O governo do Reino Unido planeja proibir a venda de novos carros convencionais a gasolina e diesel até 2040. Claramente, o plano é que todos os cidadãos dirijam carros elétricos ou híbridos-elétricos, ou - melhor ainda - andar de bicicleta. Mas a eletrificação pode ajudar a reduzir as emissões de outra forma de transporte de passageiros com uso intensivo de carbono, vôo?

Esta é uma questão complexa e onde o tamanho é importante. É possível que aeronaves pequenas sejam movidas a eletricidade. Na verdade, várias empresas já estão desenvolvendo pequenas aeronaves elétricas e elas podem entrar no mercado nos próximos anos.

Mas para as aeronaves grandes que todos usamos com mais frequência, é improvável que isso aconteça tão cedo. O problema não é a tecnologia de propulsão, mas o armazenamento de energia. O combustível para aviões contém cerca de 30 vezes mais energia por quilograma do que a bateria de íon de lítio mais avançada atualmente disponível.

O maior avião de passageiros do mundo, o Airbus A380, pode voar 600 passageiros 15, 000 quilômetros em um único vôo. Mas, de acordo com meus cálculos, com baterias, ele só poderia voar um pouco mais de 1, 000 quilômetros. Mesmo se todos os passageiros e carga fossem substituídos por baterias, o intervalo ainda seria menor que 2, 000 quilômetros. Para manter seu alcance atual, o avião precisaria de baterias pesando 30 vezes mais do que sua ingestão atual de combustível, o que significa que nunca iria decolar.

Essa compensação é particularmente ruim para voos de longo curso porque o combustível representa a metade do peso da aeronave na decolagem. O que mais, um avião convencional fica mais leve à medida que o combustível é consumido, mas uma aeronave elétrica teria que carregar o mesmo peso de bateria durante todo o vôo. Como eu disse, tamanho importa.

Para uma aeronave leve de cinco a dez assentos, o combustível deve representar de 10% a 20% do peso da aeronave. Simplesmente trocar o combustível por baterias ainda pode reduzir a distância que o avião pode voar em uma quantidade impraticável. Mas a substituição de dois ou três passageiros por baterias adicionais daria um alcance de 500 quilômetros a 750 quilômetros, em comparação com uma faixa movida a combustível de mais de 1, 000km.

Primeiro modelo comercial

Contudo, pode haver outra opção. A empresa israelense Eviation revelou recentemente uma versão de protótipo do que afirma ser a primeira aeronave comercial de passageiros totalmente elétrica do mundo. A aeronave, chamada Alice, não apenas troca o jet fuel por baterias, mas é um conceito de design totalmente novo que melhora a maneira como o sistema de propulsão é integrado à fuselagem. Transportando nove passageiros com alcance de 1, 000km, Espera-se que Alice entre em serviço em 2022.

Alice pode ser uma alternativa prática para pequenos, viagens regionais, mas não para a maioria dos voos regulares de passageiros, mesmo os de curta distância. Então, como a eletrificação pode ajudar aqui? Melhorar a tecnologia da bateria é uma opção. Uma nova tecnologia conhecida como baterias de lítio-ar pode teoricamente atingir a mesma densidade de energia que o combustível de aviação. Contudo, eles ainda estão em fase de laboratório. Dada a natureza extremamente preocupada com a segurança da indústria da aviação, é improvável que planeje aeronaves futuras com tecnologia não comprovada.

O que provavelmente veremos em voos de curta distância nos próximos 20 a 30 anos são aeronaves híbridas que combinam os atuais motores turbofan com novos sistemas de propulsão elétrica. Este sistema híbrido mais flexível pode ser otimizado para fornecer o alto empuxo necessário para a decolagem e a densidade de energia necessária para um longo cruzeiro.

Esta é uma área que está sendo ativamente perseguida no projeto E-FanX, que envolve a Airbus, Rolls-Royce e Siemens se uniram para desenvolver um demonstrador de voo com propulsão elétrica híbrida. Usando uma aeronave BAe 146, que geralmente transporta cerca de 100 passageiros, eles planejam substituir um dos quatro motores turbofan Honeywell da aeronave por um ventilador propulsor acionado por um motor elétrico de dois megawatts.

Nas fases iniciais do projeto, a eletricidade será fornecida por uma turbina a gás Rolls-Royce AE2100 alojada na fuselagem da aeronave (corpo principal). Mas o E-FanX ainda será um passo importante na evolução da tecnologia elétrica híbrida. A Airbus diz que quer disponibilizar essa tecnologia para aeronaves de 100 assentos até 2030.

Também é possível equipar um avião com vários pequenos propulsores elétricos em um chamado sistema de propulsão distribuída, que é mais eficiente do que os projetos tradicionais que usam dois grandes turbofans. Esta ideia pode ser levada mais longe combinando a fuselagem e as asas separadas em um único "corpo de asas combinadas", integrando de forma mais eficiente os propulsores com a fuselagem em um design mais aerodinâmico. Isso poderia reduzir a quantidade de energia que a aeronave precisaria em 20%.

Mas nenhum dos dois principais fabricantes de aeronaves do mundo, Boeing e Airbus, estão buscando ativamente a tecnologia de asas combinadas. Essa grande mudança de design tem muitos desafios técnicos para torná-la comercialmente viável agora. Por exemplo, a maioria dos aeroportos não seria capaz de acomodar uma aeronave de asa mista.

Nenhuma alternativa

Infelizmente, para o tipo de voos que a maioria de nós faz, atualmente não há alternativa prática aos turbofans a jato. Por esta razão, os principais fabricantes de motores de aeronaves estão investindo pesadamente no aprimoramento da tecnologia atual de seus motores. A International Air Transport Association estima que cada nova geração de aeronaves é, em média, 20% mais econômica em termos de combustível do que o modelo que substitui, e que as companhias aéreas vão investir US $ 1,3 trilhão em novos aviões na próxima década.

Por exemplo, O motor mais recente da Rolls-Royce, o Trent XWB que alimenta o novo Airbus A350, é comercializado como "o grande motor aeronáutico mais eficiente do mundo". A Airbus afirma que o motor ajudará o A350 a atingir "custos operacionais 25% mais baixos, queima de combustível e emissões de CO₂ em comparação com aeronaves da geração anterior ".

A próxima geração de motor Rolls-Royce, o UltraFanTM, oferecerá uma redução adicional de 20% a 25% no consumo de combustível e nas emissões de CO₂ e deve entrar em serviço em 2025.

Mas vale lembrar que a aviação atualmente contribui com apenas 2% a 3% das emissões globais de CO₂. Isso se compara a cerca de 30% a 35% para todo o setor de transporte, e outros 30% a 35% para geração de eletricidade.

O número de passageiros aéreos deve dobrar nas próximas duas décadas, mas também o são as emissões totais, então é improvável que isso torne a aviação uma parte maior do problema. Reduzir as emissões da aviação em 20% por geração de aeronaves provavelmente não seria uma melhoria sustentável. Mas se as aeronaves híbridas forem transformadas em realidade, voar realmente poderia se tornar uma contribuição ainda menor para as emissões totais do que é hoje.

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