Con el apoyo de la NASA, investigadores universitarios han logrado avances en el desarrollo de celdas de combustible avanzadas y tecnología de conducción de electricidad para generar energía para las aeronaves totalmente eléctricas en el futuro.
Las celdas de combustible de hidrógeno aún no se han utilizado para propulsar aviones grandes debido a los desafíos de ingeniería asociados con el peso, la temperatura y las cargas eléctricas. Sin embargo, una nueva investigación demuestra que puede haber un camino a seguir.
El combustible de hidrógeno se almacena sobre la cabina de la aeronave en tanques criogénicos livianos y térmicamente eficientes, que también mejoran la distribución de sustentación de la aeronave, en comparación con las configuraciones actuales de aeronaves de tubo y ala.
El Centro de Tecnologías Eléctricas de Alta Eficiencia para Aeronaves (CHEETA) está trabajando en el desarrollo de nuevas tecnologías para incorporar pilas de combustible en la aviación.
Esta tecnología sostenible tiene el potencial de hacer que la aviación sea más respetuosa con el medio ambiente al eliminar las emisiones de carbono.
Como parte de la Iniciativa de Liderazgo Universitario (ULI) de la NASA, este organismo involucra a profesores y estudiantes universitarios en el logro de los objetivos de investigación aeronáutica, CHEETA es un consorcio de nueve universidades y dos socios de la industria, dirigido por la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC).
Se informó que CHEETA no solo está trabajando en la creación de aeronaves totalmente eléctricas propulsadas por celdas de combustible, sino que también involucra a estudiantes de posgrado, pregrado e incluso secundaria en la investigación. La inclusión y la participación son elementos clave de la actividad ULI de la NASA.
“Estamos investigando diferentes características de cómo las celdas de combustible funcionan como centrales eléctricas para futuras aeronaves eléctricas”, dijo Phillip Ansell, director de CHEETA y profesor asistente en la UIUC.
Las pilas de combustible generan electricidad combinando el oxígeno del aire con el hidrógeno, y el agua es su única emisión.
“El hidrógeno es un gran portador de energía porque no hay carbono involucrado. Estas celdas de combustible se pueden configurar para producir cero emisiones. Esta es la piedra angular de lo que queremos lograr con CHEETA”, dijo Ansell.
Sin embargo, existen desafíos involucrados en la aplicación de esta tecnología a la aviación, uno de ellos es que el hidrógeno debe enfriarse hasta su estado líquido, un poco menos de 253ºC.
Almacenar este líquido superfrío o criogénico requiere tanques que son más pesados que los que se usan para contener combustible para aviones, “lo que ha dificultado que las celdas de combustible logren un uso generalizado en la aviación”, mencionaron.
Otro desafío es que las celdas de combustible deben poder generar suficiente electricidad para impulsar un avión grande y luego transportar o conducir eficientemente la electricidad a los sistemas de propulsión y energía del avión.
La idea es impulsar un avión comercial del tamaño de un Boeing 737, que debe generar más de 20 megavatios de energía para operar y los investigadores afirmaron que no están lejos de obtener un enfoque que funcione, “hay mucho potencial por desarrollar”.
CHEETA se asoció con GE Research para diseñar un nuevo tipo de tanque de hidrógeno liviano para usar en un avión comercial.
“Se nos ocurrió un nuevo tanque liviano diseñado para tener la larga vida necesaria para los aviones que también puede identificar fugas y otros problemas. Podría convertirse en un producto práctico que permita el uso de hidrógeno en el futuro”, dijo Ansell.
CHEETA también ha trabajado en diseños de nueva tecnología para manejar cargas eléctricas masivas, así como para gestionar los problemas de gestión térmica.
“En colaboración con Boeing, hicimos algunas pruebas para ver cómo se ajustan las celdas de combustible cuando cambia la demanda de energía sobre ellas. También hicimos pruebas para ver los cambios en la forma en que se presuriza el aire entrante a la celda de combustible para mejorar la producción de energía neta a grandes altitudes”, dijo Ansell.
Una vez que ha completado su primera fase, que comenzó en 2019, CHEETA extenderá su estudio por dos años adicionales. Los investigadores planean desarrollar y demostrar tecnologías prototipo de sistemas de energía eléctrica, sistemas de almacenamiento de hidrógeno y un concepto de aeronave a escala. Tienen la esperanza de que los resultados positivos conduzcan a pruebas de vuelo más grandes en el futuro.
