El hidrógeno es fundamental para el objetivo de Airbus de desarrollar el primer avión comercial del mundo con cero emisiones para 2035. Esto requerirá un enfoque innovador del almacenamiento de combustible. Airbus está diseñando tanques de hidrógeno líquido de última generación para facilitar una nueva era de aviación sostenible.
El hidrógeno es una de las tecnologías más prometedoras para reducir el impacto climático de la aviación. Cuando se genera a partir de fuentes de energía renovables, no emite CO2. Además, proporciona aproximadamente tres veces la energía por unidad de masa del combustible convencional para aviones y más de 100 veces la de las baterías de iones de litio. Esto lo hace idóneo para alimentar a las aeronaves.
Sin embargo, el almacenamiento de hidrógeno a bordo de una aeronave plantea varios problemas. El hidrógeno puede proporcionar más energía por masa que el queroseno, pero proporciona menos energía por volumen. A presión atmosférica y temperatura ambiente normales, se necesitarían aproximadamente 3.000 litros de hidrógeno gaseoso para conseguir la misma cantidad de energía que un litro de queroseno.
Está claro que esto no es factible para la aviación. Una alternativa sería presurizar el hidrógeno a 700 bares, un método utilizado en el sector del automóvil. En nuestro ejemplo, esto reduciría los 3.000 litros a sólo seis.
Esto puede representar una gran mejora, pero el peso y el volumen son fundamentales para los aviones. Para ir más lejos, podemos reducir la temperatura a -253°C. Es entonces cuando el hidrógeno se transforma de gas a líquido, aumentando aún más su densidad energética. Volviendo a nuestro ejemplo, cuatro litros de hidrógeno líquido equivaldrían a un litro de combustible estándar para aviones.
Exigentes requisitos para los depósitos de almacenamiento de hidrógeno
Mantener una temperatura tan baja requiere tanques de almacenamiento muy específicos. En la actualidad, constan de un tanque interior y otro exterior, con un vacío en medio, y un material específico, como un MLI (aislamiento multicapa) para minimizar la transferencia de calor por radiación.
Los tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido criogénico ya se utilizan en varias industrias, incluida la aeroespacial, lo que nos da una buena idea de los retos que implica. La participación de Airbus en Ariane, por ejemplo, ayudó a adquirir conocimientos sobre la instalación de sistemas, sobre las pruebas criogénicas y la gestión del chapoteo del combustible, o incluso sobre cómo construir el propio tanque interior.
Pero aunque hay algunas sinergias entre los vuelos espaciales y la aviación, también hay numerosas e importantes diferencias. Los requisitos de seguridad son diferentes a los de los lanzadores espaciales, ya que los tanques de almacenamiento de hidrógeno para aviones comerciales tendrían que soportar aproximadamente 20.000 despegues y aterrizajes, y tendrían que mantener el hidrógeno en estado líquido durante mucho más tiempo.
Investigación y desarrollo cruciales para los vuelos sin emisiones
Como parte de su compromiso con la industria aeroespacial limpia, Airbus está adaptando y evolucionando la tecnología existente de almacenamiento de hidrógeno para la aviación. Varias instalaciones nuevas de investigación y desarrollo en toda Europa han empezado a trabajar recientemente en tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido para nuestro concepto de avión ZEROe.
A corto plazo, es probable que los depósitos de hidrógeno líquido para vuelos comerciales sean metálicos. Los Centros de Desarrollo de Emisiones Cero (ZEDC) de Nantes (Francia) y de Bremen (norte de Alemania) se encargarán de ello.
Sin embargo, a largo plazo, los depósitos fabricados con materiales compuestos pueden ser más ligeros y más rentables de fabricar. Airbus acelerará el desarrollo de este enfoque en su nuevo ZEDC de España y en su centro de investigación de materiales compuestos de Stade (Alemania).
«Adaptar la tecnología de los tanques criogénicos a los aviones comerciales representa algunos retos importantes de diseño y fabricación», dice David Butters, Jefe de Ingeniería de Almacenamiento y Distribución de LH2 en Airbus. «Los nuevos ZEDC de Airbus acogerán equipos de ingeniería multidisciplinares para crear soluciones innovadoras que satisfagan los exigentes requisitos aeroespaciales».
Se espera que todos los ZEDCs estén plenamente operativos y listos para las pruebas en tierra con el primer tanque de hidrógeno criogénico totalmente funcional durante 2023, y con las pruebas de vuelo a partir de 2025.
Airbus/Diciembre 10 de 2021
