¿Cuáles son los principales desafíos del hidrógeno?

Los desafíos de infraestructura, cadena de suministro y almacenamiento de hidrógeno deben superarse antes de que los aviones impulsados ​​por hidrógeno se conviertan en una realidad.

El hidrógeno tiene tres veces más densidad de energía que el combustible para aviones. Los motores impulsados ​​por hidrógeno no producen dióxido de carbono ni óxido de nitrógeno. El hidrógeno líquido se puede utilizar para el proceso de combustión en motores de turbina.

Alternativamente, la energía eléctrica creada a través de celdas de combustible de hidrógeno proporciona energía a los motores. A pesar de que el hidrógeno es una alternativa prometedora al combustible para aviones, los desafíos más importantes aún persisten.

Uno de los desafíos más importantes del hidrógeno líquido es su densidad volumétrica. Dado que el hidrógeno es significativamente más ligero que el combustible para aviones, su densidad volumétrica es cuatro veces peor. En otras palabras, el hidrógeno líquido requiere cuatro veces más volumen en el avión que el combustible para aviones. Por lo tanto, el almacenamiento a bordo de hidrógeno líquido es un desafío para los fabricantes de aeronaves.

Se requieren cilindros criogénicos para almacenar hidrógeno líquido manteniendo el volumen al mínimo. Los cilindros criogénicos pueden almacenar hidrógeno a aproximadamente -420 grados F (-250 grados C). Las temperaturas de congelación significan materiales especializados, paredes más gruesas y suficiente aislamiento entre las pilas de cilindros.

El peso requerido de hidrógeno puede ser solo alrededor de un tercio del combustible para aviones, pero la necesidad de un volumen mucho mayor aumenta el peso estructural de la aeronave. Si bien el combustible para aviones se puede almacenar convenientemente en los tanques de las alas, los cilindros de hidrógeno tendrían un diámetro demasiado grande para caber en las alas.

Uno de los diseños de crioplanos más antiguos que había propuesto Airbus consistía en tanques de hidrógeno en el fuselaje, encima de la cabina de pasajeros. Un diseño alternativo también mostró grandes tanques cilíndricos instalados en las alas exteriores.

El hidrógeno se derrite de sólido a líquido a -434 grados F (-259 grados C) y hierve a un estado gaseoso a -423 grados F (-253 grados C). El estado ideal para almacenar y consumir hidrógeno es el estado líquido. La licuación del hidrógeno consume casi una cuarta parte de su energía, lo que reduce la eficiencia general del sistema basado en hidrógeno.

No solo es esencial controlar la temperatura, sino que también es necesario evitar las fugas del preámbulo durante el almacenamiento, el transporte y el reabastecimiento de combustible. Si la temperatura supera los -423 grados F (-253 grados C), se puede formar una capa de gas hidrógeno en el tanque. Durante el repostaje, el hidrógeno gaseoso puede perderse debido a la vaporización.

Si bien la no toxicidad del hidrógeno permite que se ventile en la atmósfera, sin duda es una pérdida de energía potencial si no se gestiona adecuadamente.

El hidrógeno se quema mucho más rápido que el gas natural y requiere un proceso de combustión controlado. Airbus propone hidrógeno como "combustible" para la combustión como uno de los usos de la tecnología de hidrógeno en su proyecto ZEROe. En tal caso, se debe aplicar un control activo de la combustión para tener en cuenta la inflamabilidad más amplia y la alta velocidad de combustión del hidrógeno.

Cabe señalar que el uso de hidrógeno como una mezcla de gas natural, digamos alrededor del 15-20%, es factible con la tecnología existente. General Electric admite numerosas turbinas de gas que respaldan la generación de energía con varias concentraciones de hidrógeno.

Otro desafío es construir la infraestructura que soporta los aviones propulsados ​​por hidrógeno. Si bien Airbus espera tener el nivel de preparación tecnológica para un sistema de propulsión de combustión de hidrógeno para 2025, crear la infraestructura puede ser complejo.

Transportar el hidrógeno líquido volátil a ubicaciones en todo el mundo de manera segura y económica será un desafío logístico. Además, los parámetros de seguridad asociados con el manejo, almacenamiento y reabastecimiento de combustible de las aeronaves regularmente requerirían regulaciones estrictas. Los aeropuertos de todo el mundo tienen que reinventar su infraestructura para el suministro y almacenamiento de hidrógeno.

Si bien los fabricantes están realizando una amplia investigación sobre el uso de la tecnología de hidrógeno para propulsar aeronaves, se deben superar los desafíos de almacenamiento de hidrógeno, cadena de suministro e infraestructura.

¿Cree que los fabricantes de aeronaves encontrarán soluciones eficientes a los desafíos de la tecnología del hidrógeno? Cuentanos en la sección de comentarios.

Escritor - Omar es un entusiasta de la aviación que tiene un Ph.D. en Ingeniería Aeroespacial. Con numerosos años de experiencia técnica y de investigación en su haber, Omar tiene como objetivo centrarse en las prácticas de aviación basadas en la investigación. Además del trabajo, a Omar le apasiona viajar, visitar sitios de aviación y observar aviones. Con sede en Vancouver, Canadá