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Aeronaves sostenibles impulsadas por Clean Aviation

Serafín Escudero
23 de enero de 2024
capgemini-engineering

En la actualidad, el sector aeronáutico experimenta un momento global de reflexión sobre la estrategia futura a considerar para reducir su impacto sobre la energía consumida y sobre la polución mundial. No en vano, la estimación del sector sobre las emisiones de efecto invernadero se estiman alrededor del 3%, sobre el 28,5% que representa el transporte a nivel global.

Con espíritu internacional y centrados en articular las tecnologías más potenciales para reducir este impacto en las próximas décadas principalmente en Europa, nace en 2021 “Clean Aviation Joint Undertaking – CAJU”, iniciativa focalizada en una futura Aviación Limpia, que es el principal programa de investigación e innovación de la Unión Europea para transformar la aviación hacia un futuro sostenible y climáticamente neutro.

Al reunir los mejores talentos y capacidades de los sectores público y privado, desarrollar tecnologías de vanguardia y ponerlas a disposición para dar un salto transformador en el rendimiento de las aeronaves en la década de 2030, la nueva Empresa Común para una Aviación Limpia allanará el camino hacia la ambición de la UE de alcanzar la neutralidad climática para 2050, para todo el sector aeronáutico, tanto civil como militar.

Al operar en el centro de un ecosistema amplio y diverso de actores en toda Europa, que abarca desde la comunidad aeronáutica, las pymes pioneras, los centros de investigación y el mundo académico, actúa como un centro para nuevas ideas e innovaciones.

Como asociación público-privada europea, Clean Aviation lleva la tecnología y la ciencia aeronáutica más allá de los límites actuales, al crear nuevas tecnologías que reducirán significativamente el impacto de la aviación en el planeta, permitiendo que las generaciones futuras disfruten de los beneficios sociales y económicos de los viajes aéreos en el futuro.

Con un presupuesto de 4.100 M€, Clean Aviation fomentará el desarrollo de tecnologías punteras que hagan que la aviación sea neutra para el clima en 2050.

CAJU (Clean Aviation Joint Undertaking) es la iniciativa común para una Aviación Limpia. Se basa en el éxito de otras iniciativas como Clean Sky, que seguirá funcionando hasta 2024. Gracias a Clean Sky se entregarán más de 100 demostradores con tecnologías relevantes, que contribuirán a estos objetivos.

Capgemini impulsa tanto internamente como externamente entre sus clientes, la transición digital y transición de tecnologías sostenibles. En este sentido, ha conseguido ser la primera compañía, con conocimientos íntegros en servicios de ingeniería y sin producto propio, en entrar como miembro internacional de CAJU, siendo parte oficialmente desde noviembre de 2023. Con un compromiso claro de inversión y apoyo a los objetivos claves de Clean Aviation.

Clean aviation define dos horizontes claros hacia la neutralidad climática para 2050:

  • 2030: demostrar e introducir conceptos de aeronaves de bajas emisiones que aprovechen los resultados de la investigación de la Clean Aviation, haciendo un uso acelerado de combustibles sostenibles y operaciones «verdes» optimizadas, de modo que estas innovaciones puedan ofrecerse a las aerolíneas y operadores para 2030 para una entrada en servicio [EIS] en el período 2030-2035.
  • 2050: aviación climáticamente neutra, mediante la explotación de tecnologías futuras maduradas más allá de la fase de Aviación Limpia junto con el despliegue completo de combustibles de aviación sostenibles y portadores de energía alternativos.

El programa se articula en torno a tres ejes principales, cada uno de ellos con esfuerzos específicos de I+D y demostradores que impulsan la eficiencia energética y la reducción de emisiones de las futuras aeronaves. En cada uno de ellos se desarrollarán tecnologías y facilitadores, se aprovecharán los conocimientos y capacidades esenciales, y también se reducirán los riesgos de las tecnologías y soluciones identificadas cuando se requiera una mayor maduración, validación y demostración para maximizar su impacto:

  • Aviones regionales eléctricos híbridos. Investigación e innovación en nuevas arquitecturas (híbridas) de energía eléctrica y su integración, y maduración de tecnologías para la demostración de nuevas configuraciones, conceptos de energía a bordo y control de vuelo.
  • Aviones ultraeficientes de corto y medio alcance. Respuesta a las necesidades de corto y medio alcance con arquitecturas innovadoras de aeronaves que utilicen sistemas de propulsión térmica ultraeficientes y altamente integrados y que aporten mejoras revolucionarias en la eficiencia del combustible. Esto será esencial para la transición a fuentes de energía de baja o nula emisión (combustibles sintéticos, combustibles no drop-in como el hidrógeno), cuya producción será más intensiva en energía, más cara y sólo disponible en cantidades limitadas.
  • Tecnologías disruptivas para habilitar aviones propulsados por hidrógeno. Respuesta a las necesidades de corto y medio alcance con arquitecturas innovadoras de aeronaves que utilicen sistemas de propulsión térmica ultraeficientes y altamente integrados y que aporten mejoras revolucionarias en la eficiencia del combustible. Esto será esencial para la transición a fuentes de energía de baja o nula emisión (combustibles sintéticos, combustibles no drop-in como el hidrógeno), cuya producción será más intensiva en energía, más cara y sólo disponible en cantidades limitadas.

A continuación, se indican los objetivos del Clean Aviation para cada categoría de aeronaves:

Tipo de aeronaveTecnologías y arquitecturas clave que deben validarse a nivel de aeronaveEntrada en servicio viableReducción del consumo de combustibleReducción de emisiones% de emisiones del transporte aéreo actual
RegionalPropulsión híbrida distribuida combinada con una configuración altamente eficiente de la aeronave.~2035-50%-90%~5%
Comerciales de corto-medio alcanceConfiguración avanzada de aeronaves ultra eficientes y motores de turbina de gas ultra eficientes, baipás ultra alto (posiblemente de rotor abierto)-90%-30%-86%~50%

Capgemini, como miembro de Clean Aviation desde noviembre de 2023, trabajará en los proyectos de I+D de Clean Aviation en calidad de socio, con una financiación impulsada por Europa dirigida a la innovación tecnología en este sector, en su máxima expresión.

El proyecto HE-ART

La aviación regional será la primera en beneficiarse de las nuevas tecnologías de propulsión y de las soluciones complementarias asociadas (sistemas más híbridos, más eficientes energéticamente y mucho más interconectados) para reducir la huella ambiental de la aviación. El proyecto HE-ART, de 60 M€ financiados en parte por la UE (44 M€), en el que estamos involucrados, será un primer paso en el camino hacia la hibridación eléctrica de los aviones regionales. Se estudiará la viabilidad de un turbohélice eléctrico híbrido en un demostrador de pruebas en tierra a escala real, mediante la combinación de un tren motriz eléctrico en un turbohélice ultra eficiente y la compatibilidad con combustibles de aviación 100% sostenibles, llamados SAF. HE-ART perseguirá una mejora de la eficiencia y una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de hasta el 30%. Además, integrará nuevas tecnologías, como el núcleo del motor térmico, el tren motriz eléctrico, la distribución eléctrica, la caja de cambios, la hélice, la góndola y el intercambiador de calor.

Capgemini participa en el paquete de trabajo del sistema de gestión de calor de última generación del proyecto HE-ART, que trata del desarrollo de un sistema integral de gestión térmica para todos los componentes del interior de la góndola del motor hibrido-eléctrico, que incluyen las nuevas tecnologías mencionadas. La experiencia de Capgemini en sistemas de gestión térmica, modelado, cálculo de actuaciones térmicas y diseño ha tenido como resultado nuevas propuestas de configuraciones optimizadas de circuitos de refrigeración aire-líquido de alta eficiencia que favorecen la reducción del consumo y el pleno rendimiento en todas las condiciones de funcionamiento.

Por tanto, Capgemini trabaja junto a las mejores empresas del sector, en sistemas clave que representarán un hito en la evolución de motores turbo hélices hibrido-eléctrico, para la siguiente generación de aeronaves regionales, más respetuosas con el medio ambiente.

Autor

Serafín Escudero

Sustainable Aeronautical Systems Architect and R&D project expert