Comienza la cuenta atrás para la descarbonización y si la industria de la aviación mundial puede entrar en la batalla con el hidrógeno.
Las Naciones Unidas consideran que lograr emisiones globales netas cero para mediados de este siglo es la misión más urgente para toda la humanidad. En 2018, se lanzó en Suecia un movimiento llamado "Flight Shame" que rápidamente se extendió por toda Europa. Cada vez más personas eligen formas de viajar más ecológicas. La tendencia general es amplia. Si la industria de la aviación no puede innovar y transformarse, será eliminada y degradada. Ha comenzado una nueva ronda de revolución tecnológica y competencia global.
La descarbonización de la aviación es imperativa
El informe del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático de las Naciones Unidas (IPCC) afirma que para controlar el calentamiento global al 65% respecto a los niveles preindustriales , 438 Dentro de 0,5 grados Celsius, es muy importante alcanzar el objetivo de cero emisiones de dióxido de carbono para 2050. Desde la firma del Acuerdo de París en 2015, ha sido una tendencia general alcanzar la neutralidad de carbono lo antes posible y lograr emisiones netas cero en las principales industrias para mediados de este siglo. Como componente importante y apoyo de las actividades económicas globales, la industria de la aviación debe cambiar activamente y actuar de manera proactiva.
Desde 2007, la industria de la aviación con visión de futuro ha comenzado a explorar reducciones de emisiones en toda la industria. Muchas organizaciones internacionales y organizaciones relacionadas con la aviación civil han desarrollado planes correspondientes, el más importante de los cuales es el Plan de reducción y compensación de carbono para la aviación internacional (CORSIA) adoptado por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) en 2016, formando así el primero. El mecanismo de mercado de reducción de emisiones de la industria global ha convertido a la industria de la aviación en la primera industria del mundo en tener un gobierno que implementa medidas globales de crecimiento neutral en carbono. Según el plan, las emisiones de carbono de la industria de la aviación mundial se reducirán en un 50% para 2050 en comparación con 2005.
Al mismo tiempo, la Unión Europea y Estados Unidos se han fijado sucesivamente objetivos para alcanzar la neutralidad de carbono en 2050. En julio de 2021, la Comisión Europea propuso el reglamento "Adapt 55" para garantizar la neutralidad de carbono en 2050. Estados Unidos siguió de cerca y publicó una estrategia a largo plazo para cero emisiones netas en 2050 en junio y octubre de ese año, anunciando el nodo temporal y el camino técnico para alcanzar el objetivo de neutralidad de carbono en 2050. Como los dos principales "motores" de la industria de la aviación, Estados Unidos y Europa han avanzado significativamente en los objetivos de reducción de emisiones de la industria de la aviación: lograr claramente emisiones netas cero para 2050.
202110 El Grupo de Acción de Transporte Aéreo (ATAG), que representa a la industria del transporte aéreo mundial, insta a los estados miembros de la OACI a apoyar la adopción de objetivos de reducción de emisiones a largo plazo en la Conferencia OACI 410 de 2022 en línea con la industria compromisos.
En la 26.ª Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP26), celebrada en octubre de 2021, 23 países, incluidos el Reino Unido, Estados Unidos y Francia, formaron la Alianza Internacional para la Ambición Climática de la Aviación y firmaron la Alianza Internacional para la Ambición Climática de la Aviación. Declaración sobre el clima de la aviación de la Alianza, que tiene como objetivo fortalecer la cooperación intergubernamental y establecer objetivos ambiciosos a largo plazo para las emisiones de la aviación internacional. En particular, se recomienda apoyar a la OACI en la adopción de objetivos ambiciosos a largo plazo e instar a la OACI a asumir compromisos concretos para lograr emisiones netas cero para 2050. Mientras tanto, la Asociación de Transporte Aéreo Internacional (IATA), entre cuyos miembros se encuentran 290 aerolíneas, expresó su apoyo al plan 2050 para vuelos con emisiones netas de carbono cero.
En febrero de este año, bajo los auspicios de la Presidencia francesa de la Unión Europea, 42 países desarrollados firmaron la "Declaración de Toulouse sobre el desarrollo sostenible y la descarbonización de la aviación" en Toulouse, Europa, llamando al mundo a tomar medidas para apuntar a descarbonizar la industria de la aviación a estas alturas para frenar el calentamiento global. Los países europeos y americanos esperan desencadenar una reacción en cadena a través de esta iniciativa no vinculante, promoviendo así la adopción del compromiso de descarbonización del transporte aéreo global en la 41ª Asamblea de la OACI. La iniciativa también cuenta con el apoyo de 146 empresas del sector, incluidas Airbus, KLM y Dassault. Enfatizar que la cooperación internacional en el marco de la OACI es crucial para garantizar una competencia global justa.
Salvatore Sciacchitano, Presidente del Consejo de la OACI, asistió al evento.
Enfatizó que aunque la epidemia y su impacto aún persisten, los gobiernos y la industria de la aviación han tomado decisiones ambiciosas y acciones prácticas para promover la descarbonización de la aviación internacional.
Todo lo anterior apunta en última instancia a la próxima reunión de la OACI en septiembre de este año. La organización está realizando intensamente investigaciones y consultas sobre los objetivos globales a largo plazo (LTAG) para la reducción de las emisiones de dióxido de carbono de la aviación internacional. Desde finales de marzo hasta principios de abril, la organización celebrará un diálogo mundial sobre aviación sobre este tema, y los avances de las consultas pertinentes se presentarán a la reunión de alto nivel del LTAG y finalmente se votarán en la reunión de septiembre. Descarbonizar la industria de la aviación para 2050 será sin duda un objetivo ambicioso. Independientemente de los compromisos y restricciones finales de la OACI, la descarbonización de la industria de la aviación ya está a la vista.
La tecnología de la aviación está experimentando cambios importantes
Aunque la industria de la aviación no es un gran emisor de carbono, definitivamente es un "hogar difícil" en la reducción de emisiones de carbono. La razón principal es que los vuelos de larga distancia también dependen en gran medida de los combustibles fósiles. Para lograr la descarbonización de la aviación, los avances tecnológicos son clave.
El periódico francés "Echo" cree que la actual industria de la aviación está a punto de iniciar la tercera revolución de la aviación. La primera revolución de la aviación fue el exitoso vuelo de prueba del primer avión de los hermanos Wright a principios del siglo XX. La segunda revolución se produjo en la década de 1950. La llegada del motor turbofan marcó el inicio de una época dorada de la industria de la aviación. ¿Cuál es entonces la tercera revolución de la aviación?
El Dr. Frank Anton, jefe de tecnología de vuelo propulsado de Siemens en Alemania, dio su respuesta sin dudarlo: electricidad. Anton señaló: "La tecnología de propulsión eléctrica es la dirección de desarrollo de la industria de la aviación; de lo contrario, la industria de la aviación no tendrá futuro". El equipo de Siemens ha completado inicialmente el diseño, desarrollo y pruebas de vuelo del sistema de propulsión híbrido. En 2015, Siemens lanzó un motor de avión eléctrico que pesaba sólo 50 kilogramos pero tenía una potencia de hasta 260 kilovatios, logrando el primer vuelo del primer avión eléctrico del mundo de 250 kilovatios. En el futuro, mediante la optimización continua del sistema de energía y el avance de la tecnología de baterías, Siemens espera desarrollar un dispositivo de aviación híbrido de 100 asientos.
Para los colegas franceses, la respuesta a esta pregunta también es una palabra: hidrógeno. El Consejo de Investigación de la Aviación Civil de Francia (Corac) publicó en junio y octubre de este año un informe de investigación sobre la vía técnica para la descarbonización del transporte aéreo. El informe cree que en el futuro será necesario aumentar continuamente la proporción de aviones propulsados por hidrógeno para lograr la descarbonización de la industria. En su hoja de ruta prevista, Francia puede lanzar una nueva generación de aviones de corto alcance en 2030, alcanzar la neutralidad de carbono reduciendo el consumo de combustible y de biocombustibles, lanzar aviones de corto alcance propulsados por hidrógeno en 2035 y lanzar aviones de medio alcance propulsados por hidrógeno en 2030. 2045. La tecnología del hidrógeno podría contribuir a la neutralidad de carbono de todas las industrias de la aviación para 205029. En otro informe de investigación europeo conjunto más radical, se afirmó que sustituir el combustible por hidrógeno podría reducir el impacto climático del transporte aéreo entre un 50 y un 70%.
La electricidad y el hidrógeno son las dos principales vías de investigación y desarrollo que actualmente impulsan la tecnología.
Un informe del Instituto francés Montaigne señala que, teniendo en cuenta la densidad energética de las baterías y pilas de combustible, la aplicación de la propulsión eléctrica pura será principalmente en aviones pequeños. Para aviones grandes, la propulsión eléctrica híbrida puede servir como tecnología de transición hacia la electrificación total. La propulsión eléctrica híbrida se puede combinar combinando motores convencionales con propulsión eléctrica en serie o en paralelo. Este concepto se utiliza en la industria del automóvil desde hace mucho tiempo.
Según las perspectivas tecnológicas actuales, será difícil que los aviones totalmente eléctricos con más de 100 asientos entren en funcionamiento antes de 2050. El negocio de los aviones pequeños de hasta 19 asientos está creciendo, pero actualmente representa menos del 1% del total de las emisiones mundiales de la aviación. Para aviones grandes de mediano y largo alcance, las únicas opciones tecnológicas realistas son el hidrógeno y el combustible de aviación sostenible (SAF). La propulsión con hidrógeno aquí es diferente de las pilas de combustible, que dependen del hidrógeno para generar electricidad. Los aviones propulsados por hidrógeno queman hidrógeno como combustible para sus motores.
En la actualidad, los principales países europeos y americanos consideran la propulsión por hidrógeno como el mejor candidato para la descarbonización de los aviones, y también es una de las principales soluciones técnicas que se pueden realizar en 2035. La ventaja del combustible de hidrógeno es que tiene una alta temperatura de combustión, lo que puede mejorar la eficiencia térmica del motor y tiene cero emisiones de carbono. Desde la perspectiva de los fabricantes de motores, no es difícil reemplazar el combustible con hidrógeno. El objetivo principal es resolver el problema de la resistencia de los materiales a altas temperaturas causada por la combustión de hidrógeno.
Incluso si necesita ajustes, el motor del 90 probablemente seguirá siendo el mismo. La principal dificultad a la hora de elegir el hidrógeno son las cuestiones de almacenamiento a bordo de los aviones. A la misma capacidad a bordo, el combustible de hidrógeno pesa un tercio del combustible tradicional pero cuatro veces el volumen, lo que requiere ajustes en la estructura del avión. Además, el hidrógeno líquido debe almacenarse a una temperatura baja de -253 grados Celsius. El material del tanque de almacenamiento tiene altos requisitos de aislamiento térmico, resistencia a vibraciones e impactos, capacidad de carga, sellado, etc. Desarrollar un producto que pueda resistir el ciclo térmico y el ciclo de presión requeridos por las aplicaciones aeronáuticas de los tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido.
Según las previsiones del Instituto francés Montaigne, para alcanzar el objetivo de descarbonización en 2050, los vuelos regionales (principalmente aviones pequeños de 100 asientos), que actualmente representan entre el 3 y el 4 de las emisiones mundiales de la aviación. Los vuelos de corta y media distancia, que representan aproximadamente el 67% de las emisiones de la aviación (principalmente aviones de pasajeros de tamaño mediano con 100 a 250 asientos), pueden basarse en propulsión eléctrica híbrida y pilas de combustible de hidrógeno. la tecnología de propulsión de hidrógeno; los vuelos de larga distancia, que representan alrededor del 30% de las emisiones de la aviación (principalmente de 250 asientos o más) de los grandes aviones de pasajeros) también tendrán que depender de combustible de aviación sostenible.
Además de la tecnología de propulsión, la descarbonización de la aviación también requerirá avances en áreas de tecnología avanzada, como la mejora de la aerodinámica, la optimización del rendimiento de los motores y el aumento de la digitalización.
Los gigantes de la aviación han ido entrando en el mercado uno tras otro.
En septiembre de 2020, Airbus lanzó el proyecto de avión comercial de cero emisiones ZEROe y anunció tres aviones conceptuales híbridos con energía de hidrógeno, utilizando tres modelos conceptuales: turbohélice, fusión de cuerpo de ala y turbofan. Está previsto que el prototipo vuele en 2025 y entre en servicio en 2035.
En febrero de este año, 20 meses después de anunciar el proyecto de avión propulsado por hidrógeno, Airbus anunció una fuerte alianza con CFM, una empresa conjunta a partes iguales entre General Motors y Safran. aviones propulsados por hidrógeno alrededor de 2025. Lanzar un proyecto de demostración de aviones propulsados por hidrógeno. El proyecto tiene como objetivo realizar pruebas en tierra y en vuelo de motores de combustible de hidrógeno y preparar el lanzamiento del primer avión de cero emisiones en 2035. El proyecto de demostración utilizará como plataforma de pruebas de vuelo un avión de pruebas A380, equipado con tanques de hidrógeno líquido preparados por las fábricas de Airbus en Francia y Alemania. A partir de 2026, Airbus probará motores de combustible de hidrógeno durante el crucero del A380.
En Estados Unidos, Pratt & Whitney fue seleccionada por el Programa de Investigación de Energía Avanzada del Departamento de Energía de Estados Unidos en febrero de este año para desarrollar una nueva y eficiente tecnología de propulsión con combustible de hidrógeno para la aviación comercial.
El proyecto "Inyección de vapor de hidrógeno y motor de turbina enfriado intermitentemente" de Pratt & Whitney utilizará combustible de hidrógeno líquido para reducir significativamente la estela de condensación del avión mediante el reciclaje del vapor de agua, logrando así vuelos con cero emisiones de gases de efecto invernadero y reduciendo un 80% de nitrógeno. emisiones de óxido. La arquitectura del sistema semicerrado del proyecto será más eficiente térmicamente que las pilas de combustible, y es probable que los costos operativos totales se reduzcan aún más en comparación con el uso de combustible de aviación sostenible por "goteo". Esta es la primera colaboración directa de Pratt & Whitney con el Programa de Investigación de Energía Avanzada de EE. UU. para apoyar el objetivo estratégico de la industria de la aviación de lograr emisiones netas cero de dióxido de carbono de las aeronaves para 2050.
Según el informe francés "Echo", Boeing todavía parece tener reservas sobre la viabilidad de los aviones propulsados por hidrógeno en 2035. Boeing prefiere dar prioridad a los aviones tradicionales que funcionan con combustibles alternativos.
En Rusia, Rostec anunció en julio de 2021 un plan para desarrollar motores propulsados por hidrógeno para aplicaciones terrestres y de aviación. Yuri Shmottin, diseñador jefe de United Engine Corporation de Rusia, dijo: "Para reducir la huella de carbono de la industria de la aviación, el uso de combustible de hidrógeno es una de las áreas de desarrollo más prometedoras. Estamos considerando dos tecnologías principales: la combustión directa de hidrógeno combustible en turbinas de gas mejoradas y el uso de pilas de combustible de hidrógeno para generar electricidad”.
Para China, existen oportunidades y desafíos.
El artículo francés de "Le Figaro" afirmaba que muchos observadores de la aviación internacional creen que la competencia por aviones con cero emisiones de carbono es una oportunidad histórica para que China entre finalmente en el mercado de la aviación comercial.
Nicholas Bogran y Pascal Fabres, directores generales de la consultora global AlixPartners, creen: "Los aviones sin emisiones de carbono implican el desarrollo de nuevas tecnologías, y China, un inversor a largo plazo, ciertamente tiene licencia para jugar". "Todos estamos en la misma línea de partida".
El Dr. Ye Weiming, presidente de la Asociación China Air France, dijo en una entrevista: "En términos de investigación y desarrollo de aviones propulsados por hidrógeno, "Todos los países están en la misma etapa. Estamos en la misma línea de partida. Esta es una oportunidad importante para China". Ye Weiming dijo que la industria de la aviación y la industria energética de China deben aprovechar la oportunidad histórica de la tercera revolución de la aviación y comenzar lo antes posible. posible. Nuestro país todavía se encuentra en la etapa de recuperación en el campo de los motores de aviación clásicos. Se recomienda que la industria de fabricación de aviación de China dé el salto a nuevas tecnologías energéticas lo antes posible y realice una transformación audaz.
Ding Yi, vicepresidente de la Asociación China Air France e ingeniero de investigación y desarrollo de Airbus, afirmó: "El gran avión sin emisiones de carbono de Airbus ha aclarado la ruta técnica para la energía del hidrógeno. Para la industria aeronáutica civil china, nuevas energías Fuentes como el combustible de hidrógeno Las estructuras y motores de los aviones pueden brindar oportunidades para adelantar en las curvas, pero la acumulación y la acumulación siguen siendo desafíos a largo plazo. La esencia de la nueva vía para los aviones con cero emisiones de carbono es que la industria de fabricación de la aviación debe esforzarse por estabilizarse. "Durante más de medio siglo, Airbus y Boeing se han mantenido a la vanguardia gracias al avance tecnológico, pero bajo cambios. , el otrora "Big Mac" no puede garantizar su futuro. Respecto a la elección de la energía del hidrógeno, Airbus y Boeing se han distanciado, uno se muestra complaciente y el otro conservador. Si la industria de la aviación quiere lograr la descarbonización en menos de 30 años, debe confiar en avances tecnológicos que subviertan las tradiciones. Que la industria de la aviación pueda convertirse en "hidrógeno" en el futuro depende de una innovación audaz, coraje y previsión. (Este artículo es un extracto de cstnet)
Combustible de hidrógeno y transporte
Como energía secundaria verde, eficiente y sostenible, el hidrógeno se ha utilizado como combustible durante mucho tiempo.
Cuando el primer motor de combustión interna del mundo entró en funcionamiento, funcionaba con hidrógeno, no con gasolina ni diésel. En 1804, después de diseñar con éxito varios automóviles propulsados por vapor, el inventor francés y suizo Isaac de Rivaz comenzó a experimentar con el uso de combustibles con propiedades deflagrantes para reemplazar el vapor. Su primer experimento fue estudiar el principio básico de la explosión y expansión del combustible en el cilindro del motor que impulsa el movimiento del pistón. En ese momento, utilizó ignición mixta de hidrógeno y oxígeno para impulsar un motor de combustión interna, y el experimento fue inicialmente exitoso. En 1807, instaló el prototipo de motor en un carruaje de cuatro ruedas y condujo el carruaje una cierta distancia, lo que le valió el honor de ser "el primer automóvil del mundo impulsado por un motor de combustión interna".
En el siglo XX, las empresas automovilísticas, las universidades, los inventores y los entusiastas probaron aún más la viabilidad de los motores de combustión interna propulsados por hidrógeno. En 1970, el inventor Paul Diggs solicitó una patente para un motor de combustión interna de gas mejorado. Su diseño permitió que los motores de gasolina utilizaran hidrógeno. Hoy en día, los motores alimentados con hidrógeno han demostrado ser capaces de propulsar una variedad de vehículos, desde automóviles hasta autobuses.
Durante décadas, la industria aeroespacial ha utilizado hidrógeno líquido como propulsor en motores de cohetes de hidrógeno-oxígeno para impulsar la exploración espacial.
La investigación sobre el hidrógeno como combustible para aviones también tiene una larga historia. Ya en 1957, el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) utilizó hidrógeno como combustible para volar un bombardero Martin B-57 durante 20 minutos. En 1988 despegó el primer avión comercial experimental del mundo propulsado por hidrógeno líquido. Este Tu-155** desarrollado por la Unión Soviética ha realizado alrededor de 100 vuelos de prueba. Hoy, más de 30 años después, la industria de la aviación vuelve a centrar su atención en los aviones comerciales propulsados por hidrógeno.