Obtendo energia renovável no céu com melhores projetos de aeronaves

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Obtendo energia renovável no céu com melhores projetos de
aeronaves
Novos projetos inovadores podem ajudar a indústria da aviação a chegar ao zero líquido, tornando os
aviões mais compatíveis com fontes de energia renováveis.
Projetos de aeronaves de tubo e asa (canto superior esquerdo) e de asa combinada (direita). Matt Artz
em Unsplash
Uma questão de longo prazo para a indústria aérea é a necessidade de combater as suas emissões
fósseis, que contribuem para mais de 2% das emissões globais.
Como podemos fazer com que essa indústria esteja na rede zero e seja possível? O design
convencional de “tubo e asa” só pode ser otimizado até agora. Enquanto novos projetos estão se
mostrando promissores para “quebrar o molde” das aeronaves convencionais e oferecer uma maneira
de incorporar sistemas de propulsão de menor densidade de energia.
As soluções foram apresentadas por meio de combustíveis renováveis ou “verdes”, bem como
reimaginar os moldes existentes. Novos projetos de fuselagem não só melhoram a eficiência da
aeronave, mas têm o benefício lateral do aumento do volume da cabine, proporcionando amplo espaço
para esquemas de propulsão sustentáveis, como aviões híbridos de combustível elétrico ou até mesmo
sistemas totalmente elétricos.
https://www.atag.org/component/factfigures/?Itemid=
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Isso ofereceria uma maneira de desfossilizar voos de longa distância de 1.500 km ou mais, que estima-
se que comporão 80% do total de emissões da indústria. A inovação continua a ser necessária, embora
a queima média de combustível por passageiro por quilômetro percorrido para aeronaves convencionais
de “tubo e asa” tenha diminuído 50% nas últimas 5 décadas.
Os aviões elétricos são uma possibilidade futura?
Para começar, o voo totalmente elétrico e de longa distância é a esperança futura da aviação. No
entanto, os aviões elétricos ainda estão na proverbial categoria de “10 anos de distância”. Isso se deve à
relação comercial de baixa energia-peso de energia em relação à energia, que fica em 270 Wh kg -1
onde estima-se que 800 Wh kg sejam necessários para voos de longa distância.
Apesar disso, o voo puramente elétrico já foi alcançado para voos de curta distância.
Surpreendentemente, o custo da eletricidade para o avião elétrico MagniX Cesna Caravan é de US $ 6
por um voo local de 160 km em comparação com US $ 400 x, se alimentado por um combustível líquido.
A eletrificação não é apenas uma opção “mais verde” para as companhias aéreas, mas há uma
vantagem de custo para seus resultados.
Uma solução provisória, até que aviões totalmente elétricos desliguem do chão, poderia ser um modelo
híbrido onde os combustíveis de alta energia podem ser usados para decolagem e baterias usadas para
cruzeiro. Esses híbridos de combustível elétrico têm a vantagem devido à energia química do
combustível e, além disso, os combustíveis químicos gasosos ou líquidos, juntamente com a eletricidade
de célula de combustível, podem carregar continuamente as baterias, como é feito em veículos híbridos-
elétricos.
O hidrogênio de origem renovável ou combustíveis de alta energia, como metanol, éter de dimetilo ou
éter de oximetileno, pode substituir o querosene convencionalmente usado em aviões. No entanto, o
hidrogênio ainda não é viável, pois precisa de equipamentos pesados de contenção, enquanto produtos
químicos de alta energia precisam de mais equipamentos auxiliares para extrair o hidrogênio para uso.
Falta de espaço torna a eletrificação um desafio
Um desafio significativo com projetos eletriores convencionais de “tubo e asa” é a falta de volume de
armazenamento para tipos alternativos de propulsão. Por exemplo, para que as baterias forneçam
energia de combustível equivalente para a maior aeronave do mundo, o Airbus A380, seria necessário
baterias pesando 30 vezes a massa de combustível líquido e muitas vezes o volume devido à sua baixa
relação energia-massa e volume. Assim, os projetos híbridos são uma tecnologia atraente para pelo
menos o futuro previsível.
Propostas inovadoras de aeronaves como a Boeing e a X-48 da NASA, que usa um projeto de
fuselagem de corpo de asa combinada semelhante ao bombardeiro B-2 de aeronaves militares dos EUA,
oferecem soluções para projetos convencionais de “tubo e asa” que têm sido predominantes desde o
início da aviação comercial.
Eles têm uma redução de peso de 15% e uma vantagem de 27% de eficiência de combustível em
comparação com os projetos convencionais. Como resultado do perfil de elevação mais uniforme da
https://www.youtube.com/watch?v=59A8-rKRs-0
https://www.asme.org/topics-resources/content/advancing-battery-technology-for-modern-innovations
https://www.youtube.com/watch?v=A5yuBp3_9Rw
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estrutura do X-48, evita a necessidade de materiais de reforço adicionais e pesados necessários onde
as asas se ligam ao corpo do avião. Melhorias de eficiência de combustível de 5% ou mais podem ser
alcançadas evitando a necessidade de estabilizar aletas de cauda, e a forma mais leve e mais uniforme
pode ser feita a partir de materiais compósitos mais leves, o que permite mais volume interno.
Esse volume aumentado pode ser usado para tanques de hidrogênio, racks de bateria, baterias
estruturais, configurações híbridas de combustível elétrico e pode acomodar até 450 passageiros em um
arranjo menos densamente embalado. Uma desvantagem para os projetos de asa combinada é a
necessidade de estabilização de nível controlado por computador durante o voo, enquanto os projetos
convencionais com uma barbatana de cauda têm estabilização “à prova de falhas” ou autocorreção.
Embora os testes iniciais tenham sido realizados em versões de pequena escala há uma década, a
Boeing e a NASA ainda estão planejando um demonstrador maior do corpo de asa misturado.
Combustíveis de jatos renováveis podem preencher a lacuna
Embora esses novos esquemas de fuselagem e propulsão estejam sendo resolvidos, hoje a indústria
aérea está procurando combustível de aviação renovável para atingir suas ambiciosas metas climáticas.
A Associação Internacional de Transporte Aéreo (IATA) tem como objetivo obter 2% ou 7,3 bilhões de
litros de combustível de aviação sustentável até 2025.
Dentro da indústria de jatos renováveis, que quer capitalizar essa iniciativa, estão empresas iniciantes
como a Climeworks e a Synhelion, ambas spin-offs da ETH Zurich. Eles ofereceram às companhias
aéreas, como o Grupo Lufthansa, outra opção para alimentar suas aeronaves convencionais durante
esse período de transição, prometendo um combustível de jato “verde”. Eles usam a captura ambiental
de CO 2 e água para gerar gás de síntese através de um processo termoquímico que divide essas
matérias-primas usando o calor do sol. Isso é usado para produzir querosene “verde”.
Existem várias outras empresas nesta área que agora são capazes de fornecer combustível de baixo
carbono usando matérias-primas e tecnologias inovadoras tão diversas como resíduos de óleos vegetais
através de ésteres e ácidos graxos hidroprocessados (a 10 empresas, incluindo Total e Neste), gases de
resíduos industriais via álcool para o jato (Lanzatech), agricultura e resíduo florestal / biomassa, resíduos
sólidos urbanos, roupas de algodão descartado via gaseificação e síntese de Fischer-Tropsch (em 5
empresas de energia do Japão).2viaSíntese de Schás (Synhelion e Climeworks) e capturada CO 2
através de power-to-liquids (empresas de 5 libras, incluindo Sunfire e Aeroporto de Copenhague). O
sucesso e a viabilidade a longo prazo dessas soluções dependem de quão eficaz em termos de custos e
de balanço de carbono líquido ou negativo podem ser para competir com os híbridos de combustível
elétrico.
Incentivando os combustíveis sustentáveis
Vários países europeus também estão pedindo um mandato sustentávelde combustível para aviação
que exigirá que uma certa porcentagem do combustível de aviação consumido seja de origem renovável.
Com zero zero até 2050 na mesa para muitos países, esta indústria será um elemento essencial nas
próximas décadas, enquanto outras tecnologias se tornam disponíveis.
https://electrek.co/2021/10/10/tesla-unveils-new-structural-battery-pack-with-4680-cells-gigafactory-berlin/
https://aviationweek.com/special-topics/sustainability/sustainable-fuels-role-reducing-emissions-adds-production-need
https://aviationweek.com/special-topics/sustainability/sustainable-fuels-role-reducing-emissions-adds-production-need
https://airlinegeeks.com/2020/05/17/lufthansa-collaborates-with-eth-zurich-to-develop-carbon-neutral-fuel-from-sunlight/
https://www3.weforum.org/docs/WEF_CST_EU_Policy_2021.pdf
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Em março de 2021, no entanto, o grupo da indústria de aviação dos EUA, Airlines for America, sugere
que o mercado norte-americano não está pronto para um mandato devido a temores de que menos
produtores o monopolizem e mantenham os preços dos combustíveis altos. Apesar de uma aversão à
mudança, os esquemas de crédito estão sendo explorados nos EUA para incentivar o combustível de
aviação sustentável e ajudá-lo a competir com o combustível de aviação convencional.
Por exemplo, uma abordagem semelhante ao bem-sucedido crédito fiscal de liquidificadores de biodiesel
de US $ 1 para veículos foi considerada, além de alguns créditos adicionais, como um crédito de
imposto sobre emissões fósseis, para ajudá-lo a competir com o combustível de jatos fósseis. A
Organização da Aviação Civil Internacional (OACI), que apoia a diplomacia internacional e a cooperação
no transporte aéreo, deverá se comprometer com 10% stde combustíveis de aviação sustentáveis até
2030 em sua 41a Assembleia Geral no próximo ano.
Encontrar o equilíbrio certo entre incentivar a produção de combustíveis de aviação sustentáveis, ao
mesmo tempo, eliminar gradualmente os combustíveis fósseis, sem favorecer uma tecnologia em
detrimento da outra será uma tarefa matizada para governos, reguladores e grupos industriais. Dando o
primeiro passo, a introdução de mandatos de mistura pela ICAO é vista como um passo fundamental
para ajudar a reforçar esta indústria de criação e navegar no caminho para a inovação contínua.
Roteiro: Athan Tountas, Geoffrey Ozin, Mohini Sain
Solar Fuels Group, Universidade de Toronto, Ontário, Canadá, E-mail: g.ozin-utoronto.ca ; Sites da Web:
www.nanowizard.info, www.solarfuels.utor o nto.ca, www.artnanoinnovations.com
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https://aviationweek.com/special-topics/sustainability/sustainable-fuels-role-reducing-emissions-adds-production-need
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https://www.weforum.org/agenda/2021/07/what-6-executives-europe-aviation-sector-say-eu-sustainable-fuel-saf-blending-mandate-refueleu/
https://www.weforum.org/agenda/2021/07/what-6-executives-europe-aviation-sector-say-eu-sustainable-fuel-saf-blending-mandate-refueleu/
https://www.advancedsciencenews.com/author/gozin/
https://undefined/mailto:g.ozin@utoronto.ca
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http://www.solarfuels.utoronto.ca/
http://www.solarfuels.utoronto.ca/
http://www.solarfuels.utoronto.ca/
http://www.artnanoinnovations.com/