Aeronaves propulsadas por hidrógeno
El uso del hidrógeno como vector energético en las aeronaves para lograr cero emisiones de CO2 ha cobrado protagonismo con el anuncio del lanzamiento del programa ZEROe de Airbus, que tiene como objetivo poner en servicio un avión de transporte comercial de corto alcance para 100 pasajeros en 2035. Este contexto está impulsando el lanzamiento de importantes proyectos de investigación y desarrollo tecnológico para el uso del hidrógeno en la aeronáutica, ya que representa nuestra oportunidad de volar sin quemar combustibles fósiles.
Aernnova es miembro fundador de Clean Aviation, un proyecto en el que tenemos una participación relevante, financiado con 1800 M€ de ayudas públicas y parte de Horizonte Europa, el Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea. El proyecto se divide en tres pilares, uno de los cuales está dedicado exclusivamente al hidrógeno.
El compromiso europeo está firme y, junto con el objetivo tecnológico aeronáutico, asume que para mediados de la próxima década existirá una cadena de suministro de hidrógeno verde, generado mediante energías renovables, y un sistema de distribución seguro en los aeropuertos donde operen las nuevas aeronaves.
El hidrógeno líquido (LH2), como vector energético en las aeronaves, puede traducirse en combustión directa en los motores, a priori más adecuada para grandes aviones de transporte, o bien puede alimentar pilas de combustible que generen electricidad para motores eléctricos o híbridos-eléctricos. Esta segunda línea es de especial interés para la aviación general y regional.
La combustión de hidrógeno tiene ventajas frente al queroseno: no emite CO2, aunque emite tres veces más vapor de agua que, dependiendo de la altitud de vuelo, genera nubes de condensación que contribuyen al efecto invernadero. Esto se está estudiando actualmente y es objeto de controversia científica, ya que, aunque las estelas de condensación duran menos tiempo en la atmósfera —un máximo de 14 horas— en comparación con el CO2 —décadas—, pueden tener un mayor efecto invernadero.
El hidrógeno tiene la ventaja de poseer una energía específica superior a la del queroseno. De hecho, los vehículos de lanzamiento espacial utilizan hidrógeno líquido (LH2) como combustible. Sin embargo, su densidad energética es solo el 25% de la de la parafina, lo que implica depósitos de combustible más grandes. Aumentar el tamaño de los depósitos conlleva grandes desafíos en el diseño de la aeronave, al tener que aligerar tanto los depósitos como la estructura de soporte. A esto se suma el requisito de diseñar depósitos con aislamiento térmico para mantener una temperatura de -253°C en su interior y preservar la fase líquida, lo que implica un diseño termomecánico integral. Otros requisitos relevantes son la impermeabilidad para evitar fugas, un sistema de ventilación y que los depósitos tengan una vida útil comparable a la de la aeronave.
Estos desafíos son grandes y, para los proveedores de estructuras y sistemas como Aernnova, se traducen en desarrollar, diseñar e integrar nuevas aeroestructuras, como los depósitos de hidrógeno líquido, de forma segura y competitiva. La competitividad vendrá dada por la ligereza de la solución, su diseño y los medios industriales para fabricarla. De ahí el interés en el uso de materiales compuestos como base de diseño. La necesidad de ligereza en las estructuras y sistemas aeronáuticos ofrece una posibilidad para nuevos desarrollos en materiales compuestos frente a las soluciones metálicas. Y una condición de partida para los desarrollos en aeronáutica: no ha habido vuelos con depósitos de LH2 fabricados en material compuesto.
Aernnova, junto con importantes socios del sector aeronáutico europeo, ha estado trabajando en un proyecto de viabilidad para el desarrollo de depósitos de hidrógeno líquido para aeronaves. Nuestros socios fueron los fabricantes aeronáuticos IAI de Israel y HAI de Grecia, los centros tecnológicos DLR (Alemania), INTA (España) y RISE (Suecia), la Universidad de Patras en Grecia, y las PYMES Invent (Alemania), Oxeon (Suecia) y Cryospain (España). Como resultado de estos estudios, que nos mantuvieron ocupados más allá de la primera parte del año pasado, concluimos que era posible, pero que necesitábamos el apoyo de Clean Aviation. Nuestra propuesta se llamó HYTALIA y abordaba el desarrollo de un depósito de LH2 de material compuesto para lograr un índice gravimétrico superior al 35%. Incluía alcances muy significativos y, aunque no fue seleccionada, nos ha ayudado a caracterizar los aspectos más relevantes para nuestros futuros desafíos, ya que configuramos un depósito de LH2 compuesto por tres elementos clave: el depósito interior, el depósito exterior y el sistema de aislamiento térmico, tal como se puede ver en la figura a continuación junto con otros subsistemas clave.
