Por que não temos aeronaves elétricas?

Por que não temos aeronaves elétricas?
CC BY-ND

Já existem carros elétricos, trens, bondes e barcos. Isso leva logicamente à pergunta: por que não estamos vendo grandes aeronaves elétricas? E vamos vê-los em breve?

Por que temos carros e trens elétricos, mas poucos aviões elétricos? A principal razão é que é muito mais simples modificar radicalmente um carro ou trem, mesmo que pareçam muito semelhantes aos veículos tradicionais de combustíveis fósseis do lado de fora.

Os veículos terrestres podem lidar facilmente com a massa extra do armazenamento de eletricidade ou dos sistemas de propulsão elétrica, mas as aeronaves são muito mais sensíveis.

Por exemplo, aumentar a massa de um carro em 35% leva a um aumento no uso de energia de 13-20%. Mas para um avião, o uso de energia é diretamente proporcional à massa: aumentar sua massa em 35% significa que ele precisa de 35% mais energia (todas as outras coisas são iguais).


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Mas isso é apenas parte da história. As aeronaves também viajam muito além dos veículos terrestres, o que significa que um vôo requer muito mais energia do que uma viagem normal. A aeronave deve armazenar a bordo toda a energia necessária para mover sua massa para cada voo (diferentemente de um trem conectado a uma rede elétrica). Usar uma fonte de energia pesada, portanto, significa que é necessária mais energia para um voo, o que gera massa extra e assim por diante.

Para uma aeronave, a massa é crucial, e é por isso que as companhias aéreas pesam com rapidez as bagagens. Os aviões elétricos precisam de baterias com energia suficiente por quilograma de bateria, ou a penalidade em massa significa que eles simplesmente não podem voar longas distâncias.

Aviões de curto alcance

Apesar disso, as aeronaves elétricas estão no horizonte - mas você não verá os 747s em breve.

As melhores baterias de íon de lítio disponíveis atualmente oferecem cerca de 200 watt-hora (Wh) por quilograma, cerca de 60 vezes menos que o combustível atual da aeronave. Esse tipo de bateria pode alimentar pequenos táxis aéreos elétricos com até quatro passageiros a uma distância de cerca de 100km. Para viagens mais longas, são necessárias células mais densas em energia.

Aeronaves elétricas de curto alcance que transportam até pessoas da 30 por menos de 800km, por exemplo, exigem especificamente entre 750 e 2,000Wh / kg, que é algum conteúdo de energia de combustível de aviação à base de querosene 6-17%. Aeronaves ainda maiores exigem baterias cada vez mais leves. Por exemplo, um avião transportando passageiros 140 por 1,500km consome cerca de 30kg de querosene por passageiro. Com a tecnologia de bateria atual, são necessários quase 1,000kg de baterias por passageiro.

Para tornar as aeronaves regionais totalmente elétricas, é necessário uma redução de quatro a dez vezes no peso da bateria. A taxa histórica de melhoria de longo prazo na energia da bateria tem sido de cerca de 3-4% ao ano, dobrando aproximadamente a cada duas décadas. Com base na continuação dessa tendência histórica, a melhoria quádrupla necessária para uma aeronave de passageiros totalmente elétrica poderia ser alcançada em meados do século.

Embora isso possa parecer uma espera incrivelmente longa, isso é consistente com a escala de tempo da mudança no setor de aviação para os ciclos de vida da infraestrutura e do design de aeronaves. Uma nova aeronave leva cerca de anos 5-10 para projetar e permanecerá em serviço por duas a três décadas. Algumas aeronaves ainda voam com o 50 anos após o primeiro voo.

Aí vêm os híbridos

Isso significa que os voos de longa distância sempre dependerão de combustíveis fósseis? Não necessariamente.

Embora grandes aeronaves totalmente elétricas exijam uma mudança importante, ainda a ser inventada, no armazenamento de energia, existem outras maneiras de reduzir o impacto ambiental do voo.

Aviões híbridos-elétricos combinam combustíveis com propulsão elétrica. Essa classe de aeronave inclui projeto sem baterias, onde o sistema de propulsão elétrica serve para melhorar a eficiência do empuxo, reduzindo a quantidade de combustível necessária.

Aeronaves híbridas-elétricas com baterias também estão em desenvolvimento, onde as baterias podem fornecer energia extra em circunstâncias específicas. As baterias podem, por exemplo, fornecer decolagem e pouso limpos para reduzir as emissões perto dos aeroportos.

Os aviões elétricos também não são a única maneira de reduzir a pegada direta de carbono do voo. Combustíveis alternativos, como biocombustíveis e hidrogênio, também estão sendo investigados.

Biocombustíveis, que são combustíveis derivados de plantas ou algas, foram usados ​​pela primeira vez em um vôo comercial no 2008 e várias companhias aéreas realizaram testes com eles. Embora não seja amplamente adotada, atualmente pesquisas significativas estão investigando biocombustíveis sustentáveis ​​que não afetam as fontes de água doce ou a produção de alimentos.

Embora os biocombustíveis ainda produzam CO₂, eles não exigem mudanças significativas nas aeronaves ou na infraestrutura aeroportuária existente. O hidrogênio, por outro lado, requer um redesenho completo da infraestrutura de abastecimento de combustível do aeroporto e também tem um impacto significativo no projeto da própria aeronave.

Enquanto o hidrogênio é muito leve - o hidrogênio contém três vezes mais energia por quilograma do que o querosene - sua densidade é muito baixa, mesmo quando armazenada como um líquido a -250 ℃. Isso significa que o combustível não pode mais ser armazenado na asa, mas precisa ser transportado para tanques relativamente pesados ​​e volumosos dentro da fuselagem. Apesar dessas desvantagens, os voos de longa distância movidos a hidrogênio podem consumir até 12% menos energia que o querosene.

Sobre o autor

Dries Verstraete, professor sênior de projeto e propulsão aeroespacial, Universidade de Sydney

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

Vídeo: Future Aircraft - Documentário da NASA

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