En los pantanos de la Florida de los años 50, un fuerte rugido perturbaba ocasionalmente la serenidad de los caimanes locales. Bajo condiciones de estricto secreto, los ingenieros de Pratt & Whitney, una empresa aeroespacial, estaban probando un nuevo tipo de motor que funcionaba con una extraña sustancia que aparentemente procedía de una planta de fertilizantes de la cercana ciudad de Apix. En realidad, la ciudad no era más que un nombre en un mapa y la planta de fertilizantes era una treta para engañar a los rusos. Los disturbios eran el resultado del Proyecto Suntan, un intento de las fuerzas aéreas americanas de construir un avión alimentado con hidrógeno. Estuvo a punto de funcionar. Los motores funcionaron con éxito, pero el almacenamiento y el suministro del propio hidrógeno resultaron demasiado caros para que la producción continuara.
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Suntan fue sólo el primero de una serie de intentos fallidos de utilizar el hidrógeno para impulsar los vuelos más pesados que el aire. El atractivo es grande. El hidrógeno contiene tres veces más energía por kilogramo que el queroseno, el actual combustible estándar de la aviación, y la ligereza es un elemento importante en el aire. Tupolev, en la entonces Unión Soviética, lo intentó en la década de 1980. Boeing lo intentó en la década de 2000. Un pequeño demostrador ha volado en Alemania. Pero nada ha despegado realmente. El hidrógeno, aunque ligero, es voluminoso, por lo que resulta difícil de almacenar a bordo. Hay que presurizarlo o licuarlo, lo que conlleva sus propias complicaciones. Además, no existe una infraestructura establecida para fabricarlo y distribuirlo.
Esta vez es diferente
Ahora, sin embargo, las cosas han cambiado. La aviación está presionada para reducir las emisiones de dióxido de carbono quemando menos queroseno. Y se habla de construir una infraestructura de fabricación y suministro de hidrógeno para otros fines, como la calefacción y el transporte terrestre, lo que significa que el hidrógeno podría estar disponible como un producto básico, en lugar de tener que fabricarse especialmente. La balanza de las ventajas puede estar cambiando. Por ello, algunos valientes están volviendo a considerar la idea de volar con hidrógeno.
El proyecto Suntan utilizó el material de la misma manera que se utiliza el queroseno: para crear el calor necesario para alimentar un motor a reacción. Esa es una forma de avanzar. Pero muchos aviones se mueven con hélices, lo que permite un segundo enfoque, ya que las hélices pueden girar con motores eléctricos. Mediante el uso de pilas de combustible, una tecnología del siglo XIX que ahora se está imponiendo, es posible generar la electricidad necesaria para ello con hidrógeno.
Esta es la táctica adoptada por ZeroAvia, una empresa con sede en Cranfield, en el sur de Gran Bretaña. En septiembre, los ingenieros de ZeroAvia presentaron un avión de seis plazas alimentado por pilas de combustible que podía despegar, completar dos circuitos del aeropuerto y aterrizar. El avión en cuestión es un Piper M-class modificado, un avión de una sola hélice que normalmente funciona con un motor de pistón. Los ingenieros lo sustituyeron por un motor eléctrico e instalaron un banco de pilas de combustible para alimentar ese motor y un conjunto de tanques para contener el hidrógeno que hace funcionar las pilas de combustible.
Val Miftakhov, jefe de ZeroAvia, espera que este demostrador realice un viaje de 400 km, programado provisionalmente para la semana del 21 de diciembre, seguido de un vuelo más largo desde Orkney, un archipiélago situado en el extremo norte de Gran Bretaña, la próxima primavera. (Las autoridades de las Orcadas están interesadas en aviones «hopper» que puedan unir las islas del archipiélago). La empresa también prevé tener listo un demostrador de 20 plazas en 2021. La certificación para uso comercial podría llegar en 2023.
Por detrás de ZeroAvia está H2Fly, una empresa derivada del DLR, el centro de investigación aeronáutica de Alemania. En 2016, esta empresa añadió pilas de combustible a un planeador Pipistrel motorizado, que se mantuvo en el aire durante 15 minutos. El plan es extender este enfoque a una versión de producción de un avión con hélice en pruebas que se llevarán a cabo de forma inminente. Mientras tanto, en Estados Unidos, un fabricante de motores eléctricos llamado magniX ha anunciado una asociación con Universal Hydrogen, una empresa de Los Ángeles, para convertir un Dash 8-300 de 40 plazas de De Havilland Canada para que funcione con pilas de combustible. Esperan que esté listo para 2025.
En principio, parece probable que estos enfoques funcionen. Sin embargo, tendrán que competir en la práctica con los aviones eléctricos alimentados por baterías. En mayo, una empresa estadounidense llamada AeroTEC hizo volar por los cielos del estado de Washington un Cessna Caravan de nueve plazas que había sido transformado para funcionar con baterías. En diciembre, magniX colaboró con Harbour Air, una empresa canadiense, para hacer volar un hidroavión reconvertido en Columbia Británica. Las dos empresas están ahora ocupadas preparando esta aeronave para su certificación comercial. De forma más ambiciosa, varias empresas, como Eviation, un equipo israelí, están intentando construir aviones con baterías desde cero en lugar de convertir fuselajes existentes.
Baterías no incluidas
Los defensores de las pilas de combustible dicen, sin embargo, que éstas son mejores que las baterías para propulsar el vuelo porque las pilas más su combustible asociado almacenan muchas veces más energía por kilogramo que las baterías. «Las baterías realmente te dan la aceleración. Pero no te dan la autonomía», dice Robert Steinberger-Wilckens, ingeniero químico de la Universidad de Birmingham, en Gran Bretaña. La tecnología de las baterías está mejorando, pero serán necesarios grandes avances antes de que sea posible realizar viajes más largos con pasajeros y carga a bordo.
Incorporar fuentes de energía eléctrica en un avión existente, ya sea en forma de baterías o de pilas de combustible, es un comienzo. Pero este tipo de propulsión podría conducir a importantes rediseños, como el que Eviation está planeando para su producto putativo, Alice. Este tiene tres hélices, todas ellas orientadas hacia atrás. Aunque en su día fueron populares, las hélices orientadas hacia atrás hace décadas que pasaron de moda. Los aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical -los drones que transportan personas y que a veces se anuncian como el futuro del transporte personal- también suelen funcionar con múltiples motores eléctricos más pequeños, lo que los hace idóneos para la energía de hidrógeno basada en pilas de combustible.
Las máquinas más grandes tienen problemas mayores. Un avión necesita mucha más potencia para despegar y aterrizar que para navegar, y ni las baterías ni las pilas de combustible tienen todavía la fuerza necesaria para hacerlo en aviones que no sean pequeños. Si se quiere que los aviones más grandes funcionen con hidrógeno, habrá que volver a la ruta del Proyecto Suntan y emplear motores impulsados por turbinas que quemen el material como gas.
Este enfoque está siendo adoptado por Airbus, una empresa europea que comparte con Boeing de Estados Unidos el duopolio de los grandes aviones de pasajeros. En septiembre, Airbus presentó ZEROe, un proyecto centrado en tres aviones de hidrógeno. Aunque se trata de modelos de pasillo único para vuelos de corta distancia, son un paso adelante respecto a los que podrían funcionar únicamente con pilas de combustible.
Los tres están diseñados para unir las dos tecnologías basadas en el hidrógeno, con motores de turbina que queman hidrógeno para el despegue y pilas de combustible para el crucero. Uno de los conceptos es un turbopropulsor que transportaría hasta 100 pasajeros en distancias de hasta 2.000 km. Una versión más grande de turbofán llevaría el doble de esa carga dos veces más lejos. El tercer enfoque es más experimental: un modelo de «ala combinada», en el que el fuselaje y las aletas forman parte de la misma estructura aerodinámica triangular. La ventaja de esto es que crea un volumen extra para el almacenamiento de hidrógeno.
Sin embargo, los retos de utilizar el hidrógeno van más allá de la forma de la carrocería. Rediseñar un motor de turbina para que funcione con este material supondrá un esfuerzo multimillonario. El hidrógeno arde más rápido que el queroseno y también más caliente. Eso significa que los materiales expuestos a su combustión experimentan mayores tensiones. También se corre el riesgo de aumentar la contaminación generada en forma de óxidos de nitrógeno, lo que anularía en parte las ventajas medioambientales de la combustión del hidrógeno. Y también sería útil organizar las cosas de manera que parte de la energía utilizada para comprimir o licuar el hidrógeno para su almacenamiento pudiera recuperarse y ponerse en funcionamiento.
Durante los próximos años, Airbus se centrará en el desarrollo de las tecnologías gemelas de las pilas de combustible y las turbinas alimentadas por hidrógeno en paralelo al diseño de sus futuros aviones. Si las pruebas en tierra tienen éxito, la empresa espera tener demostradores aéreos -lo que Glenn Llewellyn, vicepresidente de Airbus para aviones de emisiones cero, llama bancos de pruebas volantes- para 2025. Un prototipo a escala real le seguiría a finales de la década, y el primer avión comercial de emisiones cero entraría en servicio en 2035. Aún no está claro quién suministrará los motores de este avión. Pero Safran, un fabricante de motores francés que suele trabajar con Airbus, ha confirmado que está estudiando la posibilidad de utilizar la energía del hidrógeno en los aviones comerciales.
Hasta ahora, Boeing no ha hecho lo mismo. Esta división geográfica puede no ser una coincidencia. La política pública de la UE es firmemente verde, al igual que la política pública de Gran Bretaña, que ya no es miembro de la UE pero que alberga varias instalaciones de Airbus. La política de la UE, en particular, se traduce en dinero real para la investigación pertinente a través del programa Clean Sky 2 de la Unión.
En Estados Unidos no se ha ofrecido tal apoyo, ni moral ni financiero, en los últimos cuatro años. Sin embargo, la administración entrante de Joe Biden parece estar de acuerdo con Europa en materia medioambiental. Y es probable que esta nueva dirección, como en Europa, vaya acompañada de dinero público. Además, Boeing se arriesgaría a dejar la energía de hidrógeno en manos de Airbus. Si la tecnología tuviera éxito, se arriesgaría a perder una parte importante de su mercado, y eso es algo que, desde luego, no puede permitirse.■
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Este artículo apareció en la sección de tecnología de Science & de la edición impresa con el título «Si a la primera no tienes éxito…»
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