Miguel Ángel Castillo – Director de Desarrollo Tecnológico Grupo Aernnova
8 marzo 2023
La utilización del hidrógeno como vector energético en las aeronaves para conseguir cero emisiones de CO2 ha irrumpido con fuerza con el anuncio del lanzamiento del programa Airbus ZEROe que apunta a una entrada en servicio en 2035 de un avión de transporte comercial de corto alcance para 100 pasajeros. Este contexto está suponiendo el lanzamiento de grandes proyectos de investigación y desarrollo tecnológico para el uso del hidrógeno en aeronáutica pues presenta la oportunidad de que podamos volar sin necesidad de quemar combustibles fósiles.
Aernnova es miembro fundador de Clean Aviation, proyecto en el que tenemos una participación relevante, dotado de 1800 M€ de ayuda pública y parte de Horizon Europe, Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea. Articulado en tres pilares, uno de ellos está dedicado exclusivamente al hidrógeno.
La apuesta europea está hecha y junto con el objetivo tecnológico aeronáutico, presupone que existirá a mediados de la próxima década, una cadena de suministro de hidrógeno verde, generado por energías renovables y un sistema de distribución seguro en los aeropuertos donde operen los nuevos aviones.
El hidrógeno líquido, LH2, como vector energético en aviones, puede traducirse en combustión directa en motores, a priori más adecuado para grandes aviones de transporte, o también puede alimentar pilas de combustible que generen electricidad para motores eléctricos o híbrido-eléctricos. Esta segunda línea es de especial atención para aviación general y regional.
La combustión de hidrógeno tiene sus ventajas en relación al queroseno: no se emite CO2 aunque se emite el triple de agua que dependiendo de la altura de vuelo genera nubes de condensación que contribuyen al efecto invernadero. Esto es sujeto de estudio en la actualidad y motivo de controversia científica porque aunque las contrails duren menos en la atmósfera – máximo 14 horas- respecto al CO2 – décadas- pueden tener un efecto invernadero mayor.
El hidrógeno tiene la ventaja de disponer de una energía específica superior a la del queroseno, de hecho, los lanzadores espaciales utilizan hidrógeno líquido (LH2) como combustible. Pero su densidad energética es tan solo un 25% la del queroseno lo que implica tanques de combustibles de mayores volúmenes. Aumentar el tamaño de los tanques implica grandes retos en el diseño de la aeronave por tener que aligerar tanto los depósitos como la estructura portante. A esto se le añade la condición de diseñar tanques aislados térmicamente que permitan mantener una temperatura de -253° C en su interior para preservar la fase líquida, esto implica un diseño integral termo- mecánico. Otros requisitos relevantes son la impermeabilidad para evitar fugas, el sistema de venteo y que los depósitos tengan una vida útil comparable a la de la aeronave.
Estos retos mencionados son grandes y para los proveedores de estructuras y sistemas, como Aernnova, se traducen en desarrollar, diseñar e integrar nuevas aeroestructuras, como es el caso de los tanques de hidrógeno líquido, de una forma segura y competitiva. La competitividad vendrá de la ligereza de la solución, su diseño, y los medios industriales para fabricarla. De ahí el interés en la utilización del material compuesto como base de diseño. La necesidad de ligereza de las estructuras y sistemas aeronáuticos ofrece una posibilidad de nuevos desarrollos en materiales compuestos frente a las soluciones metálicas. Y una condición de partida para los desarrollos en aeronáutica: no ha habido vuelos con tanques de LH2 fabricado en material compuesto.
Aernnova, junto con importantes socios del sector aeronáutico europeo, ha estado trabajando en un proyecto de viabilidad para el desarrollo de tanques de hidrógeno líquido para aviones. Nuestros socios fueron los fabricantes aeronáuticos IAI de Israel y HAI de Grecia, los centros tecnológicos DLR (Alemania), INTA (España) y RISE (Suecia), la Universidad de Patras en Grecia, y las PYMES Invent (Alemania), Oxeon (Suecia) y Cryospain (España). Como consecuencia de estos estudios que nos han tenido ocupados más allá de la primera parte del pasado año, concluimos que era posible pero que necesitábamos el soporte de Clean Aviation. Nuestra propuesta se llamó HYTALIA, y abordaba el desarrollo de un tanque de LH2 en compuesto para alcanzar un índice gravimétrico superior al 35%. En la misma se incluyeron alcances muy significativos y aunque no resultó seleccionada, nos ha servido para caracterizar los aspectos más relevantes para nuestros retos futuros pues configuramos un depósito de LH2 compuesto por tres elementos clave: el tanque interior, el tanque exterior y el sistema de aislamiento térmico según se puede apreciar en la siguiente figura junto con otros subsistemas clave.
