NOS SWAMPS dos anos 50 da Flórida, um barulho estrondoso ocasionalmente perturbou a serenidade dos jacarés locais. Sob condições de maior segredo, engenheiros da Pratt & Whitney, uma empresa aeroespacial, estavam testando um novo tipo de motor que era movido por uma substância estranha aparentemente canalizada a partir de uma fábrica de fertilizantes na cidade vizinha de Apix. Na realidade, a cidade era apenas um nome num mapa e a fábrica de fertilizantes era um ardil para enganar os russos. Os distúrbios foram o resultado do Projeto Suntan, uma tentativa da força aérea americana de construir um avião abastecido com hidrogênio. Quase funcionou. Os motores operavam com sucesso, mas armazenar e fornecer o hidrogênio em si provou ser muito caro para que a produção continuasse.
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Suntan foi apenas a primeira de uma série de tentativas fracassadas de usar hidrogênio para alimentar um vôo mais pesado que o ar. O fascínio é grande. O hidrogênio é três vezes mais energético por quilograma do que o querosene, o combustível padrão atual da aviação, e a leveza está em um nível superior. Tupolev, no que era então a União Soviética, tentou na década de 1980. A Boeing tentou nos anos 2000. Um pequeno demonstrador voou na Alemanha. Mas nada, por assim dizer, realmente decolou. O hidrogênio, embora leve, é volumoso, o que torna difícil armazená-lo a bordo. Ele deve ser pressurizado ou liquefeito, o que traz complicações próprias. Além disso, não há infra-estrutura estabelecida para fabricá-lo e distribuí-lo.
Desta vez é diferente
Agora, no entanto, as coisas mudaram. A aviação está sob pressão para reduzir as emissões de dióxido de carbono através da queima de menos querosene. E falar em construir infra-estruturas de fabrico e fornecimento de hidrogénio para outros fins, tais como aquecimento e transporte terrestre, está a tornar-se sério, o que significa que o hidrogénio pode tornar-se disponível como uma mercadoria, em vez de ter de ser feito especialmente. O equilíbrio das vantagens pode, portanto, estar mudando. Assim, algumas almas corajosas estão olhando mais uma vez para a idéia de vôo movido a hidrogênio.
Projeto Suntan usou o material da maneira que o querosene é usado para criar o calor necessário para alimentar um motor a jato. Essa é uma maneira de avançar. Mas muitos aviões são acionados por hélices, e isso permite uma segunda aproximação, pois as hélices podem ser acionadas por motores elétricos. Usando células de combustível, uma tecnologia do século XIX que está agora a tornar-se própria, é possível gerar a electricidade necessária para o fazer com hidrogénio.
Esta é a táctica adoptada por ZeroAvia, uma empresa sediada em Cranfield, no sul da Grã-Bretanha. Em setembro, os engenheiros da ZeroAvia revelaram uma aeronave de seis lugares movida a células de combustível que poderia decolar, completar dois circuitos do aeroporto e aterrissar. O avião em questão é uma aeronave modificada Piper classe M – uma aeronave de um único propulsor que normalmente é acionada por um motor de pistão. Os engenheiros substituíram-no por um motor eléctrico e instalaram um banco de células de combustível para alimentar esse motor e um conjunto de tanques para conter o hidrogénio que alimenta as células de combustível.
Val Miftakhov, o chefe da ZeroAvia, espera ver este demonstrador fazer uma viagem de 400 km, provisoriamente programada para a semana de 21 de Dezembro, seguida de um voo mais longo a partir de Orkney, um arquipélago ao largo da ponta norte da Grã-Bretanha, na próxima Primavera. (As autoridades de Orkney estão interessadas em aviões “hopper” que possam ligar as ilhas do arquipélago). A firma também planeja ter um demonstrador de 20 lugares pronto em 2021. A certificação para uso comercial poderá seguir em 2023.
Hot on the heels of ZeroAvia é H2Fly, um spin-off da DLR, o centro de pesquisa aeronáutica da Alemanha. Em 2016, esta empresa adicionou células de combustível a um planador Pipistrel motorizado, que depois permaneceu no solo durante 15 minutos. O plano é estender essa abordagem a um avião movido por hélice de produção-versão em testes a serem conduzidos iminentemente. Enquanto isso, na América, um fabricante de motores elétricos chamado MagniX anunciou uma parceria com a Universal Hydrogen, uma empresa de Los Angeles, para converter um Dash 8-300 de Havilland Canada de 40 assentos para funcionar com células a combustível. Isto, eles esperam, estará pronto em 2025.
Estas abordagens parecem, em princípio, funcionar. Eles terão, no entanto, que competir na prática com aviões eléctricos alimentados por baterias. Em maio, uma empresa americana chamada AeroTEC pilotou uma Cessna Caravan de nove lugares que tinha sido convertida em bateria através dos céus acima do estado de Washington. Em dezembro anterior, MagniX colaborou com a Harbour Air, uma companhia canadense, para pilotar um hidroavião convertido de Havilland na Columbia Britânica. As duas empresas estão agora ocupadas a preparar esta aeronave para a certificação comercial. Mais ambiciosamente, várias empresas, como a Eviation, uma empresa israelense, estão tentando construir aeronaves movidas por baterias a partir do zero em vez de converter as estruturas aéreas existentes.
Batteries not included
Proponentes de células de combustível dizem, no entanto, que estas são melhores do que baterias para alimentar o voo porque as células mais o combustível associado armazenam muitas vezes mais energia por quilograma do que as baterias podem gerenciar. “As baterias realmente lhe dão a aceleração. Mas elas não lhe darão o alcance”, diz Robert Steinberger-Wilckens, engenheiro químico da Universidade de Birmingham, na Grã-Bretanha. A tecnologia das baterias está melhorando, mas grandes avanços serão necessários antes que viagens mais longas com passageiros e carga a bordo se tornem possíveis.
A colagem de fontes de energia elétrica em uma aeronave existente, seja na forma de baterias ou células de combustível, é um começo. Mas tal propulsão pode levar a redesigns significativos, como o que a Eviation está planejando para seu produto putativo, Alice. Este tem três hélices, todas elas voltadas para trás. Embora uma vez populares, as hélices voltadas para trás têm estado fora de moda há décadas. As hélices verticais elétricas de decolagem e aterrissagem de aeronaves – aeronaves que transportam pessoas por vezes tocadas como o futuro do transporte pessoal – também são frequentemente alimentadas por vários motores elétricos menores, tornando-as um bom ajuste com a energia de hidrogênio baseada em células de combustível.
Máquinas maiores têm problemas maiores. Requer muito mais energia para um avião decolar e pousar do que para cruzar, e nem as baterias nem as células de combustível ainda têm o poder de fazer isso para outras aeronaves que não sejam pequenas. Se as maiores tiverem que ser movidas a hidrogênio, isso exigirá pelo menos parte do trabalho a ser feito, retornando à rota do Projeto Suntan e empregando motores movidos a turbina que queimam o material como gás.
Essa abordagem está sendo adotada agora pela Airbus, uma empresa européia que compartilha com a Boeing of America um duopólio em grandes aviões de passageiros. Em Setembro, a Airbus apresentou o ZEROe, um projecto centrado em três aeronaves com conceito de propulsão a hidrogénio. Embora estes sejam modelos de um corredor de curta distância, eles são um passo à frente de qualquer coisa que possa ser movido exclusivamente por células de combustível.
Todos os três são projetados para impulsionar as duas tecnologias baseadas no hidrogênio em conjunto, com motores de turbina a hidrogênio impulsionando a decolagem e células de combustível impulsionando o cruzeiro. Um dos conceitos é um turbopropulsor que transportaria até 100 passageiros para distâncias de até 2.000 km. Uma versão turbofan maior levaria o dobro dessa carga. A terceira abordagem é mais experimental: um modelo de “asa mista”, em que fuselagem e aerofólios formam parte da mesma estrutura aerodinâmica triangular. A vantagem disto é que cria volume extra para armazenamento de hidrogênio.
Os desafios de usar hidrogênio vão além da forma do corpo, no entanto. O redesenho de um motor de turbina para funcionar com o material será um esforço multibilionário. O hidrogênio queima mais rápido do que o querosene, e também queima mais quente. Isso significa que os materiais expostos à sua combustão experimentam maiores tensões. Também corre o risco de aumentar a poluição gerada sob a forma de óxidos de nitrogênio, o que negaria parcialmente os benefícios ambientais da queima de hidrogênio. E seria útil também organizar as coisas para que parte da energia usada para comprimir ou liquefazer o hidrogênio para armazenamento pudesse ser recuperada e colocada em funcionamento.
Nos próximos anos, a Airbus se concentrará no desenvolvimento das tecnologias gêmeas de células de combustível e turbinas movidas a hidrogênio, em paralelo com o projeto de suas futuras aeronaves. Se os testes em solo forem bem sucedidos, a empresa espera ter demonstradores aéreos – o que Glenn Llewellyn, vice-presidente da Airbus para aeronaves de emissão zero, chama de bancos de ensaio de voo-aloft até 2025. Um protótipo em escala real se seguiria até o final da década, com o primeiro avião comercial de emissão zero entrando em serviço até 2035. Quem forneceria os motores para tal avião ainda não está claro. Mas a Safran, um fabricante francês de motores que trabalha frequentemente com a Airbus, confirmou que está a olhar para a potência do hidrogénio para aviões comerciais.
Até agora, a Boeing não seguiu o exemplo. Esta divisão geográfica pode não ser coincidência. A política pública da UE é firmemente verde, tal como a política pública na Grã-Bretanha, já não é um membro da UE, mas sim o local de várias instalações da Airbus. A política da UE, em particular, traduz-se em dinheiro real para investigação relevante através do programa Clean Sky 2 da união.
Nos últimos quatro anos, nenhum apoio, seja moral ou financeiro, tem sido oferecido na América. A nova administração de Joe Biden, no entanto, parece ter uma mente unida com a Europa em questões ambientais. E esta nova direção é provavelmente, como na Europa, acompanhada por dinheiro público. A Boeing, além disso, estaria apostando em deixar a energia do hidrogênio para a Airbus. Se a tecnologia tivesse sucesso, correria o risco de perder uma parte importante do seu mercado – e isso é algo que certamente não pode fazer.■
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Este artigo apareceu na secção Ciência & tecnologia da edição impressa sob o título “Se no início não tiver sucesso…”