O protótipo de Alice da Eviation. Ian Langsdon / EPA
O governo do Reino Unido planeja proibir a venda de novos carros a gasolina e diesel convencionais até 2040. Claramente, o plano é que todos os cidadãos estejam dirigindo carros elétricos ou híbridos, ou - melhor ainda - andando de bicicleta. Mas a eletrificação pode ajudar a reduzir as emissões dessa outra forma de transporte de passageiros intensiva em carbono?
Essa é uma pergunta complexa e onde o tamanho importa. É possível que pequenas aeronaves sejam alimentadas por eletricidade. De fato, várias empresas já estão desenvolvendo pequenas aeronaves elétricas e poderiam entrar no mercado dentro de os próximos anos.
Mas para as aeronaves de grande porte que todos usamos com mais frequência, é improvável que isso aconteça tão cedo. O problema não é a tecnologia de propulsão, mas o armazenamento de energia. O combustível para aviação contém cerca de 30 vezes mais energia por quilograma do que a bateria de íon-lítio mais avançada atualmente disponível.
O maior avião de passageiros do mundo, o Airbus A380, pode voar passageiros do 600 com o 15,000 quilômetros em um único voo. Mas, de acordo com meus cálculos, com baterias, ele só podia voar um pouco mais de um quilômetro da 1,000. Mesmo que todos os passageiros e cargas fossem substituídos por baterias, o alcance ainda seria menor que os quilômetros 2,000. Para manter seu alcance atual, o avião precisaria de baterias pesando o número 30 mais do que o consumo atual de combustível, o que significa que nunca decolaria.
Esse trade-off é particularmente ruim para voos de longo curso, porque o combustível compõe metade do peso da aeronave na decolagem. Além disso, um avião convencional fica mais leve à medida que o combustível é consumido, mas uma aeronave elétrica teria que carregar o mesmo peso da bateria durante todo o voo. Como eu disse, o tamanho importa.
Para uma aeronave leve de cinco a dez lugares, é provável que o combustível represente 10% a 20% do peso da aeronave. Simplesmente trocar o combustível por baterias ainda pode reduzir a distância que o avião pode voar em uma quantidade impraticável. Porém, substituir dois ou três passageiros por baterias adicionais daria um alcance de quilômetros 500 a quilômetros 750, em comparação com um alcance movido a combustível de mais de 1,000km.
Primeiro modelo comercial
No entanto, poderia haver outra opção. Empresa israelense Eviation revelou recentemente uma versão protótipo do que afirma ser a primeira aeronave comercial de passageiros totalmente elétrica do mundo. A aeronave, chamada Alice, não apenas troca combustível de avião por baterias, mas é um novo conceito de design que melhora a maneira como o sistema de propulsão é integrado à estrutura da aeronave. Transportando nove passageiros com um alcance de 1,000km, Alice deverá entrar em serviço no 2022.
Alice pode ser uma alternativa prática para viagens regionais pequenas, mas não para a maioria dos voos regulares de passageiros, mesmo os de curta distância. Então, como a eletrificação pode ajudar aqui? Melhorar a tecnologia da bateria é uma opção. Uma nova tecnologia conhecida como baterias de lítio-ar teoricamente, pode atingir a mesma densidade de energia que o combustível de aviação. No entanto, eles ainda estão na fase de laboratório. Dada a natureza extremamente consciente da segurança da indústria da aviação, é improvável que planeje futuras aeronaves com tecnologia não comprovada.
O que é mais provável ver nos voos de curta distância nos próximos anos do 20 ao 30 são aeronaves híbridas que combinam os atuais motores turbofan com novos sistemas de propulsores elétricos. Esse sistema híbrido mais flexível pode ser otimizado para fornecer o alto impulso necessário para a decolagem e a densidade de energia necessária para um cruzeiro longo.
O híbrido E-Fan X. Airbus
Esta é uma área que está sendo ativamente perseguida no E-FanX projeto, que envolve a Airbus, Rolls-Royce e Siemens se unindo para desenvolver um demonstrador de voo de propulsão híbrido-elétrico. Usando uma aeronave BAe 146, que geralmente transporta passageiros de 100, eles planejam substituir um dos quatro motores turbofan Honeywell da aeronave por um ventilador propulsor acionado por um motor elétrico de dois megawatts.
Nas fases iniciais do projeto, a eletricidade será realmente fornecida por uma turbina a gás Rolls-Royce AE2100 alojada na fuselagem da aeronave (corpo principal). Mas o E-FanX ainda será um passo importante na evolução da tecnologia elétrica híbrida. Airbus diz deseja disponibilizar esta tecnologia para aeronaves com assento 100 pelos 2030s.
Também é possível equipar um avião com vários pequenos propulsores elétricos em um sistema de propulsão distribuída, mais eficiente que os projetos tradicionais que usam dois grandes turbofans. Essa idéia pode ser levada adiante, combinando a fuselagem e as asas separadas em um único "corpo de asa misturada”, Integrando de maneira mais eficiente os propulsores à estrutura da aeronave em um design mais aerodinâmico. Isso poderia reduzir a quantidade de energia que a aeronave precisaria em 20%.
Mas nenhum dos dois principais fabricantes de aeronaves do mundo, Boeing e Airbus, está buscando ativamente a tecnologia de asas combinadas. Uma mudança de design tão importante tem muitos desafios técnicos para torná-lo comercialmente viável agora mesmo. Por exemplo, a maioria dos aeroportos não seria capaz de acomodar uma aeronave de asa mista.
Nenhuma alternativa
Infelizmente, para o tipo de voo que a maioria de nós faz, atualmente não há alternativa prática aos turbofans a jato. Por esse motivo, os principais fabricantes de motores de aeronaves estão investindo pesadamente na melhoria de sua atual tecnologia de motores. Associação Internacional de Transporte Aéreo estima que cada nova geração de aeronaves é, em média, 20% mais eficiente em termos de combustível do que o modelo que substitui e que as companhias aéreas investirão US $ 1.3 trilhões em novos aviões na próxima década.
Por exemplo, o mecanismo mais recente da Rolls-Royce, o Trent XWB que alimenta o novo Airbus A350, é comercializado como “o grande motor aeronáutico mais eficiente do mundo”. A Airbus alega que o motor ajudará o A350 a alcançar “25% de custos operacionais mais baixos, queima de combustível e emissões de CO₂ quando comparado com aeronaves da geração anterior”.
A próxima geração do motor Rolls-Royce, o UltraFanTM, oferecerá uma redução adicional de 20% a 25% no consumo de combustível e nas emissões de CO₂ e deve entrar em serviço no 2025.
Mas vale lembrar que atualmente a aviação contribui apenas com 2% a 3% das emissões globais de CO₂. Isso se compara a cerca de 30% a 35% para todo o setor de transporte e outro de 30% a 35% para geração de eletricidade.
O número de passageiros aéreos é espera dobrar nas próximas duas décadas, mas também o são as emissões totais, portanto é improvável que a aviação seja uma parte maior do problema. Reduzir as emissões da aviação em 20% por geração de aeronave provavelmente pode não ser uma melhoria sustentável. Mas se as aeronaves híbridas se tornarem realidade, o voo realmente pode se tornar ainda menos contribuinte para as emissões totais do que é hoje.
Sobre o autor
Duncan Walker, professor sênior de aerodinâmica aplicada, Universidade de Loughborough
Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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