Quando Chitty Chitty Bang Bang foi lançado há 50 anos, carros voadores eram um vôo de fantasia. Agora, esses veículos futuristas estão entrando nas periferias da realidade. De acordo com um novo estudo publicado em Natureza , para algumas viagens, os carros voadores podem ser mais ecológicos do que os carros elétricos, reduzindo as emissões ao mesmo tempo que reduz o tráfego em estradas cada vez mais movimentadas.

Contudo, lacunas na tecnologia necessária e incertezas práticas além da física promissora dos carros significam que eles podem não chegar a tempo de ser uma solução em larga escala para a crise de energia e congestionamento - se é que chegam.

Como fazer um carro voar

À primeira vista, pode parecer loucura que um carro voador seja mais eficiente do que um carro de estrada, especialmente quando os aviões convencionais têm a reputação de beberrões de gasolina. Mas voar não é inerentemente ineficiente - afinal, pássaros podem voar entre continentes sem comer. Claro, um pequeno, carro de quatro passageiros não é um albatroz, mas também não é um Boeing 737.

Existem muitas maneiras de fazer um carro voar, mas a maioria é problemática demais para decolar. Talvez a opção mais promissora seja aquela feita neste estudo, com base na física de aeronaves de decolagem e pouso vertical (VTOL). Eles são bestas incríveis.

Se você já ouviu falar de VTOL, algo como um Harrier Jump Jet provavelmente vem à mente, com dois enormes motores direcionando o empuxo que pode ser inclinado verticalmente ou horizontalmente. Mas esses carros voadores muito menores e mais leves operam de forma diferente, com muitos minúsculos ventiladores elétricos soprando ar de muitos lugares. Esta tecnologia de propulsão elétrica distribuída (DEP) de rápido desenvolvimento é a chave para a eficiência durante o cruzeiro, e também cria possibilidades para uma decolagem mais silenciosa e pairando, como várias pequenas fontes de ruído podem ser melhor gerenciadas.

O projeto da asa e da hélice também pode ser otimizado para ser longo, afinar, e tem muitas superfícies móveis, assim como os pássaros fazem para tornar seu vôo eficiente. O objetivo de todos esses aprimoramentos técnicos é atingir a elevação máxima para o arrasto mínimo - a força que se opõe ao movimento de um objeto através do ar e diminui sua velocidade. Uma melhor razão de levantamento-arrasto significa menor consumo de energia, e, portanto, menores emissões.

Essas inovações de economia de energia tornam o cruzeiro uma brisa, mas não ajudam muito na decolagem, pairando, ou pousando, que ainda são inerentemente ineficientes. Portanto, embora os veículos voadores VTOL ainda sejam viáveis ​​para viagens curtas dentro da cidade e entregas de pizza, eles não vão resolver a crise de energia.

Para viagens de 100 km, veículos elétricos voadores podem ser 35% mais eficientes do que um carro movido a gasolina - embora, assumindo o mesmo número de passageiros, ainda menos eficiente do que um carro elétrico. Contudo, é justo supor que os carros voadores servirão principalmente como serviços de táxi em corredores aéreos predefinidos, e, portanto, tendem a transportar mais pessoas de forma consistente. Levando isso em consideração, para uma viagem de 100 km, as emissões de um carro voador podem ser 6% menores do que as dos carros elétricos.

À medida que a distância da viagem aumenta, o mesmo acontece com os ganhos de eficiência em relação aos carros de rua, que tem que lidar com a resistência ao rolamento e fluxo de ar menos eficiente. Mas infelizmente, intervalo é o calcanhar de Aquiles para a aviação elétrica. O estudo analisa um alcance de até cerca de 200 km e aqui os carros voadores podem ter um bom desempenho. Mas, embora os aviões a jato possam perder até 70% de seu peso durante o voo (embora a um custo de 100 kg de CO₂ por passageiro por hora), as baterias não ficam mais leves à medida que se descarregam. Isso significa que além de 200 km ou mais, carregar baterias torna-se uma desvantagem distinta.

A visão aceita é que os aviões elétricos só serão viáveis ​​para voos de curta distância. É a densidade de energia que importa, medido em watt-hora por quilograma. Agora mesmo, as melhores baterias fornecem cerca de 250 W-h / kg, uma mera sombra de combustível de jato e gasolina 12, 000 W-h / kg. As baterias podem chegar a 800 W-h / kg em meados deste século, aumentando seu alcance viável para 700 milhas - metade de todos os voos globais estão dentro desta distância. Mas sem uma inovação mais dramática na tecnologia de bateria, os biocombustíveis e o combustível líquido da captura de CO₂ pelo ar provavelmente precisarão desempenhar um papel importante nas viagens aéreas de longo curso.

Problemas na prática

Ao focar inteiramente na física dos carros voadores, o artigo evita uma série de aspectos práticos que devem ser considerados antes de adotarmos os carros voadores VTOL como uma forma sustentável de transporte para o futuro. Por exemplo, é importante considerar os custos de produção do carbono, manutenção e tempo de inatividade, conhecido como Análise do Ciclo de Vida (LCA). Os veículos elétricos têm sido criticados pelos custos de energia e ambientais da mineração de materiais primários para baterias, como lítio e cobalto. A infraestrutura adicional necessária para o vôo pode piorar o problema dos carros voadores. E claro, uma rede alimentada por fontes de baixo carbono é essencial para tornar os veículos movidos a bateria parte da solução para nossa crise climática.

As aeronaves também têm critérios altamente rigorosos para manutenção e tempo de inatividade, o que muitas vezes pode compensar ganhos em desempenho e emissões. Como uma raça inteiramente nova de aviões, é impossível prever quanto custaria mantê-los dignos de ar. Complicações imprevistas de manutenção podem custar bilhões - basta perguntar à Boeing.

Finalmente, o clima é importante. Um vento de cauda de 35 mph reduz o uso de energia e as emissões em 15%, mas um vento contrário de 35 mph aumenta em 25%. Ter que carregar baterias extras pesadas para evitar a catástrofe potencial de ficar sem carga antes de encontrar um local de pouso adequado pode compensar a economia de emissões. Carros de estrada, por contraste, pode facilmente encostar no acostamento quando necessário, sem consequência.

Então, quando se trata de emissões de CO₂ por passageiro-quilômetro, no momento, esses carros voadores avançados DEP são, na melhor das hipóteses, comparáveis ​​aos seus equivalentes elétricos para estradas, e, na pior das hipóteses, pouco melhor do que carros de combustão convencionais. Com melhorias de tecnologia e segurança, eles ainda podem desempenhar um papel em nosso futuro livre de combustíveis fósseis, tirando aviões de curta distância de nossos céus e liberando estradas cheias de fumaça. A pergunta na boca de todos é se esses carros voadores estarão prontos a tempo de fazer alguma diferença em nossa crise de energia urgente. Podemos esperar 30 anos?

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.