Aviación eléctrica comercial, sus complicaciones

 

Aviación eléctrica comercial, sus complicaciones

Si bien la electrificación autónoma, esto es a partir de baterías,  está ocupando todos los aspectos de la vida cotidiana. El caso de la aviación es en particular un caso de difícil resolución tecnológica. Como “aviación” me refiero a la aviación comercial masiva donde los actores son grandes aviones de dos y cuatro turbinas, que recorren todo el planeta, con toda una infraestructura soporte para el normal desenvolvimiento de toda la actividad aérea.  

A  continuación vamos a explorar algunos aspectos, de diferente índole, que seguramente en los próximos años serán resueltos en algunos casos y/o superados en otros.

  

Densidad de energía del combustible

Aquí es donde comienzan las complicaciones porque el combustible de aviación (*Jet A-1) y las baterías actuales pertenecen a dos mundos completamente diferentes.  Si tomamos 1 kg de combustible de aviación para hacer funcionar una turbina que  generara una determinada cantidad de energía, para obtener la misma cantidad de energía de las baterías, tendríamos que llevar hasta 50 kg de baterías. En concreto, si una  aeronave necesita alrededor de 10 Ton de combustible líquido para realizar un vuelo, si queremos proteger el medio ambiente y reemplazar estas 10 Ton de combustible por baterías ese paquete de baterías podría pesar hasta 500 T.  Más aún es relevante porque el  avión en sí, solo pesa unas 80 T. 

*Jet A-1: Los aviones comerciales utilizan principalmente un tipo de querosen refinado

(grado aeronáutico). Estos combustibles están diseñados para alimentar motores de turbina y operan de manera segura bajo las condiciones extremas de vuelo. Su punto de congelación máximo es de -47ºC y contiene aditivos antiestáticos. Resistencia al frío extremo. Alta densidad energética.

 

Sustentabilidad

Muchos podrían preguntarse por qué un  automóvil  que transporta una masa importante de batería, puede correr rápidamente. La respuesta está en las ruedas. Para un automóvil sin importar cuán pesado sea el paquete de baterías, todavía descansa sobre cuatro ruedas. Su sustentabilidad está garantizada, es  el suelo quien soportará todo ese peso.  El motor solo tiene una tarea, que es empujar el auto para que ruede. Completamente diferente es el caso de los aviones donde la sustentación se debe al aire.  No hay ninguna superficie que ayude a soportar su peso. 

  El motor debe usar su  potencia para vencer la gravedad, debe levantar cada gramo de peso del suelo y la paradoja radica precisamente en este punto. Cuantas más baterías se instalen para volar más lejos, más pesado se vuelve el avión. Y cuanto más pesado es, más energía necesita para levantar ese mismo sistema de baterías en el aire.  

Esto crea un círculo vicioso. Es decir, las baterías hacen que el avión sea más pesado, al ser más pesado necesitan más baterías y al necesitar más baterías se vuelve aún más pesado. 

 Es una ecuación verdaderamente imposible de resolución, por el momento, para la tecnología actual. Esa es la razón por la cual hasta el momento la industria de la aviación sigue siendo un campo donde las baterías eléctricas no han podido estar ampliamente presentes.

 

 La extinción del combustible líquido: algo clave

Siguiendo con el tema del peso. Un punto sumamente interesante en el que las leyes de la física han favorecido a los aviones alimentados por combustible líquido y una característica que las familias eléctricas es poco probable que tengan. Se refiere a la pérdida gradual del peso a lo largo del tiempo de vuelo. En el combustible de aviación desaparece de su masa después de ser quemado y  esta es una maravillosa ventaja física.  Esto significa que cuanto más vuela, más liviano se vuelve el avión debido a que ha consumido una gran cantidad de combustible.

 Supongamos que un Jumbo Jet despega de la ciudad  A  hacia  el punto B, distante 10000 Km, lleva consigo sus tanques de combustible completamente cargados. En cada hora de vuelo va quemando una cantidad determinada, expulsándolo  al aire en forma de gases de escape y vapor de agua. Esto significa que al final del viaje, el avión se ha vuelto  considerablemente más liviano al reducir su peso. Debido a este hecho, a medida que va avanzando en su trayectoria necesita mucho menos energía para mantener su altitud en el aire. Gracias a esto el avión se vuelve aún más eficiente en el consumo de energía.

 

Al momento de aterrizar el peso del avión es mucho menor, lo que ayuda a que el sistema de neumáticos y frenos este sometido a una exigencia menor, comparativa.  Consumir energía a cambio de liviandad ¡!!!

Pero si miramos a los aviones eléctricos, la situación es diferente.  Esto es un gran desafío en términos de dinámica, un bloque de baterías  que esté completamente cargado de energía, en el despegue, NO cambia su peso en absoluto luego del tiempo de vuelo y el momento de aterrizaje.  Si al  despegar el bloque de baterías pesa 10Ton al aterrizar seguirá pesando exactamente 10 Ton.

Los aviones eléctricos deben gastar una enorme cantidad de energía eléctrica solo para transportar  el peso del banco de baterías  durante todo el trayecto. En ingeniería a esto se le llama peso muerto!!

El hecho descripto hace que la eficiencia de los aviones eléctricos caiga en picada. Cuanto más lejos se quiera volar, más batería se debe instalar……………… Y con ello el avión se vuelve más pesado. Un avión más pesado exige más energía para levantar ese mismo sistema de baterías Una vez más esto se convierte en un círculo vicioso sin solución de continuidad.

 

El tiempo es dinero y el suministro de energía eléctrica no es infinito

Hablemos del problema económico de las aerolíneas. En la industria de la aviación, el tiempo es dinero, los aviones sólo generan ganancias cuando están volando en el cielo transportando pasajeros y cargas. Tan pronto como las ruedas tocan el suelo, las aerolíneas tienen que afrontar todo tipo de gastos. Desde tarifas de estacionamiento en el aeropuerto hasta costos de personal. Hoy en día un avión comercial después de aterrizar, deja a los pasajeros, recoge a los nuevos y reposta combustible. Sólo tarda entre 30 y 45 minutos en volver a surcar el cielo.  Esa rápida velocidad de rotación es la máquina de hacer dinero que ayuda a las aerolíneas a mantener el negocio estable.

 Sin embargo si se reemplazarán con aviones eléctricos, todo se convertiría en un desastre a nivel operativo. ¿Cuánto tiempo llevaría recargar un avión que contiene decenas de toneladas de baterías? Incluso con tecnología de carga ultra rápida el tiempo de espera seguiría siendo muy largo. Si se cargara con tecnología de baja potencia, el avión probablemente tendría que estar estacionado esperando todo un día para completar su carga de electricidad y si quisieran una carga rápida en 30 minutos para el próximo vuelo, pueden imaginar lo aterradora que tendría que ser la potencia del sistema eléctrico solo para cargar un solo avión.

 

Esa cantidad de electricidad consumida en un instante podría hacer colapsar la red eléctrica.  En un aeropuerto con cientos de aviones, si todos exigieran una carga rápida al mismo tiempo, la red eléctrica  sin duda sufriría una sobrecarga severa. Todo esto nos lleva, por ahora, a una eficiencia operativa demasiado baja, para nada compatible con los estándares actuales. Sin mencionar el hecho de que las baterías se degradarán después de un largo período de uso. El costo de reemplazar un paquete de baterías de avión es un valor a tener en cuenta que debería ser incluido en la tarifa de vuelo.

 Con toda certeza, las aerolíneas prefieren la solución de bombear combustible rápidamente para seguir operando en lugar de invertir en miles de millones de dólares en un sistema de estaciones de carga gigantes. La infraestructura de carga eléctrica en los aeropuertos actuales simplemente no está lista en absoluto para este cambio. Se necesita una revolución en la red eléctrica global antes de soñar con un aeropuerto lleno exclusivamente de aviones eléctricos. Este es un problema técnico/económico muy arriesgado que ningún inversor se atrevería a aceptar en este momento.

 

Seguridad aérea

El siguiente punto a considerar es la seguridad. Aunque hayamos entendido claramente las barreras técnicas y económicas expuestas anteriormente. Hay un factor que es más importante que todos los demás: la vida humana. En la industria de la aviación, la seguridad no solo es la prioridad número uno, sino el único principio rector de las operaciones. Por lo tanto se tiene que utilizar un sistema de baterías que pueda funcionar de manera estable en todo rango de temperaturas y probabilidad cero de explosión/incendio. Es precisamente debido a las preocupaciones sobre estos temas que el desarrollo de los aviones eléctricos sigue estando estrictamente controlado desde el punto de vista legal. La tranquilidad de los pasajeros,  la reputación de las empresas aéreas, son la última fortaleza que la aviación  eléctrica debe superar.

 

 Una mirada sobre la aviación eléctrica actual

En el desarrollo de una propulsión alternativa, los aviones eléctricos son aeronaves pequeñas y convencionales (con hélices) propulsadas por motores alimentados 100% con baterías. Ofrecen vuelos silenciosos y de cero emisiones locales. Aunque la aviación comercial masiva está en fase de desarrollo, ya existen modelos certificados y prototipos realizando vuelos tripulados y de carga de corta distancia.

 Avances globales destacados como ejemplos actuales

Eviation Alice: Un avión con capacidad para 9 pasajeros y un rango de 400 km, diseñado para vuelos regionales.

Beta Technologies (Alia): Con capacidad de despegue vertical (eVTOL) y un rango superior a los 400 km, es utilizado tanto para cargas como para el transporte de hasta 5 pasajeros.

Pipistrel Velis Electro: Se convirtió en el primer avión eléctrico tripulado en obtener una certificación de tipo completa

Elektra One Solar la autonomía es de 2,5 horas (tiene 21 kWh de capacidad

 

  Conclusión

Hay un largo camino de investigación por delante sobre baterías u otro tipo de dispositivo que almacene una gran cantidad de energía, una densidad energética similar a la de los combustibles líquidos actuales. Dé a todos los actores, los mismos niveles de seguridad que los actuales estándares pero con una tecnología diferente. De manera tal que las inversiones que deban realizarse estén ampliamente justificadas y la resistencia al cambio sea mínima.

 

Ricardo Berizzo

Ingeniero Electricista                                                                            2026.-