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Jun 09, 2023

Explorando los desafíos y avances en la movilidad aérea urbana

María Guerra | 07 de junio de 2023 Avances en propulsión eléctrica, tecnología de baterías,

Maria Guerra | Jun 07, 2023

Los avances en propulsión eléctrica, tecnología de baterías, materiales livianos y sistemas autónomos allanaron el camino para la aviación electrificada. Estos desarrollos tecnológicos han abierto oportunidades para que las nuevas empresas creen soluciones innovadoras para aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL): recientemente analizamos 11 de ellas. Pero quedan muchos desafíos.

Si bien la tecnología de baterías es un facilitador crucial de la aviación eléctrica, se deben abordar varios desafíos para la adopción generalizada de aviones eVTOL. Algunos de los desafíos importantes incluyen los siguientes:

Densidad de energía de la batería: la aviación eléctrica requiere baterías con alta densidad de energía para proporcionar suficiente energía para rangos de vuelo extendidos mientras se mantiene la seguridad y la confiabilidad.

Autonomía y autonomía de la batería: la densidad de energía limitada restringe la autonomía y la autonomía de vuelo de las aeronaves eléctricas. Aumentar la gama de aeronaves eléctricas para cumplir con los requisitos de las aplicaciones de aviación convencionales basadas en energía de combustibles fósiles, como los viajes regionales o los vuelos de larga distancia, sigue siendo un desafío.

Peso y volumen de la batería: el peso es un factor crítico en la aviación, ya que afecta directamente el rendimiento de la aeronave, la capacidad de carga útil y la eficiencia. Los sistemas de baterías pueden ser pesados, lo que afecta el peso total de la aeronave. Por lo tanto, reducir el peso de las baterías manteniendo su capacidad de almacenamiento de energía es crucial para maximizar la capacidad de carga útil y la eficiencia operativa de los aviones eléctricos.

Seguridad y gestión térmica: la alta densidad de energía y la química compleja de las baterías plantean riesgos de seguridad, incluido el descontrol térmico y la posibilidad de incendios. Los sistemas de gestión térmica efectivos son esenciales para controlar y disipar el calor generado por las operaciones de carga y descarga de alta potencia.

Infraestructura de carga: para aprovechar al máximo la electrificación de la aviación, es necesario desarrollar una infraestructura de carga sólida y generalizada. Establecer una red confiable de estaciones de carga en varios aeropuertos y ubicaciones puede impulsar la adopción de aviones eléctricos.

Costo: los costos de las baterías siguen siendo un desafío importante para la aviación eléctrica. Las tecnologías de baterías actuales, como las de iones de litio, pueden ser costosas y afectar el costo total de los aviones eléctricos. La reducción de costos a través de los avances en la fabricación de baterías, las economías de escala y la investigación de químicas de baterías alternativas son necesarias para que la aviación eléctrica sea económicamente más viable.

Impacto ambiental: según la AIE, en 2021, la aviación representó más del 2 % de las emisiones mundiales de CO2 relacionadas con la energía, y en las últimas décadas creció más rápido que la carretera, el ferrocarril o el transporte marítimo. Si bien la aviación eléctrica reduce indudablemente las emisiones de carbono y apoya la sostenibilidad ambiental, es imperativo tener en cuenta las consecuencias ambientales asociadas con la producción y eliminación de baterías.

Un sistema de batería de aviación normalmente puede incluir la batería principal utilizada para arrancar los motores de la aeronave y baterías auxiliares para alimentar funciones esenciales de la aeronave, como iluminación, aviónica, sistemas de comunicación, sistemas de emergencia y energía de respaldo.

Northvolt y Cuberg dieron a conocer un nuevo programa dedicado al desarrollo de sistemas de baterías de alto rendimiento que permitirán un vuelo eléctrico seguro y sostenible. La celda de Cuberg alberga un ánodo compuesto de metal de litio puro (en lugar del ánodo de cobre recubierto de grafito de uso común de las celdas de iones de litio). Según Cuberg, sus celdas de metal de litio de 20 Ah, que tienen una energía específica de 405 Wh/kg, funcionan según lo previsto cuando se ensamblan en un módulo de batería de aviación.

La energía específica del módulo Cuberg es hasta un 40 % superior a la de módulos comparables basados ​​en tecnología de iones de litio.

Las métricas de rendimiento del módulo de Cuberg son las siguientes:

Masa

16,4 kg

Tamaño

95 mm x 280 mm x 540 mm

Energía nominal

4,6 kWh

Densidad de energia

320 Wh/L

Energía específica

280 Wh/kg

Peter Carlsson, director ejecutivo y cofundador de Northvolt, afirmó: "Northvolt se está consolidando como un proveedor global líder de celdas de batería sostenibles para el segmento automotriz, así como de sistemas de batería completos para los mercados de la industria pesada y el almacenamiento de energía. Con nuestro programa de sistemas de aviación , aprovecharemos la tecnología de celdas de metal de litio de próxima generación de Cuberg junto con nuestra experiencia en la fabricación de baterías para llevar soluciones energéticas de extremo a extremo a los cielos".

En todo el mundo, las nuevas empresas están impulsando activamente la aceleración de la movilidad aérea avanzada. Las empresas utilizan diferentes enfoques, como el diseño de aviones híbridos o totalmente eléctricos innovadores y el desarrollo de aviones eVTOL. Constantemente se anuncian asociaciones y colaboraciones, como la de Renault y Airbus que comentamos en este artículo. Aquí está una de las nuevas empresas de aviones eléctricos que despega:

Archer Aviation: Archer, un avión estadounidense en desarrollo eVTOL con sede en San José, California, tiene como objetivo completar el ensamblaje final de su avión Midnight conforme inicial en el cuarto trimestre de 2023 y comenzar las operaciones de prueba de vuelo pilotado a principios de 2024. Este avión Midnight permitirá Archer realizará "pruebas de la compañía" críticas para acelerar y reducir el riesgo en su programa de certificación con la Administración Federal de Aviación (FAA) antes de las pruebas de certificación "para crédito" que la compañía planea comenzar a principios del próximo año con aviones Midnight piloteados.

El plan de Archer es desplegar 6000 aviones para 2030.

Archer afirma que su avión Midnight es capaz de volar distancias de hasta 100 millas pero está optimizado para realizar vuelos consecutivos de 20 millas con 12 minutos de tiempo de carga en el medio, a un costo que, según Archer, será competitivo con viajes compartidos basados ​​en tierra. El diseño Midnight tiene capacidad para más de 1000 libras de carga útil y la aeronave puede manejar cuatro pasajeros más un piloto. Está alimentado por seis paquetes de baterías independientes, cada uno de los cuales admite un par de motores eléctricos.

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