que necesitan energía eléctrica para funcionar.
La generación distribuida de energía eléctrica a lo largo del fuselaje del avión, empleando pilas de combustible alimentadas por hidrógeno que transportase este avión, es, sin duda alguna, una de las características más importantes del avión propulsado por hidrógeno.
Vehículos aéreos no tripulados gracias al hidrógeno
Otra utilización singular del hidrógeno en el entorno aeronáutico son los vehículos aéreos no tripulados o UAV. Entre los UAV que operan con hidrógeno destaca el Phantom Eye.
El Phantom Eye está desarrollado por Boeing y propulsado por hidrógeno líquido. Es capaz de estar más de 8 horas en el aire, y llegar a altitudes de más de 16.000 metros propulsado por dos turbohélices.
El Phantom Eye dejó de estar operativo en 2016, aunque la posibilidad de relanzar un nuevo modelo con 10 días de autonomía sigue viva.
Actualmente, no se estima que el hidrógeno se emplee como combustible en aviones antes de la década de 2040.
Por otra parte, algunas voces expertas hablan de la posibilidad de emplear hidrógeno renovable y CO2 capturado de la atmósfera para producir combustibles sintéticos. Esto colaboraría con la sostenibilidad en la aviación.
¿Pilas de combustible o turbinas? ¿Aviones más eléctricos, mayores o menores? Sin duda alguna, y aunque costará un cierto desarrollo tecnológico, la descarbonización gracias al hidrógeno también llegará al sector aeronáutico.
