p Como as viagens aéreas estão sob pressão para reduzir seu impacto ambiental e nos leva a reconsiderar nossas opções de transporte, os cientistas estão procurando maneiras mais ecológicas de impulsionar o vôo. p Apesar do avanço da tecnologia de carros elétricos e dos consumidores lenta, mas seguramente, chegando à ideia de direção movida a eletricidade, as perspectivas de vôo elétrico ainda parecem muito distantes de amenizar nosso flygskam - o termo sueco para 'vergonha de vôo ".

p Mas o vôo elétrico se tornará uma realidade - é apenas uma questão de quando.

p "O consenso anterior é que o vôo de longa distância totalmente elétrico de aeronaves do tamanho de um Airbus A350 ou Boeing 787 está a 20 ou 30 anos de distância, "diz o professor Weijia Yuan da Universidade de Strathclyde.

p “Mas devido à necessidade urgente de cortar as emissões de carbono, precisamos de algumas tecnologias dramáticas para permitir soluções não convencionais para acelerar esse processo. A pesquisa que estamos fazendo agora abrirá o caminho. "

p O professor Yuan lidera uma equipe de 15 pessoas no Departamento de Engenharia Eletrônica e Elétrica que está pesquisando a supercondutividade aplicada no armazenamento de energia, cabos de transmissão de energia e propulsão elétrica para aeronaves.

p "A supercondutividade é uma tecnologia crítica para permitir o voo com zero emissões, "diz o professor Yuan.

p O principal desafio do vôo elétrico é como fazer baterias e motores elétricos pequenos, mas potentes o suficiente para permitir que um avião cheio de passageiros e suas bagagens deixem o solo e viajem qualquer distância antes de ficar sem combustível.

p "Atualmente não é viável usar motores elétricos convencionais para alimentar uma grande aeronave de passageiros, porque são muito volumosos e não têm densidade de potência suficiente, mas os supercondutores poderiam ser a chave.

p "Para fornecer energia a um avião do tamanho de um Airbus 320 ou Boeing 737, os motores elétricos precisariam de uma energia por unidade de massa de pelo menos 40kiloWatt por quilograma (kW / kg). Atualmente, os motores mais convencionais do mercado podem gerenciar está por volta de 5kW / kg. "

p Para obter mais energia dos motores elétricos, você precisa aumentar a quantidade de eletricidade que um motor é capaz de transportar.

p Assuntos atuais

p Supercondutores - como o nome sugere - são materiais extremamente bons em permitir que correntes elétricas passem por eles com pouca ou nenhuma resistência.

p A maioria das pessoas está ciente de que alguns materiais conduzem eletricidade melhor do que outros; um fio de cobre contra uma luva de borracha, por exemplo.

p Quanto mais um material resiste ao fluxo de corrente elétrica, quanto mais energia elétrica é perdida na forma de calor, luz ou ruído. Este é o caso dos motores elétricos existentes. Quanto mais resistência, menos eficiente é o sistema.

p Uma forma de reduzir a resistência de um material é resfriá-lo. Quanto mais frio fica um material, mais condutivo ele se torna até atingir uma temperatura crítica onde toda a resistência elétrica desaparece repentinamente e se torna supercondutor - aumentando a quantidade de energia disponível.

p Cobre super-resfriado, por exemplo, resfriado a menos 200 graus centígrados, pode carregar 1, 000 vezes a corrente do cobre à temperatura ambiente.

p Um super-resfriado, a bobina supercondutora poderia teoricamente manter uma carga elétrica indefinidamente.

p Fatos duros frios

p Contudo, a necessidade de manter os supercondutores extremamente frios para erradicar sua resistência elétrica representa um desafio.

p Enquanto alguns grupos de pesquisa ao redor do mundo estão investigando a chamada supercondutividade de alta temperatura - qualquer coisa acima de 200 graus centígrados negativos, ou quatro graus Kelvin - o trabalho do professor Yuan se concentra em condutores de baixa temperatura.

p Atualmente, a maneira mais comum de super-resfriar um condutor usa nitrogênio líquido - o gás mais abundante na atmosfera.

p Hélio líquido também pode ser usado, mas é um elemento muito mais raro, enquanto o hidrogênio líquido, um elemento extremamente explosivo, requer um manuseio cuidadoso.

p O último, Contudo, pode ser usado para células de combustível de hidrogênio e pode ser a fonte de energia de escolha para a indústria de aviação.

p O professor Yuan diz:“Pode ser que aviões com propulsão elétrica transportem hidrogênio para uso tanto como combustível quanto como refrigerante. Mas com o hidrogênio há um grande desafio de segurança a ser enfrentado.

p “Nosso trabalho está focado em tentar melhorar a eficiência dos motores elétricos, minimizando o resfriamento necessário por meio de novas configurações da bobina do motor, feito com metais de terras raras, como óxidos de ítrio, bário e cobre, e, em seguida, usar ferramentas analíticas avançadas para orientar o processo de design. "

p Grande parte da pesquisa está ocorrendo no recém-inaugurado Laboratório de Supercondutividade Aplicada de última geração dentro do Centro de Tecnologia e Inovação (TIC).

p A equipe está trabalhando com parceiros da indústria, incluindo Airbus, Rolls-Royce e Epoch Wires com financiamento do Conselho de Pesquisa em Ciências Físicas e Engenharia (EPSRC), Innovate UK, o British Council, e a Royal Academy of Engineering, que também financiou duas bolsas de pesquisa de engenharia para os líderes acadêmicos do novo laboratório, Professor Weijia Yuan e Dr. Min Zhang. O professor Yuan foi pesquisador da Royal Academy of Engineering entre 2013 e 2018.

p Ele acrescenta:"Um dos aspectos únicos que temos na Strathclyde é um forte departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica combinada com a capacidade de fabricação do Centro de Pesquisa de Formação Avançada e instalações como o Centro de Demonstração de Redes de Energia. É uma combinação única."

p Propulsão híbrida

p Embora o vôo totalmente elétrico do tipo que levará centenas de turistas a climas mais quentes ainda possa estar a algumas décadas de distância, O professor Yuan está otimista com a tecnologia.

p "Ainda há maneiras de melhorar os motores a jato sem ficar totalmente elétrico, por exemplo, por meio de propulsão híbrida, onde você usa a combustão como fonte de energia, mas motores elétricos para propulsão. Isso lhe daria uma economia de eficiência na região de 10-20%, " ele diz.

p "Flight é apenas uma das muitas aplicações que poderiam se beneficiar da supercondutividade:outras incluem os sistemas de energia que usamos em nossas casas e na indústria, cabos para a transmissão de energia de parques eólicos offshore, o que poderia facilitar uma super-rede europeia onde a eletricidade pode ser enviada por longas distâncias com pouca perda de energia. "

p O professor Yuan e o Dr. Min Zhang estão envolvidos em um novo projeto de quatro anos financiado pelo Horizonte 2020 de € 10,4 milhões, denominado IMOTHEP - Investigação e Maturação de Tecnologias para Propulsão Elétrica Híbrida.

p O projeto, liderado por ONERA, o laboratório aeroespacial francês e composto por 33 importantes parceiros da indústria de aviação e de pesquisa, irá investigar tecnologias elétricas para aeronaves elétricas híbridas juntamente com design de configurações de aeronaves avançadas e arquiteturas de propulsão inovadoras.

p O professor Yuan e o Dr. Zhang se concentrarão em eletrônica de potência criogênica e distribuição de energia supercondutora.

p O objetivo final do projeto é avaliar o potencial da propulsão elétrica híbrida para reduzir as emissões da aviação comercial e, eventualmente, construir um roteiro de tecnologia para seu desenvolvimento.

p Tendo ingressado na Strathclyde em 2018 vindo da University of Bath, onde obteve sua primeira posição após a conclusão de seu doutorado. em Cambridge, O professor Yuan está otimista e ansioso para levar sua pesquisa para o próximo nível.

p Ele diz:"Espero poder ver nossa pesquisa sendo aplicada nos próximos cinco a 10 anos e criar com sucesso uma empresa spin-out para comercializá-la.

p "Quando você considera os materiais com os quais estamos trabalhando, principalmente óxidos de cobre de terras raras, foram descobertos apenas em 1986, vai demorar mais algum tempo antes que possamos aplicá-los às funções diárias, "diz o Prof Yuan.

p "Mas Strathclyde é líder no Reino Unido neste campo, tanto em termos de volume de pesquisa quanto em tamanho da equipe. "