Na sitcom de animação dos anos 1960 The Jetsons, George Jetson vai para o trabalho em seu carro voador tamanho família, que milagrosamente se transforma em uma pasta no final da viagem.

Um novo estudo sobre os impactos de sustentabilidade ambiental de carros voadores, formalmente conhecido como aeronave elétrica de decolagem e pouso vertical, ou VTOLs, descobre que eles não seriam adequados para um trajeto curto no estilo Jetsons.

Contudo, VTOLs - que combinam a conveniência de decolagem e pouso verticais como um helicóptero com o voo aerodinâmico eficiente de um avião - podem desempenhar um papel de nicho na mobilidade sustentável para viagens mais longas, de acordo com o estudo, agendada para publicação em 9 de abril em Nature Communications . Várias empresas ao redor do mundo estão desenvolvendo protótipos de VTOL.

Carros voadores seriam especialmente valiosos em cidades congestionadas, ou em locais onde há restrições geográficas, como parte de um serviço de táxi compartilhado, de acordo com os autores do estudo do Centro de Sistemas Sustentáveis ​​da Universidade de Michigan e da Ford Motor Co.

"Para mim, foi muito surpreendente ver que os VTOLs eram competitivos no que diz respeito ao uso de energia e às emissões de gases de efeito estufa em certos cenários, "disse Gregory Keoleian, autor sênior do estudo e diretor do Centro de Sistemas Sustentáveis ​​da Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da U-M.

"VTOLs com ocupação total poderiam superar os carros terrestres para viagens de San Francisco a San Jose ou de Detroit a Cleveland, por exemplo, " ele disse.

O estudo U-M-Ford, a primeira avaliação abrangente de sustentabilidade de VTOLs, olhou para o uso de energia, emissões de gases de efeito estufa e economia de tempo de VTOLs em comparação com carros de passageiros terrestres. Embora os VTOLs produzam emissões zero durante o voo, suas baterias requerem eletricidade gerada em usinas de energia.

Os pesquisadores descobriram que, para viagens de 100 quilômetros (62 milhas), um VTOL totalmente carregado carregando um piloto e três passageiros tinha emissões de gases de efeito estufa mais baixas do que os carros terrestres com uma ocupação média de veículos de 1,54. As emissões vinculadas ao VTOL foram 52 por cento menores do que os veículos a gasolina e 6 por cento menores do que os veículos elétricos a bateria.

Akshat Kasliwal, primeiro autor do estudo e aluno de pós-graduação na Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da U-M, disse que as descobertas podem ajudar a orientar a implantação sustentável de um sistema de mobilidade emergente antes de sua comercialização.

"Com esses VTOLs, há uma oportunidade de alinhar mutuamente os casos de sustentabilidade e negócios, "Kasliwal disse." Não apenas a alta ocupação de passageiros é melhor para as emissões, também favorece a economia de carros voadores. Avançar, os consumidores podem ser incentivados a compartilhar viagens, dada a economia significativa de tempo de voar em comparação com dirigir. "

Nas próximas décadas, o setor de transporte global enfrenta o desafio de atender à crescente demanda por mobilidade conveniente de passageiros e, ao mesmo tempo, reduzir o congestionamento, melhorando a segurança e mitigando as mudanças climáticas.

Veículos elétricos e direção automatizada podem contribuir para alguns desses objetivos, mas são limitados pelo congestionamento nas estradas existentes. Os VTOLs podem potencialmente superar algumas dessas limitações, permitindo serviços de táxi pilotados ou outros serviços de viagens aéreas urbanas e regionais.

Várias corporações aeroespaciais e empresas iniciantes - Airbus, Boeing, Joby Aviation e Lilium, por exemplo - e agências como a NASA desenvolveram protótipos de VTOL. Um facilitador de eficiência crítica para essas aeronaves é a propulsão elétrica distribuída, ou DEP, que envolve o uso de vários pequenos, propulsores elétricos.

Os pesquisadores da U-M e da Ford usaram informações publicamente disponíveis dessas fontes e de outras para criar um modelo baseado na física que calcula o uso de energia e as emissões de gases de efeito estufa para VTOLs elétricos.

"Nosso modelo representa tendências gerais no espaço VTOL e usa parâmetros de vários estudos e projetos de aeronaves para especificar o peso, taxa de levantamento-arrasto e energia específica da bateria, "disse Noah Furbush, coautor do estudo e aluno de mestrado na U-M College of Engineering.

"Além disso, conduzimos análises de sensibilidade para explorar os limites desses parâmetros, ao lado de outros fatores, como intensidade de carbono da rede e velocidade do vento, "disse Furbush, que também é membro do time de futebol U-M.

O estudo começou enquanto Kasliwal e Furbush eram estagiários de verão na Ford. O trabalho continuou quando os alunos voltaram para Ann Arbor, com a ajuda de uma bolsa da Ford-University of Michigan Alliance.

Os pesquisadores analisaram o uso de energia primária e as emissões de gases de efeito estufa durante as cinco fases do voo VTOL:voo de decolagem, escalar, cruzeiro, descida e flutuação de pouso. Estas aeronaves usam muita energia durante a decolagem e subida, mas são relativamente eficientes durante a fase de cruzeiro, viajando a 150 mph. Como resultado, VTOLs são mais eficientes em termos de energia em viagens longas, quando a fase de cruzeiro domina o total de milhas de voo.

Mas para viagens mais curtas - qualquer coisa menos que 35 quilômetros (22 milhas) - veículos com motor de combustão interna de ocupante único usaram menos energia e produziram menos emissões de gases de efeito estufa do que VTOLs de ocupante único. Essa é uma consideração importante porque o deslocamento médio de um veículo terrestre é de apenas cerca de 17 quilômetros (11 milhas).

"Como resultado, as viagens em que os VTOLs são mais sustentáveis ​​do que os carros a gasolina representam apenas uma pequena fração do total de milhas anuais do veículo percorridas no solo, "disse o co-autor do estudo Jim Gawron, um estudante de graduação na Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da U-M e na Escola de Negócios Ross. "Consequentemente, Os VTOLs serão limitados em sua contribuição e função em um sistema de mobilidade sustentável. "

Não surpreendentemente, o VTOL completou a viagem de caso-base de 100 quilômetros muito mais rápido do que os veículos terrestres. Uma trajetória de vôo VTOL ponto a ponto, juntamente com velocidades mais altas, resultou em economia de tempo de cerca de 80% em relação aos veículos terrestres.

"Eletrificação de aeronaves, em geral, espera-se que mude fundamentalmente a indústria aeroespacial em um futuro próximo, "Furbush disse.

Os autores do estudo observam que muitas outras questões precisam ser abordadas para avaliar a viabilidade dos VTOLs, incluindo custo, ruído e aceitação social e do consumidor.