¿Hay algún programa para construir un avión propulsado por hidrógeno?

La llamada "energía renovable" es una palabra de moda en estos días. Los fabricantes de automóviles están comenzando a lanzar automóviles propulsados ​​por hidrógeno. Es posible que el hidrógeno no sea actualmente el combustible más eficiente o económico para los motores a reacción, pero eso no significa que haya empresas trabajando en este tema o incluso en un nuevo tipo de motor.

¿Existen programas de este tipo hoy en día?

Cabe señalar que el hidrógeno no es en realidad una fuente de "energía renovable" en absoluto. De hecho, por lo general ni siquiera es una fuente de energía en primer lugar. Por lo general, es un mecanismo de almacenamiento de energía para la energía producida a partir de alguna otra fuente (generalmente la red eléctrica, lo que significa principalmente carbón). Muy parecido a una batería, solo que mucho más difícil de contener pero con productos de desecho menos dañinos.
@reirab: según esa lógica, la única fuente de energía verdadera es el sol. Con las excepciones de la nuclear y la geotérmica (ambas causadas por la desintegración radiactiva de los elementos pesados ​​y, por lo tanto, nos las proporciona alguna otra estrella) y tal vez los arneses de mareas (causados ​​principalmente por la atracción gravitacional de la luna sobre los océanos, pero que aún requiere agua líquida y por lo tanto, una fuente de calor), todas las "fuentes de energía" que tenemos actualmente, las tenemos porque esa fuente capturó y almacenó la energía del sol (el ciclo del agua para reacciones hidroeléctricas, fotosintéticas para la mayoría de los combustibles fósiles).
@KeithS La diferencia es que todas esas cosas las hace la naturaleza, mientras que el hidrógeno debe crearse antropogénicamente utilizando energía de una de esas otras fuentes.

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La aviación consume mucha energía. Si bien el hidrógeno es bastante eficiente en términos de energía por masa ( 141,8 MJ/kg ), es pésimo en términos de energía por volumen. Los aviones hoy en día utilizan sus alas para el almacenamiento de combustible, lo que ayuda a reducir las cargas de flexión y utiliza un volumen inadecuado para transportar la carga útil. Esto no funcionará para el hidrógeno.

El mayor problema es el almacenamiento , y ninguna de las soluciones es realmente atractiva:

  • Criogénico: Almacenar el hidrógeno a una temperatura en la que es líquido (por debajo de 20°K) reduce en gran medida las demandas de volumen, pero ahora necesita agregar aislamiento, e incluso entonces la energía por volumen es solo una cuarta parte en comparación con los hidrocarburos. Esto se usa en cohetes, porque pueden confiar en un amplio apoyo en tierra antes del lanzamiento y agotar el material en unos minutos. Sin embargo, los aviones de pasajeros necesitan almacenar su combustible durante decenas de horas, por lo que sus tanques de hidrógeno serán mucho más pesados ​​y voluminosos que los de los cohetes.
  • Comprimido: esto evita la entrada de energía para la licuefacción, pero ahora necesita un recipiente a presión fuerte y pesado. El almacenamiento actual de hidrógeno gaseoso utiliza una presión de hasta 700 bar, pero incluso entonces la demanda de volumen es seis veces mayor que la del queroseno para el mismo contenido de energía.
  • Hidruros: algunos metales como el magnesio o el sodio pueden unir hidrógeno y liberarlo cuando se calientan. Sin embargo, incluso en los compuestos más eficientes como el tetrahidroaluminato de sodio, solo el 7,4 % de la masa es hidrógeno utilizable, lo que lo hace extremadamente inadecuado para aplicaciones de masa crítica como la aviación.

Actualmente, una combinación de almacenamiento criogénico y comprimido parece la más atractiva y ha sido ampliamente probada.

El primer avión propulsado (parcialmente) por hidrógeno fue el LZ-127 Zeppelin, que utilizaba una mezcla de gases de igual masa por volumen que el aire ( Blaugas ) para impulsar sus motores.

Tupolev diseñó y voló el Tu-155 , el primer avión más pesado que el aire propulsado por hidrógeno, en 1988. Los resultados mostraron que el principio funcionaba, pero no podía competir con el queroseno.

Actualmente, varios demostradores están en funcionamiento , pero ninguno con la esperanza de una aplicación generalizada; tal como está, la unión química del hidrógeno al carbono seguirá siendo la mejor forma de almacenamiento (líquido y sin presión) para la aviación.

El hidrógeno se convierte en la mejor fuente de energía solo cuando la velocidad de combustión es crítica, como en los estatorreactores de combustión supersónica ( scramjets ).

Entonces, básicamente, todo se reduce a que el combustible solo tiene una mejor relación energía/masa, pero el sistema de combustible + almacenamiento para el combustible tiene una peor (y/o requiere más volumen, lo que agrega cantidades inaceptables de arrastre de forma)? Y todo esto es aparte de la complejidad de diseño adicional y la mayor probabilidad resultante de que algo salga mal, por supuesto.
Para sumar números, la densidad del queroseno es ~800 kg/m³ mientras que el hidrógeno líquido solo tiene ~70 kg/m³ (comprimido a 700 bar se acerca a ese valor), por lo que se necesita un volumen 11,5 veces mayor.
tenga en cuenta que la compresión y la licuefacción son efectivamente lo mismo, los requisitos de aislamiento y enfriamiento son muy similares, al igual que los requisitos en el recipiente a presión.
Para agregar aún más números: el hidrógeno gaseoso comprimido tiene una densidad de solo 40 kg/m³ a 700 bar. Comprimirlo de 350 a 700 bar aumenta la densidad solo en un 67%, ya que con el aumento de la presión se comportará cada vez menos como un gas ideal.
Otro punto de datos en la curva: la tercera etapa del Saturno V usaba hidrógeno (líquido) como combustible, pero cuando se encendió, la nave ya no era un avión. También esperaban usar hidrógeno para la segunda etapa, pero eso habría sido demasiado complicado y costoso, incluso a esa gran escala.

Airbus ha afirmado que su objetivo es producir aviones de pasajeros alimentados con hidrógeno que podrían estar en servicio en 2035. Han desarrollado tres diseños conceptuales ZEROe.

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Al presentar sus últimos planos, Airbus dijo que su diseño de turboventilador podría transportar hasta 200 pasajeros en más de 2,000 millas, mientras que un concepto de turbohélice tendría una capacidad y un alcance un 50% más bajos.

Un tercer avión de "cuerpo de ala combinada" fue el más llamativo de los tres diseños.

Los tres aviones estarían propulsados ​​por motores de turbina de gas modificados para quemar hidrógeno líquido y mediante celdas de combustible de hidrógeno para generar energía eléctrica.

Sin embargo, Airbus admitió que para que la idea funcione, los aeropuertos tendrían que invertir grandes sumas de dinero en infraestructura de reabastecimiento de combustible.

"La transición al hidrógeno, como principal fuente de energía para estos aviones conceptuales, requerirá una acción decisiva de todo el ecosistema de la aviación", dijo el Sr. Faury.

"Junto con el apoyo del gobierno y los socios industriales, podemos estar a la altura de este desafío para aumentar la energía renovable y el hidrógeno para el futuro sostenible de la industria de la aviación".

Los nuevos diseños de Airbus son fruto de un proyecto de investigación conjunto que Airbus lanzó con EasyJet el año pasado para considerar aviones híbridos y eléctricos.

El director ejecutivo de la aerolínea, Johan Lundgren, dijo: "EasyJet sigue absolutamente comprometida con un vuelo más sostenible y sabemos que la tecnología es donde se encuentra la respuesta para la industria".

BBC News: 'Airbus mira hacia el futuro con aviones de hidrógeno'

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