EL HIDRGENO Y LA AVIACIN

EL HIDRGENO Y LA AVIACIN

Actualmente existen numerosos conflictos dentro del sector de la aviacin debido principalmente al encarecimiento en el precio del combustible y las emisiones contaminantes que supone el mismo y que tambin repercute econmicamente a las aerolneas. Es por tanto que se han empezado a barajar diferentes alternativas con el fin de solucionar estos problemas econmicos y medioambientales y adems, mejorar la calidad del transporte areo apareciendo aqu el hidrgeno como una posibilidad.

El hito del avin de hidrogeno se podra convertir en una realidad a corto plazo ya que se estn llevando a cabo grandes proyectos para conseguirlo. Las ventajas que nos proporcionara el uso de este combustible seran importantes: realizacin de vuelos a velocidades superiores a las actuales y reduccin de emisiones de CO2 lo que reducira los costes de las empresas y se traducira en una bajada del precio del billete.Numerosas investigaciones fortalecen cada vez mas la idea de que el hidrogeno sea el combustible del futuro: con un pequeo modelo llamado Ion Tigre han comprobado que se puede mantener en vuelo durante 24h seguidas gracias a unas bateras de ultima generacin de 2,24kg de peso cada una, lo que muchas compaas tanto automovilsticas como de aviacin no tardaran en utilizar para sus prototipos con hidrogeno.Y dejando atrs modelos y prototipos no tripulados llega el primer avin pilotado que funciona a travs de una pila de hidrogeno que genera la potencia suficiente como para mantenerlo en el aire:

El denominado Antares DLR-H2, desarrollado por ingenieros del Centro Aeroespacial Alemn, alcanza velocidades entorno a los 170km/h y es muy silencioso gracias a su motor elctrico. Se alimenta exclusivamente de pilas de combustible que funcionan a partir de hidrgeno y este sistema de clulas proporciona 25kW de energa, suficiente para cubrir las necesidades de la aeronave que en vuelo de crucero solo necesita de 10kW. Este sistema presenta el doble de eficiencia que los sistemas de combustin interna utilizados hasta ahora.Pero, qu son las pilas de combustible?

Las pilas de combustible son unos dispositivos electroqumicos que convierten directamente la energa qumica contenida en un combustible, generalmente hidrgeno y un comburente (oxigeno) en energa elctrica obteniendo como nico residuo vapor de agua, por lo que pueden generar energa elctrica continuamente siempre que se alimenten los electrodos con combustible y comburente. Este proceso no se lleva a cabo mediante combustin, y por tanto no est limitado por el rendimiento del ciclo de Carnot por eso con estos dispositivos se obtienen rendimientos superiores entorno a un 40 o 50%.

Cmo funcionan?

Son celdas individuales conectadas en serie que presentan dos electrodos (nodo y ctodo) donde se produce la oxidacin del hidrgeno y la reduccin del oxigeno respectivamente, y un electrolito que permite el intercambio de iones producido en ambas reacciones.

Mediante una placa bipolar se unen las celdas dos a dos que canaliza los gases y permite el paso de electrones por el circuito externo finalizando as las reacciones.

Ventajas de las pilas de combustible

Rendimiento en torno al 40 o 50% y con posibilidades de mejora. Este rendimiento funciona tanto a plena potencia como a cargas parciales, lo que permite ajustar la produccin a la demanda sin sacrificar la eficiencia. El rendimiento es independiente del tamao del sistema (a diferencia de los sistemas trmicos, en los que el rendimiento mejora con el aumento de escala).

Son sistemas con muy poca inercia, que pueden seguir casi al instante la curva de demanda.

El aumento de la fiabilidad se produce a la vez que la reduccin de costes, y las plantas se pueden construir en poco tiempo y pueden aumentar o disminuir la potencia sin cambiar su diseo. Su carcter modular permite gran disponibilidad, ya que la parada de un mdulo no supondra la parada del sistema completo.

Al carecer de partes mviles, las pilas de combustible son silenciosas, no producen vibraciones (estas afirmaciones no son vlidas para algunos de los componentes auxiliares) por lo que requeriran de poco mantenimiento.

Cmo se clasifican?

Las pilas de combustible se clasifican normalmente segn el electrolito que emplean y podemos comparar dos tablas que nos aportan informacin sobre el electrolito, el combustible, carga, eficiencia y temperatura y en la segunda nos informa de la potencia suministrada:

Pila de combustibleCombustiblePotencia tpica

PEMFCHidrgeno, gas de reformado, metanol1kW 250kW

DMFCMetanol10W 1,5kW

AFCHidrgeno10 100kW

PAFCHidrgeno, gas de reformado, gas natural100 400kW

MCFCGas natural, hidrgeno300kW 3 MW

SOFCGas natural, hidrgeno1kW 2 MW

Por todas las ventajas que hemos visto que nos aportan las pilas de hidrogeno es por lo que se ha decidido utilizarlas en aviacin y como comenzbamos hablando, en el Antares DLR-H2, y adems de por su eficiencia, bajos niveles de emisin y que el hidrogeno es un producto que no genera ruidos ni vibraciones, destaca la multifuncionalidad de los sistemas de pilas, es decir, adems de producir energa nos aportan otros productos y ventajas tiles en aviacin como el agua que se produce el la reaccin qumica que hace que en el despegue se requiera menos cantidad de la misma a bordo. Adems el aire de escape puede utilizarse para reducir el carcter inflamable de la mezcla aire-queroseno aumentando la seguridad operativa.Este avin se trata de un avin monoplaza de unos 20m de envergadura y 660kg de peso que dispone de un sistema de clulas de combustible que se utilizan como principal fuente de propulsin del avin. Adems del tanque de hidrogeno dispone de dos depsitos externos bajo las alas que suministran la energa elctrica necesaria para el funcionamiento de componentes internos, motores y hlice.

Concluyendo, los aviones comerciales no se pueden valer de este sistema ya que requieren de una eficiencia energtica elevada para la que se requieren tecnologas aun por desarrollar, por tanto el sistema de pilas de hidrogeno por el momento se puede utilizar como sistema complementario para producir electricidad para los sistemas de a bordo y otros dispositivos.Otros proyectos que se estn llevando a cabo alrededor del hidrogeno como combustible son:

LAPCAT (Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies) proyecto financiado por la Comisin Europea cuyo fin es desarrollar un avin hipersnico que viajara a velocidades superiores a Mach 5 lo que permitir viajar entre diferentes partes del mundo en menos tiempo. Es la empresa de propulsores espaciales Reaction Engines la que ha desarrollado un avin-concepto que cumple estas expectativas: A2 Mach 5 Civil Transport.

Esta aeronave se basa en un motor de hidrgeno capaz de alcanzar 5M de velocidad con un fuselaje adaptado para estas condiciones y para transportar a 300 pasajeros.

Su diseo se ha inspirado en otras aeronaves; el fuselaje se inspira en el vehiculo espacial Skylon, tambin sus turbinas las Scimitar.

El motor es un derivado del Sabre que se emplea en cohetes lanzadera.

Zehst que significa Transporte Hipersnico Cero Emisiones, es un avin diseado por la misma compaa del Concorde cuyo mayor inconveniente era el ruido que produca. Con este nuevo aparato esto cambiar ya que utiliza un motor de hidrgeno y ser capaz de alcanzar los 4300km/h haciendolo a alturas 3 veces superiores a las de un vuel comercial por el ruido que producira y pudiendo transportar entre 50 y 100 pasajeros. La compaa Boeing en sus proyectos futuros no ha querido tampoco descartar el hidrgeno. Han diseado el Phantom Eye, una aeronave con fines de combate ya que no ira tripulada y se empleara para el espionaje utilizando tecnologa puntera, dispondra de gran autonoma, volara a una altura fuera del alcance de vigilancia y como no, empleando el hidrgeno como combustible.PRIMEROS PROTOTIPOS DE AVIONES QUE FUNCIONAN CON HIDROGENO

Avin a hidrgeno tripulado realizado por Boeing

El desarrollo de aeronaves impulsadas por energas renovables da muestra de una preocupacin creciente por los efectos altamente contaminantes de los aviones actuales y un inters por la investigacin y desarrollo de tecnologas aplicadas al transporte, que a la vez sean respetuosas con el entorno .

Una noticia publicada recientemente por parte de la empresa dice que Boeing hizo volar un avin impulsado nicamente por pilas de combustible de hidrgeno en este 2008.El aparato, un motovelero Simona biplaza de 16,3 metros de envergadura, consigui volar durante 20 minutos a una altura estable de 1.000 metros y a una velocidad de crucero de 100 kilmetros por hora. Para ello solo utiliz como fuente de potencia una pila de combustible de hidrgeno. Se utilizo un kilo de hidrgeno sometido a 350 atmsferas y para mantener el avin en vuelo se empleo entre 15 y 17 kW de potencia, la mitad de los 35 kW utilizados en el despegue y ascenso de la aeronave hasta la altitud de crucero. El hidrgeno ha sido el motor del avin excepto en dos momentos. En el despegue y en el aterrizaje se opt porque una batera de in Litio suministrara energa

a un motor elctrico acoplado a una hlice convencional.Ahora Boeing procesa la informacin obtenida, datos que pueden ser tiles para comprender cmo se puede utilizar esta tecnologa en las aeronaves. Las sensaciones de Cecilio Barbern, el piloto Espaol del primer avin que ha volado impulsado por una pila de combustible de hidrgeno son Puedes volar exactamente igual con este combustible que hasta ahora no se haba aplicado a la aviacin y la sensacin incluso es ms placentera porque los niveles de ruido son ms bajos y las caractersticas de la planta de potencia son muy buenas, su aplicacin a la hlice es continua. Estoy convencido de que es el futuro de los motores de los aviones. EE.UU.: Un drone propulsado por hidrgeno lquido vuela 48 horas consecutivas

youtube / USNavyVisualNews

Un avin no tripulado desarrollado por la Armada de EE.UU. ha batido su propio rcord de resistencia al permanecer en el aire durante algo ms de 48 horas.

El 'Ion Tiger' logr esta hazaa gracias a un nuevo tanque criognico para el combustible de hidrgeno lquido que alimenta sus clulas de combustible.

Para mantener unavin no tripuladoen el aire el mayor tiempo posible normalmente se utilizan combustibles que generan una gran cantidad de energa en relacin a su volumen, como algunos hidrocarburos de alta gama. Un ejemplo prctico es el drone MQ-9 Reaper, que puede volar durante 30 horas sin aterrizar para repostar.

Sin embargo, los motores de combustin que utilizan hidrocarburos son ruidosos, lo que supone un problema para un avin no tripulado destinado al espionaje. El Ion Tiger, un avin no tripulado de vigilancia desarrollado por el Laboratorio de Investigacin Naval (NRL), la rama de investigacin de la Marina, utiliza un motor elctrico, que es silencioso y tiene un registro de calor menor en comparacin condronestradicionales.

Un inconveniente con los motores elctricos, sin embargo, es que las bateras son mucho menos eficientes en el almacenamiento de energa, limitando el tiempo de vuelo a tan solo unas cuanta horas. Sin embargo, los aviones del NRL utilizan clulas de combustible de hidrgeno para producir electricidad, lo que mejora el tiempo de vuelo.

"El hidrgeno lquido junto con la tecnologa de combustible en celdas, tienen el potencial de ampliar la utilidad de las pequeas naves no tripuladas, aumentando enormemente la duracin de vuelo, al mismo tiempo que mantiene todas las ventajas de la propulsin elctrica", explic Karen Swider-Lyons, investigador principal del NRL.

AVION IMPULSADO POR HIDROGENOHyfish, un pequeo avin no tripulado (UAV, por Unmanned Aerial Vehicle) hizo historia este mes, al volar a ms de 200 km/h., impulsado por una turbina que funciona mediante una limpia clula de hidrogeno.El pequeo avin fue capaz incluso de realizar incluso varias maniobras acrobticas sobre los cielos de Suiza. Segn los creadores del Hyfish, es posible realizar loops, toneles verticales, y varias maniobras acrobticas ms. Esto es una muestra de la potencia de su motor.

Este vuelo fue posible despus de ms de un ao de trabajo en cooperacin entre el German Air & Space Center (DLR, or Deutsches Zentrum fuer Luft-und Raumfahrt) y varios socios internacionales, entre ellos, la Horizon Fuel Cell Technologies, encargada de proveer la celda de hidrogeno que utiliza como combustible el motor jet.

Esta compacta celda se monto sobre el avin. El peso total del ingenio no supero los 6Kg, a pesar de su fuselaje de 1.20 metros y alas de 1 metro. A pesar de varios intentos anteriores, y algunos xitos con propulsores hbridos, es la primera vez que un avin vuela propulsado nicamente por clulas de hidrogeno.

La clula, provista por Horizon Fuel Cell Technologies, es capaz de producir un kiloWatt de energa total, a pesar de su peso menor a los 3 Kg., incluyendo el tanque con hidrogeno presurizado. En condiciones ideales, la celda es capaz de entregar una potencia de 1.3 KW, lo que supone un record en la relacin peso/potencia para este tipo de generador.

El Hyfish, tal el nombre que han dado los constructores a este UAV, es una muestra de lo que se puede lograr, en trminos de rendimiento, con este tipo de combustibles limpios. No es un logro menor, si consideramos que la aviacin contribuye con un 4% al 9% de los gases que provocan el impacto ambiental conocido como "calentamiento global", del que muchas veces hemos hablado en NeoTeo. Se espera que estas clulas de hidrgeno puedan ser adaptadas en el futuro a aviones civiles y comerciales.

PROYECTOS DE FUTURO:

ZEHST, EL AVIN DE HIDRGENO DEL FUTUROHoy hablamos de un avin realmente singular, llamado Zehst, cuyo nombre significaTransporte Hipersnico Cero Emisiones(en ingls), y que de llegar a implantarse como lnea de futuro, dara un giro total a la aviacin tal y como hasta la fecha la hemos conocido.

La compaa que lo desarrolla esla misma que nos trajo el Concorde, una de esas maravillas de la historia, que hace unos 8 aos que dej de estar en activo. Los problemas de esta nave eran muchos, ya que generaba un montn de ruido durante sus vuelos, con lo que su potencia slo poda aprovecharse sobre el ocano. Esto cambiar con la llegada de Zehst, un avin de hidrgeno capacitado para superar la barrera del sonido, puesto que alcanza la friolera de 4300 km/h, y que vuela tres veces ms alto que un avin comercial corriente, que suele viajar a 40000 pies de altura, para evitar as que los problemas de ruido limiten su impresionante capacidad. Adems, podra transportar entre 50 y 100 pasajeros, con lo que la rentabilidad est asegurada, dado que no en vano podramos viajar dePars a Tokio en unas dos horas y media.