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La aviación comercial sostenible, posible a medio plazo gracias a la innovación
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La aviación comercial sostenible, posible a medio plazo gracias a la innovación

viernes 30 de abril de 2021, 19:56h
Alcanzar el objetivo de la aviación comercial sostenible es posible a medio plazo, entre 20 y 30 años, pero será necesario la implicación y el esfuerzo de toda la industria aeronáutica (fabricantes, aerolíneas, aeropuertos y servicios de navegación aérea), la de los gobiernos y organismos internacionales, así como el de los propios pasajeros. Es una de las conclusiones del informe sobre sostenibilidad en el sector aéreo, elaborado por el Colegio Oficial de Ingenieros Aeronáutico de España (COIAE), presentado esta mañana en la Primera Cumbre del Clima del sector aeronáutico de nuestro país.

“Existe un amplio abanico de medidas y tecnologías para lograr este objetivo. Sin duda no sabemos cuál será la solución óptima, aunque muy probablemente implique la combinación de diversas estrategias en diferentes proporciones y marcos de tiempo”, ha apuntado Óscar Castro, ingeniero aeronáutico perteneciente al Comité de Sostenibilidad del COIAE. Para este organismo, y en el horizonte temporal señalado, es factible una aviación civil en la que predomine la propulsión eléctrica e híbrida para el transporte regional y de corto alcance, motores propulsados por hidrógeno para rutas intermedias y de alta capacidad, y vuelos de larga distancia con combustibles sostenibles. Todo ello, contando con innovaciones en todos los aspectos, tanto de diseño como en la operación de las aeronaves.

La mitigación del ruido y la reducción de emisiones contaminantes, a nivel local, y las inductoras del efecto invernadero, son los principales desafíos para alcanzar una industria aeronáutica sostenible a nivel medioambiental. Minimizar la emisión de dióxido de carbono (CO2), es el principal objetivo en este esfuerzo, aunque es necesario considerar también otros elementos, entre ellos los óxidos de nitrógeno (NOX) o la formación de estelas de condensación y nubosidad inducida, según indica el informe elaborado por el COIAE.

La industria de la aviación fue una de las primeras en tener un plan coordinado, con hitos claramente establecidos, para hacer frente al cambio climático, a pesar de sus menores emisiones globales en comparación con otros sectores del transporte. El “Compromiso para una Acción sobre Cambio Climático”, firmado en 2008, estableció objetivos a corto, medio y largo plazo: mejoras en eficiencia energética del 1,5% anual hasta 2020, crecimiento neutro en CO2 a partir de ese mismo año, y una reducción de las emisiones netas totales al 50% para 2050.

-Mejora anual del 1,5% en la eficiencia de las aeronaves

En un primer paso, la industria ya ha logrado superar este objetivo con una mejora anual alrededor del 2% en la eficiencia de las aeronaves, directamente relacionada con el nivel de emisiones, gracias al desarrollo tecnológico gradual que, “va a seguir contribuyendo de manera decisiva a la reducción del consumo de combustible”, apunta Encarna Martín, ingeniera aeronáutica también perteneciente al Comité de Sostenibilidad del COIAE. Según el informe “a la aplicación generalizada de soluciones ya conocidas (winglets, materiales avanzados y más ligeros, sistemas de control de vuelo), se añadirán innovaciones aerodinámicas (flujo laminar) y nuevos desarrollos de motor (aumento de las relaciones de derivación y de presión). Las mejoras en los procedimientos de operaciones y control aéreo aportarán una reducción de emisiones significativa, además de mitigar los problemas de ruido”.

En las últimas cuatro décadas, la mejora en la eficiencia energética de las aeronaves comerciales ha sido superior al 60%. Una aeronave de última generación consume de media 3 litros de combustible por cada 100 pasajeros-km. Este valor, y por tanto las emisiones de CO2 asociadas, es equivalente al de un automóvil compacto eficiente.

-Emisiones netas

Para el corto y medio plazo se situó 2020 como referencia y límite máximo de emisiones de CO2 netas para el conjunto de la aviación civil. Como parte de este esfuerzo, el sistema europeo de compensación de emisiones (EU ETS) certificó la reducción de 193 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono relacionadas con el tráfico aéreo entre 2013 y 2020.

A nivel global, en 2021 entrará en funcionamiento la primera fase del sistema de compensación de emisiones CORSIA. Incluye a la práctica totalidad de la aviación civil internacional, lo que supone un esfuerzo decidido y de aplicación inmediata para mitigar las emisiones de CO2, provenientes de la aviación comercial. Dentro de este sistema, se bonifica además la implantación extensiva de los combustibles sostenibles.

En este horizonte hasta el 2030-2035, el COIAE espera contribuciones tecnológicas significativas con diseños disruptivos (alas atirantadas, ingestión de capa límite) y nuevas modalidades de propulsión (rotores abiertos, motores híbridos y propulsión por hidrógeno).

A largo plazo, en el 2050, se sitúa el ambicioso objetivo de reducir las emisiones de CO2 de la aviación a la mitad del nivel de 2005, y que en Europa se amplía hasta emisiones cero. Dentro de este horizonte se pueden alcanzar y aplicar nuevas soluciones técnicas y de diseño revolucionarias, que cubren nuevas configuraciones (ala volante) o la propulsión eléctrica, según el COIAE.

Sin duda, las diferentes soluciones tecnológicas en la configuración de las aeronaves comerciales permitirán una reducción potencial del consumo de combustible y, por lo tanto, de las emisiones de CO2. A modo de ejemplo, las innovaciones graduales en la propulsión podrían llegar a evitar del orden del 30% de dichas emisiones. Los combustibles sostenibles, por su parte, habilitarían reducciones de hasta el 70% del CO2 emitido comparado con un avión actual. Por último, los motores de propulsión por hidrógeno y eléctricos podrían llegar potencialmente al objetivo de emisiones cero de CO2.

-Valorar el impacto del ciclo de vida completo, necesario

Por otra parte, para alcanzar una aviación sostenible es necesario valorar el impacto medioambiental del ciclo de vida completo, incluyendo la evaluación del ruido y otras emisiones, además del CO2. La economía circular y el ecodiseño, que incluiría acciones como por ejemplo el reciclado integral de las aeronaves o aeropuertos con residuos cero, son enfoques ya en vía de aplicación en la industria aeronáutica.

I Cumbre del Clima en el sector Aeronáutico

El Colegio Oficial de Ingenieros Aeronáuticos de España (COIAE) ha organizado la “I Cumbre del Clima en el sector Aeronáutico” en la que han participado 25 ponentes que han abordado este necesario debate, así como las claves del sector por ser más sostenible. Ha contado con el patrocinio de Aertec Solutions.

INFORME DEL COIAE “SOSTENIBILIDAD EN EL SECTOR AERONÁUTIC0: UN SECTOR ALTAMENTE COMPROMETIDO”

-La renovación en infraestructuras y sistemas de control, tanto en vuelo como en aeropuertos, permite una coordinación y gestión más eficiente del tráfico aéreo, y la consiguiente reducción de emisiones y ruido. En Europa, cabe señalar ejemplos como la implementación del Cielo Único Europeo (SES) con el nuevo sistema integrado de gestión aérea SESAR.

-El continuo desarrollo tecnológico de la construcción aeronáutica, con mejoras graduales en los sistemas de propulsión (por ejemplo, aumentando la relación de derivación), nuevos materiales estructurales (composites avanzados) e innovaciones aerodinámicas (entre otros, el aprovechamiento del flujo laminar) permite diseñar aviones cada vez más eficientes y menos contaminantes. A más largo plazo, diseños disruptivos que incluyan, por ejemplo, motores de rotores abiertos contrarrotatorios, alas atirantadas o alas volantes permiten prever futuras mejoras aún más significativas, apunta el COIAE.

-Los combustibles sostenibles, tanto de origen biológico como sintético a partir de fuentes energéticas renovables, son ya una realidad y se presentan como una opción viable, en un horizonte temporal cercano, para reducir de forma efectiva el impacto medioambiental de la aviación, fundamentalmente en lo referente a las emisiones de CO2. Su gran ventaja consiste en que permiten mejorar la sostenibilidad de las aeronaves existentes (concepto “drop-in”), incluidas las que operan vuelos de alta capacidad y larga distancia. Para calcular su eficiencia medioambiental debe tenerse en cuenta su ciclo de vida completo, incluyendo los impactos directos e indirectos de su producción.

-La aviación comercial con propulsión eléctrica, que se espera empiece a entrar en servicio esta misma década para aeronaves pequeñas, tiene el potencial para realizar vuelos con un impacto medioambiental cero, asumiendo que se usen suministros y alimentación renovables, y a falta de evaluar el ciclo de vida de los equipos empleados.

-Las configuraciones que incluyen motores eléctricos son muy variadas y flexibles, con múltiples posibilidades de hibridación con otras propulsiones para optimizar sus capacidades. El suministro eléctrico puede provenir de baterías o pilas de combustible. Las características de los motores eléctricos abren nuevas posibilidades y ventajas en el diseño de la aeronave (reducción de resistencia inducida, ingesta de capa límite, propulsión distribuida). Los principales escollos tecnológicos a superar son el incremento de la energía específica de las baterías y los sistemas de distribución de alta potencia, campos en los que se está avanzando con gran rapidez.

-La introducción del hidrógeno en la aviación como vector energético sostenible es una de las vías más prometedoras para la reducción drástica de emisiones de CO2. Resulta particularmente interesante su aplicación para el sector del transporte de pasajeros más contaminante: aeronaves de más de 100 pasajeros en distancias alrededor de los 2.000 km. Su desarrollo e implantación industrial cuenta con una fuerte promoción gubernamental en Japón y Europa, ya que resulta un elemento enormemente versátil en las estrategias de descarbonización. En el ámbito de la aviación es parte fundamental de la producción de combustibles sostenibles sintéticos, impulsa la propulsión eléctrica gracias a las pilas de combustible, y permite también su combustión directa en turborreactores. En la actualidad hay proyectos en marcha para su aplicación aeronáutica comercial en todas estas variantes.

El hidrógeno soluciona el problema de autonomía de la propulsión eléctrica, superando al queroseno en energía específica por un factor de tres, lo que aligera el peso de combustible necesario. En su contra destaca que su densidad energética es como mínimo cuatro veces menor que el combustible convencional, lo que dificulta el diseño de la aeronave al requerir mucho más espacio para alojar los tanques presurizados o criogénicos (H2 líquido). Si bien su combustión solo produce teóricamente agua, es necesaria más investigación sobre sus efectos medioambientales ya que libera el H2O en altura (estelas de condensación y nubosidad inducida), así como continuar el desarrollo tecnológico para minimizar las emisiones de NOX asociadas.

-La reducción del ruido debido a las operaciones aéreas continúa de forma ininterrumpida, registrándose en las nuevas aeronaves una huella de ruido un 30-50% menor que la generación que sustituye. Los aviones actuales son un 75% más silenciosos que hace 50 años.
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