El Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha presentado un nuevo concepto de avión híbrido eléctrico que podría reducir las emisiones de óxido de nitrógeno en un 95 por ciento, evitando miles de muertes indirectas cada año. En el avión "turbo-eléctrico" del MIT las hélices eléctricas que se sitúan bajo las alas son alimentadas por un generador situado en la bodega. A su vez este se alimenta de una o varias turbinas de gas convencional cuyos gases de escape pasarían por un sistema de control de emisiones similar al de los vehículos diésel.
A la altitud de los vuelos de crucero, los aviones emiten un caudal constante de óxidos de nitrógeno (NOx) a la atmósfera, donde los productos químicos permanecen produciendo ozono y partículas finas. Los óxidos de nitrógeno son una fuente importante de contaminación del aire y se relacionan con enfermedades respiratorias como el asma o los trastornos cardiovasculares. En varios estudios se ha calculado que, en todo el mundo, la generación de estos productos químicos debido al sector de la aviación da como resultado 16.000 muertes prematuras cada año.
La tecnología del avión híbrido-eléctrico
Los ingenieros del MIT han ideado un nuevo concepto para la propulsión de los aviones que eliminaría el 95% de las emisiones de NOx y, por lo tanto, reduciría el número de muertes tempranas que se asocian a la aviación en un 92%. Este propulsor está inspirado en los sistemas de control de emisiones utilizados en los vehículos de transporte terrestre. En la actualidad, muchos camiones diésel de servicio pesado albergan sistemas de control de emisiones posteriores a la combustión para reducir el NOx generado por los motores. Los investigadores ahora proponen un diseño similar para la aviación, pero introduciendo una fase eléctrica.
La propulsión de los aviones actuales se basa en motores a reacción montados bajo las alas. Cada motor alberga una turbina de gas que impulsa una hélice que hace avanzar al avión a través del aire mientras los gases de escape de la turbina fluyen hacia la parte trasera. Debido a esta configuración, no ha sido posible utilizar dispositivos de control de emisiones, ya que interferirían con el empuje producido por los motores.
En el nuevo diseño híbrido-eléctrico, o "turbo-eléctrico" del MIT, la fuente de energía de un avión seguiría siendo una turbina de gas convencional, pero estaría integrada dentro de la bodega de carga del avión. Esta accionaría un generador, también situado en la bodega, que generaría la electricidad que para alimentar los motores eléctricos montados en las alas del avión. Con este diseño, el escape de la turbina de gas pasaría por un sistema de control de emisiones, muy similar a los de los vehículos diésel, que podría plegarse en forma de acordeón en la bodega de carga del avión, completamente aislado de las hélices que producen el empuje. Este sistema limpiaría las emisiones producidas por la turbina de gas limpiándolos antes de expulsarlos a la atmósfera.
Configuración mecánica del avión híbrido-eléctrico del MIT, con la turbina, el generador y el sistema de limpieza de los gases de escape en la bodega y motores eléctricos en las alas.
"Se trata de un tremendo desafío de ingeniería, pero no hay limitaciones físicas fundamentales", asegura Steven Barrett, profesor de aeronáutica y astronáutica del MIT. La tecnología es técnicamente viable y "tiene el potencial de resolver la parte de la contaminación del aire del sector de la aviación".
La mayor parte de este sistema eléctrico híbrido (turbina de gas, generador eléctrico y sistema de control de emisiones) cabe perfectamente dentro de la bodega de los grandes aviones comerciales donde suele haber un amplio espacio sin ocupar. Los investigadores calculan que si se implementara un sistema eléctrico híbrido de este tipo en un Boeing 737 o un Airbus A320, el peso adicional requeriría aproximadamente un 0,6% más de combustible, lo que comparado con la electrificación total, "sumaría algunos cientos de kilogramos a un avión, en lugar de agregar cientos de toneladas de baterías", explica Barrett. La diferencia de emisiones de NOx de una gran aeronave, con y sin un sistema de control de emisiones el 95% de estas.
El Dieselgate, detonante de la idea del avión híbrido eléctrico
La idea básica del avión híbrido-eléctrico surgió del trabajo de Barrett y su equipo en la investigación del Dieselgate de Volkswagen. En 2015, los reguladores ambientales descubrieron que el fabricante de automóviles había estado manipulando los motores diésel para activar los sistemas de control de emisiones a bordo solo durante las pruebas de laboratorio, de modo que parecían cumplir con los estándares de emisiones de NOx, aunque realmente emitían hasta 40 veces más en condiciones de conducción reales.
Barrett se familiarizó con los sistemas de control de emisiones de los vehículos diésel a la vez que trabajaba en la posibilidad de diseñar grandes aviones totalmente eléctricos. Las investigaciones que se han realizado en los últimos años muestran que probablemente sería factible electrificar aviones pequeños. Sin embargo, los grandes aviones necesitan un avance importante en la tecnología de las baterías para poder moverse con electricidad. "Pensé, en combinar la parte de propulsión eléctrica de los aviones pequeños, las turbinas de gas que han existido durante mucho tiempo, y son súper confiables y muy eficientes, y la tecnología de control de emisiones que se usa en la industria automotriz para habilitar aviones semielectrificados", explica Barrett.
La aviación híbrida eléctrica salvaría vidas
El estudio indica que si este sistema se implementara en todas las aeronaves del mundo, se evitaría el 92% de las muertes relacionadas con la contaminación debido a la aviación. Parta llegar a esta estimación utilizaron un modelo global que mapea el flujo de emisiones que provoca la aviación a través de la atmósfera, y calcularon la exposición a ellas de diversas poblaciones de todo el mundo. A continuación se convirtió esta exposición una estimación de la cantidad de personas que morirían como resultado de la exposición a las emisiones de la aviación.
El equipo de investigadores trabaja ahora en el diseño de un avión de "impacto cero" que vuela sin emitir NOx y otras sustancias químicas como el dióxido de carbono que alteran el clima. "Necesitamos llegar esencialmente a cero impactos climáticos netos y cero muertes por contaminación del aire", dice Barrett. "Este diseño actual eliminaría efectivamente el problema de contaminación del aire provocado por la aviación".
Los detalles del diseño, incluido el análisis del coste del combustible y los impactos en la salud, se publican en la revista Energy and Environmental Science. Los coautores del artículo son Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham y Jayant Sabnins, todos ellos miembros del Laboratorio de Aviación y Medio Ambiente del MIT.
