Aviões elétricos podem parecer futuristas, mas não estão tão distantes, pelo menos para saltos curtos.
Velis Electros de dois lugares já estão zumbindo silenciosamente pela Europa, hidroaviões elétricos estão sendo testados na Colúmbia Britânica e aviões maiores estão chegando. A Air Canada anunciou em 15 de setembro de 2022 que compraria 30 aeronaves regionais híbridas elétricas da Heart Aerospace da Suécia, que espera ter seu avião de 30 lugares em serviço até 2028. Analistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA observam que o primeiro avião híbrido elétrico de 50 a 70 lugares poderia estar pronto não muito depois disso. Na década de 2030, dizem eles, a aviação elétrica pode realmente decolar.

Isso é importante para gerenciar as mudanças climáticas. Cerca de 3% das emissões globais vêm da aviação hoje e, com mais passageiros e voos esperados à medida que a população se expande, a aviação pode produzir de três a cinco vezes mais emissões de dióxido de carbono até 2050 do que antes da pandemia de COVID-19.

O engenheiro aeroespacial e professor assistente Gökçin Çınar desenvolve conceitos de aviação sustentável, incluindo aviões híbridos elétricos e alternativas de combustível de hidrogênio, na Universidade de Michigan. Perguntamos a ela sobre as principais maneiras de reduzir as emissões da aviação hoje e para onde estão indo tecnologias como eletrificação e hidrogênio.

Por que a aviação é tão difícil de eletrificar?

As aeronaves são alguns dos veículos mais complexos que existem, mas o maior problema para eletrificá-las é o peso da bateria.

Se você tentasse eletrificar totalmente um 737 com as baterias de hoje, teria que tirar todos os passageiros e carga e preencher esse espaço com baterias apenas para voar por menos de uma hora.

O combustível de aviação pode conter cerca de 50 vezes mais energia em comparação com as baterias por unidade de massa. Então, você pode ter 1 libra de combustível de aviação ou 50 libras de baterias. Para fechar essa lacuna, precisamos tornar as baterias de íons de lítio mais leves ou desenvolver novas baterias que retenham mais energia. Novas baterias estão sendo desenvolvidas, mas ainda não estão prontas para aeronaves.

Uma alternativa elétrica são os híbridos.

Mesmo que não possamos eletrificar totalmente um 737, podemos obter alguns benefícios de queima de combustível das baterias nos jatos maiores usando sistemas de propulsão híbridos. Estamos tentando fazer isso acontecer no curto prazo, com uma meta de 2030-2035 para aviões regionais menores. Quanto menos combustível for queimado durante o voo, menos emissões de gases de efeito estufa.

Como a aviação híbrida funciona para reduzir as emissões?

As aeronaves elétricas híbridas são semelhantes aos carros elétricos híbridos, pois usam uma combinação de baterias e combustíveis de aviação. O problema é que nenhuma outra indústria tem as limitações de peso que temos na indústria aeroespacial.

É por isso que temos que ser muito inteligentes sobre como e quanto estamos hibridizando o sistema de propulsão.

O uso de baterias como assistência de energia durante a decolagem e a subida são opções muito promissoras. Taxiar para a pista usando apenas energia elétrica também pode economizar uma quantidade significativa de combustível e reduzir as emissões locais nos aeroportos. Há um ponto ideal entre o peso adicional da bateria e a quantidade de eletricidade que você pode usar para obter benefícios líquidos de combustível. Este problema de otimização está no centro da minha pesquisa.

Os híbridos ainda queimariam combustível durante o voo, mas poderia ser consideravelmente menos do que apenas depender inteiramente de combustível de aviação.

Vejo a hibridização como uma opção de médio prazo para jatos maiores, mas uma solução de curto prazo para aeronaves regionais.

Para 2030 a 2035, estamos focados em turboélices híbridos, tipicamente aeronaves regionais com 50 a 80 passageiros ou usadas para carga. Esses híbridos podem reduzir o uso de combustível em cerca de 10%.

Com híbridos elétricos, as companhias aéreas também podem fazer mais uso dos aeroportos regionais, reduzindo o congestionamento e o tempo que os aviões maiores passam ociosos na pista.

O que você espera ver no curto prazo com a aviação sustentável?

A curto prazo, veremos mais uso de combustíveis de aviação sustentáveis, ou SAF. Com os motores atuais, você pode despejar combustível de aviação sustentável no mesmo tanque de combustível e queimá-lo. Combustíveis feitos de milho, oleaginosas, algas e outras gorduras já estão sendo usados.

Combustíveis de aviação sustentáveis ​​podem reduzir as emissões líquidas de dióxido de carbono de uma aeronave em cerca de 80%, mas a oferta é limitada e o uso de mais biomassa como combustível pode competir com a produção de alimentos e levar ao desmatamento.

Uma segunda opção é usar combustíveis de aviação sintéticos sustentáveis, que envolve a captura de carbono do ar ou de outros processos industriais e sua síntese com hidrogênio. Mas esse é um processo complexo e caro e ainda não tem uma escala de produção alta.

As companhias aéreas também podem otimizar suas operações no curto prazo, como o planejamento de rotas para evitar voar em aviões quase vazios. Isso também pode reduzir as emissões.

O hidrogênio é uma opção para a aviação?

O combustível de hidrogênio existe há muito tempo e, quando é hidrogênio verde – produzido com água e eletrólise alimentada por energia renovável – não produz dióxido de carbono. Também pode conter mais energia por unidade de massa do que as baterias.

Existem duas maneiras de usar hidrogênio em um avião:no lugar do combustível de jato comum em um motor, ou combinado com oxigênio para alimentar células de combustível de hidrogênio, que geram eletricidade para alimentar a aeronave.

O problema é o volume – o gás hidrogênio ocupa muito espaço. É por isso que os engenheiros estão procurando métodos como mantê-lo muito frio para que possa ser armazenado como líquido até que seja queimado como gás. Ele ainda ocupa mais espaço do que o combustível de aviação, e os tanques de armazenamento são pesados, então como armazená-lo, manuseá-lo ou distribuí-lo em aeronaves ainda está sendo estudado.

A Airbus está fazendo muitas pesquisas sobre combustão de hidrogênio usando motores de turbina a gás modificados com uma plataforma A380, e pretende ter tecnologia madura até 2025. A companhia aérea australiana Rex espera começar a testar um avião elétrico a hidrogênio de 34 lugares para saltos curtos próximos anos.

Devido à variedade de opções, vejo o hidrogênio como uma das principais tecnologias para a aviação sustentável.

Essas tecnologias serão capazes de atender às metas do setor de aviação para reduzir as emissões?

O problema com as emissões da aviação não são seus níveis atuais – é o medo de que suas emissões aumentem rapidamente à medida que a demanda aumenta. Em 2050, poderemos ver três a cinco vezes mais emissões de dióxido de carbono da aviação do que antes da pandemia.

A Organização de Aviação Civil Internacional, uma agência das Nações Unidas, geralmente define os objetivos da indústria, analisando o que é viável e como a aviação pode ultrapassar os limites.

Seu objetivo de longo prazo é reduzir as emissões líquidas de dióxido de carbono em 50% até 2050 em comparação com os níveis de 2005. Chegar lá exigirá uma mistura de diferentes tecnologias e otimização. Não sei se conseguiremos alcançá-lo até 2050, mas acredito que devemos fazer tudo o que pudermos para tornar a aviação do futuro ambientalmente sustentável. + Explorar mais

Análise de desempenho de aeronaves movidas a hidrogênio evolucionárias

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