El vuelo de 10 minutos del avión de hidrógeno

Investigadores prueban en vuelo un aparato no tripulado alimentado por pila de combustible. Sigue la carrera por solucionar los retos de esta tecnología, que se empezará a ver comercialmente en 2025

Estas últimas semanas han sido pródigas en anuncios de aviones de hidrógeno. El departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Sharjah hacía publico el éxito de su prototipo de vehículo no tripulado impulsado con hidrógeno criogenizado, es decir, enfriado hasta cambiar su estado a líquido (ocupa menos que el gas). En concreto, el aparato ha volado durante diez minutos, y se convierte en el primero que se prueba en la región de Emiratos Árabes. Según explican los investigadores responsables, la pila de combustible se configura como una solución que en un futuro garantizará la larga duración de los vuelos de este tipo de aparatos. «Esto multiplica las posibilidades para el uso de los UAV en trabajos como el control de fronteras, inspección de infraestructuras, trabajos en incendios y rescates o vigilancia medioambiental, incluso podrían sustituir en muchos casos las labores de los satélites», explican los responsables de la prueba piloto.

Otro de los aparatos que se han testado y publicitado mucho es el Global Observer, un UAV alimentado por hidrógeno que podría operar a unos 16.000 metros de altitud durante unos cinco días y realizar operaciones de observación de la tierra. Aún está en fase de prueba, como tantos otros prototipos, aunque hubo un test de vuelo hace tres años en el que el aparato se mantuvo en al aire durante cuatro horas. Otro UAV conocido es el Phantom Eye de Boeing, aunque hay otros muchos. «A día de hoy se han realizado muchas horas de vuelo con hidrógeno, sobre todo en Estados Unidos y en España. Sólo hay que recordar la prueba que Boeing realizó en España hace unos años y que fue un verdadero hito en el sector del hidrógeno. Se probó por primera vez un aparato tripulado, biplaza y de hélice que estuvo en el aire 20 minutos propulsado por hidrógeno y alcanzó los 1.000 metros de altitud en el aeródromo de Ocaña, en Toledo», afirma Amalio Garrido, cofundador de Drage and Mate International, una firma que busca soluciones de almacenamiento para el hidrógeno en el sector aeronáutico.

Como en otros sectores sujetos a patentes y complicados procesos de I+D: «hay mucho secretismo en el sector y sólo se anuncian los éxitos», afirma José Manuel Gil, ingeniero técnico aeronáutico de Inventia Kinetics. «Desde 2009, cuando hizo su primer vuelo, la máxima autonomía alcanzada hasta ahora, utilizando pila de hidrógeno, la consiguió en 2013 el Ion Tiger, un modelo de avión no tripulado del Naval Research Laboratory de la Marina de los Estados Unidos, que resistió 48 horas en vuelo utilizando hidrógeno líquido», explica Alejandro Herrera, ingeniero aeronáutico del Colegio Oficial de Ingenieros Aeronáuticos de España.

Pero, ¿cómo funciona un avión de hidrógeno? Se puede quemar directamente el hidrógeno en un motor de explosión, para alimentar el motor y producir el movimiento, y sin embargo, «todo el sector de la aviación está apostando por sistemas híbridos y motores eléctricos», opina Garrido. Es decir, que la movilidad del avión pasa por una pila de combustible y un motor eléctrico. Dentro de la pila se suceden una serie de reacciones electroquímicas entre el hidrógeno y el oxígeno que producen por un lado agua y por otro una corriente de electrones que alimentarían al motor.

Al igual que la automoción, la aeronáutica está muy interesada en resolver los problemas técnicos que a día de hoy tiene el hidrógeno, ya que el combustible representa nada menos que una cuarta parte del gasto de explotación. Lo primero es conseguirlo de forma más eficiente, de manera que el consumo energético para su producción sea menor que la energía que se obtiene de él, cosa que a día de hoy con sistemas como la electrólisis (proceso por el que se separa el hidrógeno del oxígeno del agua), no es posible.

El otro problema es el almacenamiento y manejo del hidrógeno. «Hay dos inconvenientes. En forma de gas comprimido ocupa mucho espacio y en forma líquida necesita mantener una temperatura constante de -270 grados. Almacenarlo en forma líquida es lo interesante en cuanto a peso y volumen, pero hay que resolver el problema tecnológico. Es donde se centra ahora mismo gran parte de la investigación. Drage and Mate trabaja en una patente en la que se propone utilizar algunos componentes químicos para hacer la reacción in situ y crear el hidrógeno a bordo», explica Garrido.

Aviones comerciales

«Los UAV constituyen un mercado para este tipo de propulsión, dado sobre todo el menor riesgo de pérdidas en caso de accidentes. En España, por ejemplo se puede mencionar el Ápeiron de la Universidad CEU Cardenal Herrera de Valencia, en colaboración con el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión –instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza– e iniciativa privada, y las investigaciones en este sentido que desarrolla el INTA. Pero no tiene por qué reducirse a ellos», señala Herrera.

De hecho, el gigante Airbus anunciaba también hace unos días una patente de avión hipersónico. El aparato volaría 4,5 veces más rápido que el sonido con lo que sería posible conectar Madrid con Los Ángeles en tres horas o Londres y Nueva York en tan sólo una. Doce años después de la desaparición del Concorde parece ser que volverán los vuelos más rápidos que el sonido. Hay que recordar que el Concorde consumía 25,680 litros de queroseno cada hora. De ahí que la compañía europea haya anunciado que el combustible de estos nuevos aparatos será de hidrógeno.

La agencia espacial alemana también se ha lanzado con otro anuncio. Ha revivido su viejo proyecto de avión hipersónico, el Spaceliner, que podría unir Australia y Europa en unos escasos 90 minutos. Estos aparatos hipersónicos, más parecidos a naves espaciales que a los actuales aviones comerciales, contarían con un sistema de propulsión que combinaría los motores turbofan actuales con varios cohetes.

En el caso del Spaceliner, once cohetes alimentados por hidrógeno se encargarían de enviar el aparato al espacio. Cuatro minutos serían suficientes para alcanzar la altura máxima (por encima de los 30.000 metros, mientras que los aviones comerciales actuales lo hacen a unos 10.000 metros). Una vez aquí, entraría en juego la fase de vuelo suborbital, lo que permitiría recorrer unos 26.000 km en una hora. «Aunque en general una de las ventajas del hidrógeno es la posibilidad de alcanzar altitudes de vuelo superiores, no tienen por qué llegar a salir de la estratosfera ni ser lanzados. La mayoría ya cuenta con sistemas de propulsión híbridos, utilizando uno u otro en las distintas fases del vuelo, lo que les permite despegar y aterrizar por sí mismos», opina Herrera.

En tierra

Sin embargo, estos anuncios hay que encuadrarlos bien con la realidad del sector y sus largos y complejos procesos de certificación. «En principio no creo que las compañías estén pensando en cambios drásticos. El camino es introducir en los aviones actuales, con su misma configuración, estos nuevos modelos de propulsión. Es probable que para 2025 haya aviones volando con alguno de sus equipos alimentado por hidrógeno. Habrá una introducción paulatina. Primero alimentará el sistema eléctrico de emergencia, luego podrá dar servicio a la cabina de pasajeros y más tarde alimentar el sistema de apoyo a la navegación. Todo esto antes de que sea el combustible de la propulsión», concluye Garrido.

«Es la línea que se plantea Airbus antes de la propulsión por hidrógeno. Sobre todo, por el potencial de cara a una significativa reducción de las emisiones, del consumo de combustible y del ruido externo. Plantean diferentes iniciativas donde pretenden utilizar la pila de hidrógeno para generar electricidad y alimentar a los sistemas auxiliares, llegando a otras posibilidades como el funcionamiento en modo eléctrico de los aviones una vez se encuentren en tierra», remata Herrera.