Aviões a hidrogênio quase prontos para decolar com novos avanços

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/07/2024

Esta é a provável aparência de uma aeronave de longo curso movida a hidrogênio. O hidrogênio líquido requer um volume de tanque maior do que o querosene de aviação atual, mas é ao mesmo tempo mais leve e contém mais energia por quilograma de combustível.
[Imagem: Cranfield University]

Aviões a hidrogênio

Quase todas as viagens aéreas com um alcance de 1.200 km poderão ser realizadas com aviões movidos a hidrogênio até 2045 e, com um novo trocador de calor já em desenvolvimento, esse alcance poderá ser ainda maior.

Segundo Tomas Gronstedt e colegas da Universidade Chalmers de Tecnologia, na Suécia, a possibilidade de voos movidos a hidrogênio significa maiores oportunidades para viagens livres de combustíveis fósseis, e os avanços tecnológicos necessários para que isso aconteça estão vindo rapidamente.

"Se tudo correr bem, a comercialização de voos de hidrogênio pode ser muito rápida agora. Já em 2028, os primeiros voos comerciais de hidrogênio na Suécia poderão estar no ar," disse Gronstedt.

Alguns desses avanços tecnológicos já estão sendo testados nos túneis de vento da Universidade, onde os pesquisadores avaliam as condições do fluxo de ar em instalações de ponta. O objetivo é ter motores mais eficientes em termos energéticos, sem perder de vista a questão da segurança quanto a colocar o gás altamente inflamável a bordo das aeronaves.

Outro fio condutor da pesquisa está na utilização de aviões já existentes, que serão adaptados para operar com hidrogênio.

Trocador de calor com pré-aquecedor de gases de exaustão, desenvolvido de acordo com o novo conceito.
[Imagem: GKN Aerospace]

Trocadores de calor

Os trocadores de calor são uma parte vital da aviação a hidrogênio e são uma parte fundamental dos avanços tecnológicos que estão ocorrendo.

Para manter os sistemas de combustível leves, o hidrogênio precisa estar na forma líquida. Isso significa que o hidrogênio é mantido superfrio nos tanques da aeronave, normalmente em torno de -250 ºC. Recuperar o calor dos escapamentos quentes dos motores a jato e resfriar os motores em locais estratégicos permite torná-los mais eficientes.

Para transferir o calor entre o hidrogênio super-resfriado e o motor, são necessários equipamentos chamados trocadores de calor, mas de um tipo diferente dos que existem hoje.

A equipe tem trabalhado há vários anos para desenvolver um tipo completamente novo de trocador de calor. A tecnologia aproveita a baixa temperatura do hidrogênio armazenado para resfriar as peças do motor e, em seguida, utiliza o calor residual dos gases de escape para pré-aquecer o combustível várias centenas de graus, antes que ele seja injetado na câmara de combustão.

"Cada grau de aumento na temperatura reduz o consumo de combustível e aumenta a autonomia [de voo]. Conseguimos mostrar que aeronaves de curto e médio alcances equipadas com o novo trocador de calor poderiam reduzir o consumo de combustível em quase oito por cento. Considerando que um motor de aeronave é um motor maduro e de tecnologia bem estabelecida, é um resultado muito bom de um único componente," afirmou o professor Carlos Xisto, membro da equipe.

Os pesquisadores também observam que, com mais otimização, este tipo de tecnologia de permutador de calor em um avião comercial regular, como um Airbus A320, poderia proporcionar uma autonomia melhorada de até dez por cento.

Sistema de gerenciamento de calor para motor turbofan com intercooling e recuperação.
[Imagem: Alexandre Capitao Patrao et al. - Proceedings of ASME Turbo Expo 2024]

Aviação a hidrogênio

Mas, por mais eficiente que seja, um trocador de calor apenas pode não ser suficiente para deslanchar uma aviação movida a hidrogênio.

Outros desafios incluem grandes investimentos necessários na criação das infraestruturas de produção, transporte e armazenamento do hidrogênio. A própria equipe estima que uma transição para a aviação a hidrogênio exija cerca de 100 milhões de toneladas de hidrogênio verde anualmente.

"Há expectativas da indústria de que 30 a 40 por cento da aviação global será movida a hidrogênio até 2050. É provável que, durante alguns anos, precisemos de uma combinação de aeronaves que funcionem com eletricidade, menos prejudiciais para o ambiente, combustível de aviação e hidrogênio. Mas todas as aeronaves que podem ser alimentadas com hidrogênio proveniente de energias renováveis reduzem as emissões de dióxido de carbono," afirmou Gronstedt.

As vantagens são várias. Os voos a hidrogênio podem ser movidos eletricamente, usando células de combustível, que convertem o hidrogênio em eletricidade por meio de catálise, ou com motores a jato, onde o hidrogênio é queimado em uma turbina a gás. O hidrogênio contém mais energia por quilograma do que o querosene de aviação usado hoje e também tem a vantagem de que o produto residual da combustão é principalmente vapor de água.

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