El hidrógeno como combustible para la aviación

Estamos en un proceso de transición energética, donde la descarbonización en todas las áreas, incluyendo la aviación,  es fundamental. De ahí que no es raro que surgiese la idea de utilizar hidrógeno en lugar de un queroseno derivado del petróleo o gasolina de aviación, como fuente de energía para los motores de las aeronaves.

¿Sabías que el hidrógeno se caracteriza porque su combustión no genera emisiones contaminantes, tiene alta eficiencia energética, no es tóxico, su uso en pilas de combustible se aprovecha al 100% y que se considera una energía limpia por su obtención mediante energías renovables?

Según se ha estudiado, el hidrógeno puede ser utilizado de diferentes maneras para las aeronaves: para la combustión directa en turbinas de gas adaptadas, transformado en energía eléctrica por celdas de combustible o utilizado en combinación con el dióxido de carbono (CO2) para producir queroseno sintético.

No obstante, lograr que el hidrógeno desplace al combustible fósil en la aviación requiere de diseños especiales de aeronaves, de estudios para adecuar la logística requerida, garantizar que el hidrógeno utilizado provenga de fuentes renovables y ver si resulta rentable.

Diseños especiales de aeronaves

Utilizar hidrogeno implica fabricar aeronaves con un diseño especial, debido a que si bien este renovable tiene tres veces la densidad de energía del queroseno y sólo pesa un tercio, requiere hasta cuatro veces el volumen del combustible convencional, y el espacio a bordo de los aviones es escaso.

Otra dificultad de empleo del hidrógeno en la aviación es que es un combustible criogénico. Es decir, es un gas que solo se convierte en líquido a menos 253 grados centígrados y se tiene que comprimir a alta presión antes de poder ser utilizado para la propulsión. Lo que a su vez requiere un tanque de doble pared, cilíndrico o esférico.

Modelos experimentales

TU-155 (Unión Soviética, 1988)

Primer aparato experimental en el mundo en funcionar con hidrógeno líquido como combustible. Este avión de pasajeros tenía tres motores, y su motor derecho estaba propulsado por hidrógeno. Se fabricó para estudiar la posibilidad de usar un combustible alternativo en las turbinas de aviación.

Piper Clase M de seis plazas

Convenientemente modificado para su propulsión con hidrógeno (Inglaterra, ZeroAvia). Avión comercial de seis pasajeros que usa pila de combustible de hidrógeno. El avión lleva los tanques de almacenamiento de hidrógeno en las alas y un motor eléctrico de 260 kW (354 CV) de potencia. Esta aeronave voló y aterrizó con cero emisiones de gases contaminantes.

Turbofan

Francia, Airbus: propuesta de avión con dos motores turboventiladores híbridos de hidrógeno cuyo sistema de almacenamiento y distribución se encontraría detrás del mamparo de presión en popa. Según Airbus, este modelo sería capaz de lograr una velocidad de crucero Mach 0,78 (lo que equivale a 828 k/h) y podría transportar a 200 pasajeros.

El turbohélice

Francia, Airbus: propuesta de avión que tendría capacidad para menos de 100 pasajeros. Equipado con dos motores turbohélice híbridos de hidrógeno que moverían las hélices de seis palas y proporcionarían el empuje. El sistema de almacenamiento y distribución, como en el modelo anterior, se encontraría detrás del mamparo de presión de popa. Se estima que podría llegar a una velocidad Mach 0,5 (unos 612 kilómetros por hora).

Blended-Wing Body

Francia, Airbus: propuesta de avión que tendría unas especificaciones similares al turbofan. Contaría con dos motores turboventiladores híbridos de hidrógeno, pero al tener un interior más amplio se abren más opciones para el sistema de almacenamiento y distribución de hidrógeno, como por ejemplo debajo de las alas. Podría transportar a unos 200 pasajeros a una velocidad de crucero Mach 0,78 (828 kilómetros por hora).

Logística requerida

La compañía británica ZeroAvia y el  Centro Europeo de Energía Marina (EMEC) pusieron en marcha la primera instalación aeroportuaria de producción y reabastecimiento de hidrógeno para aviones comerciales en el aeropuerto de Cranfield, en Inglaterra. Esto con el fin de estudiar cómo funciona una instalación de este tipo en términos de producción, almacenamiento y reabastecimiento de combustible de hidrógeno de origen sostenible. En otras palabras, ver la logística requerida.

ZeroAvia, compañía que fabricó el Piper Clase M de seis plazas convenientemente modificado, señaló que el hidrógeno en la aviación tiene una gran ventaja sobre la aplicación en automóviles, se necesitan muchas menos estaciones de abastecimiento y su ubicación está muy localizada, fundamentalmente en aeropuertos y aeródromos.

Uso de combustible ecológico

Para que el hidrógeno sea un combustible ecológico y contribuya a frenar el cambio climático deberá ser producido mediante electrólisis, que consiste en la descomposición de las moléculas de agua (H2O), en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). Lamentablemente, solo el 5% de la producción total del hidrógeno se obtiene mediante este método.

El hidrogeno más utilizado actualmente es el hidrogeno gris, pero es el menos respetuoso con el medio ambiente, pues su generación sigue requiriendo de combustibles fósiles.

El hidrógeno azul o bajo en carbono usa también de combustibles fósiles, pero emite menos carbono, pues este se retira con un método llamado captura y almacenamiento.

¿Es rentable usar el hidrógeno como combustible?

Generalmente obtener el hidrógeno por electrólisis es un proceso costoso porque se necesita mucha energía eléctrica para alimentar los electrolizadores; y el costo de la misma es proporcional al costo de la electricidad utilizada. Sin embargo, la producción de hidrógeno podría ser rentable si se emplea todo el exceso de energía renovable que no se consume, y que, por tanto, no puede almacenarse.

Por otro lado, expertos indican que los costes de los electrolizadores están disminuyendo considerablemente, lo que podría abaratar de forma considerable el gasto asociado a la generación de hidrógeno con energía procedente de fuentes renovables.