Se tomó desde un Falcon del DLR durante los vuelos de investigación ECLIF-I de 2015.
Crédito: Centro Aeroespacial Alemán (DLR).
Resumen
- Los combustibles sostenibles reducen la cantidad de cristales de hielo en las estelas y, por lo tanto, su impacto climático.
- Las pruebas se llevaron a cabo en 2018 con el avión de investigación DLR A320 ATRA y NASA DC-8, que volaba desde la base aérea de Ramstein.
- Enfoque: Aeronáutica, combustibles alternativos, vuelo respetuoso con el clima.
El efecto de calentamiento de las estelas de condensación representa el mayor contribuyente al impacto climático del transporte aéreo. Tiene un efecto aún mayor que el del dióxido de carbono. Ahora, investigadores del Centro Aeroespacial Alemán ( DLR), en colaboración con la NASA, descubrieron que se puede reducir el impacto climático de las estelas de condensación. Usaron para ello una mezcla 50-50 de queroseno y combustible de aviación sostenible (SAF). Lograron así reducir a la mitad el número de cristales de hielo en las estelas de condensación en condiciones de vuelo reales. Esto da como resultado una reducción del 20 al 30 por ciento en el impacto climático de las estelas de condensación. El equipo de investigación informa sus hallazgos en el número actual de la revista Nature Research Communications Earth & Environment. Los resultados allanan el camino para reducir notablemente el impacto climático de la aviación a corto plazo.
«En 2018 se realizaron las pruebas de vuelo conjuntas por el DLR y la NASA. Pudimos demostrar claramente que el uso de combustibles sostenibles da lugar a menos partículas de hollín en los gases de escape del motor. Esto, a su vez, da como resultado menos cristales de hielo en la condensación. Sin embargo, en promedio, los cristales de hielo son un poco más grandes», explica Christiane Voigt del Instituto DLR de Física Atmosférica en Oberpfaffenhofen. «Esta evidencia es un gran avance para las posibilidades del transporte aéreo respetuoso con el clima. Un número menor de cristales de hielo reduce la entrada de energía a la atmósfera causada por las estelas de condensación. Esto reduce significativamente el efecto de calentamiento climático de los cirros de las estelas de condensación».
Vuelo en una columna de escape
Las pruebas de vuelo despegaron de la base aérea de Ramstein en Renania-Palatinado durante 2018. El avión de investigación DLR ATRA, un Airbus A320 , sobrevoló Alemania varias veces utilizando diferentes mezclas de combustible. Estos incluyeron queroseno puro Jet A-1 como referencia, así como mezclas 70-30 y 50-50 de queroseno y el biocombustible sostenible HEFA (Ésteres Hidroprocesados y Ácidos Grasos). El avión de investigación DC-8 (NASA) siguió al A320 con un retraso de uno a dos minutos para recopilar datos sobre sus emisiones y estelas. Utilizó numerosos instrumentos de medición, algunos de los cuales fueron instalados por la NASA y el DLR. La campaña de investigación conjunta se llevó a cabo bajo el nombre ND-MAX / ECLIF 2 (NASA / DLR-Experimentos aéreos multidisciplinarios / Emisión e impacto climático de combustibles alternativos). Socios en la investigación fueron, FAA, NRC, Aerodino, Missouri S&T, Boeing, el Instituto Max Planck de Química y las Universidades de Maguncia, Innsbruck y Oslo.
«En nuestro trabajo, consideramos algo más que tecnologías individuales, siempre consideramos los aviones y el transporte aéreo como un sistema general. Esto brinda al DLR experiencia a nivel de sistemas en aeronáutica», enfatiza Anke Kaysser-Pyzalla, Presidenta de la Junta Ejecutiva del DLR. «Nos vemos actuando en el papel de un arquitecto para la investigación aeronáutica. Cubrimos desde las investigaciones fundamentales hasta las aplicaciones, en estrecha coordinación y cooperación con socios internacionales de investigación, el sector aeronáutico y la industria. De esta manera, estamos contribuyendo al ‘Green Deal’ (Acuerdo Verde) en el sector del transporte aéreo».
Combustibles de aviación sostenibles
Los combustibles sostenibles se obtienen de fuentes renovables sin utilizar hidrocarburos derivados del petróleo y tienen una menor huella de carbono que el queroseno fósil. Los combustibles basados en plantas o residuos son concebibles aquí. Pero también, en un futuro próximo, los e-combustibles sintetizados utilizando fuentes de energía renovables e hidrógeno ‘verde’ obtenido de forma sostenible. «Lo que todos estos combustibles sostenibles tienen en común es que pueden producirse sin hidrocarburos cíclicos, denominados ‘aromáticos'», explica Patrick Le Clercq. Él es Director del proyecto ECLIF en el Instituto DLR de Tecnología de Combustión en Stuttgart. «Menos aromáticos en el combustible significa menos hollín en las emisiones y por lo tanto menos cristales de hielo en las estelas. Por lo tanto, los combustibles sostenibles reducen los dos mayores efectos del transporte aéreo en el calentamiento del clima: las estelas y la huella de carbono».
Hollín, cristales de hielo, estelas de condensación
Los motores de las aeronaves emiten partículas de hollín. Estas actúan como núcleos de condensación para pequeñas gotas de agua sobre enfriadas, que se congelan inmediatamente para formar cristales de hielo. Así se vuelven visibles como estelas de condensación en el cielo. Los cristales de hielo en las estelas de condensación pueden persistir durante varias horas en condiciones frías y húmedas a altitudes de ocho a 12 kilómetros. Forman así nubes altas conocidas como cirros de estelas de condensación. Estas nubes pueden tener un efecto de calentamiento o enfriamiento localizado, según la posición del Sol y la naturaleza de la superficie subyacente. La investigación ha demostrado que el efecto de calentamiento predomina a nivel mundial. La aparición de estas nubes es extremadamente variable en el tiempo y el espacio. Por lo que algunos puntos calientes de estelas son responsables de una gran parte del efecto de calentamiento.
Las estelas de condensación y los cirros de estelas de condensación resultantes solo permanecen en el cielo durante unas pocas horas. Una vez que se reduce la cantidad de cristales de hielo, su efecto de calentamiento se disipa rápidamente. Esto hace que el uso específico de combustibles sostenibles en rutas de vuelo con formación frecuente de estelas de condensación sea particularmente atractivo. Permite lograr un efecto rápido en la protección del clima. Además, evitar las emisiones de dióxido de carbono de los combustibles fósiles aporta importantes beneficios a largo plazo. Esto es porque el dióxido de carbono permanece en la atmósfera durante más de 100 años e impulsa el calentamiento global.
«Con los combustibles de aviación sostenibles (SAF), tenemos una tecnología puente en el camino hacia el transporte aéreo libre de emisiones», explica Markus Fischer. miembro adjunto de la Junta de Aeronáutica. «En los vuelos conjuntos con la NASA y su evaluación, hemos contribuido con la experiencia científica y técnica del DLR en varias áreas. Así, en el campo de los combustibles alternativos, las tecnologías de combustión y el impacto climático del transporte aéreo. Esto se ha hecho en estrecha colaboración con la industria».
Siguiente paso: volar con combustible 100% sostenible
Siguiendo los prometedores resultados logrados utilizando mezclas 50-50 de queroseno y combustible sostenible, los investigadores quieren dar un paso más. Ahora están ansiosos por examinar cómo los vuelos con SAF puro afectarán las emisiones y las estelas de condensación. Con este fin, Airbus, Rolls-Royce, DLR y otros socios realizaron recientemente pruebas de vuelo conjuntas. Como parte del proyecto ECLIF3, un Airbus A350-900 voló utilizando solo el combustible de aviación sostenible HEFA. Fue seguido por el avión de investigación Falcon 20-E del DLR. Actualmente se están analizando los datos de los vuelos. Se planean más vuelos de prueba para el otoño de 2021.
DLR: investigación para el transporte aéreo climáticamente neutro
Las consecuencias del cambio climático exigen acciones para el transporte aéreo climáticamente neutro. Se trata de nuevas tecnologías que también garantizarán la movilidad global en el futuro. Con sus 25 institutos e instalaciones en el campo de la investigación aeronáutica, DLR está impulsando este cambio. Lo hace con tecnologías para vuelos sostenibles y compatibles con el medio ambiente. La experiencia de los programas de investigación del DLR en espacio, energía y transporte también jugará un papel importante en esto.
DLR tiene experiencia en sistemas en investigación aeronáutica y se ve a sí mismo en el papel de arquitecto. El objetivo del DLR es el ‘transporte aéreo libre de emisiones’, con el fin de lograr los objetivos climáticos que se han establecido. Al hacerlo, los resultados de la investigación deben fluir directamente hacia el desarrollo de nuevos productos.
Existe una necesidad considerable de investigación y desarrollo en el camino hacia un transporte aéreo compatible con el clima, que requiere financiación y apoyo continuos. Gran parte de esto debe investigarse a un nivel fundamental, probarse en la práctica y aprobarse. DLR puede hacer esto con instalaciones a gran escala, como sus aviones de investigación, demostradores de propulsión y computadoras a gran escala. En 2020, DLR publicó el libro blanco ‘Zero Emission Aviation’ junto con la Asociación de Industrias Aeroespaciales Alemanas (Bundesverband der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie; BDLI). DLR está trabajando actualmente en una estrategia de emisión cero.
Material relacionado
Estelas de condensación entrecruzadas vistas desde el espacio
Créditos: Imagen de la NASA de Jeff Schmaltz, LANCE / EOSDIS MODIS Rapid Response.
Cuando se ven desde el espacio, los grupos de estelas de los aviones crean patrones geométricos distintivos. Los científicos están utilizando detecciones satelitales de estelas de condensación para determinar cómo los cirros largos y estrechos impactan nuestro sistema climático.
- Criss-Crossing Contrails. Adam Voiland, Jeff Schmaltz / NASA Earth Observatory. February 21, 2013.
Observando las estelas de condensación en imágenes de satélite e investigando las condiciones atmosféricas favorables.
Los gases de escape de las turbinas de las aeronaves contienen vapor de agua. Cuando ese vapor se mezcla con el aire helado a la altitud de crucero, se forman las estelas de condensación. El vapor de agua se condensa o se congela instantáneamente en cristales de hielo, formando una nube de hielo alargada. La base de estas nubes generalmente se encuentra a alturas de 7000 a 12000 m sobre el suelo.
Mirando desde la superficie de la Tierra, las estelas de condensación son visibles con mucha más frecuencia que desde los satélites. Una razón es la resolución espacial de los sensores de los satélites. Especialmente los que se encuentran a bordo de los satélites geoestacionarios, que no pueden distinguir características de dimensiones muy pequeñas. La otra razón es la duración de estas nubes, que puede ser más corta que el intervalo entre dos escaneos de satélite. Esto deja las estelas sin ser detectadas por los sensores de satélite. Sin embargo, a veces las estelas se vuelven lo suficientemente amplias y persistentes como para ser vistas en las imágenes de satélite, incluso durante muchas horas.
El siguiente artículo lo presenta:
- Contrails – when do we see them from satellites? Natasa Strelec Mahovic (EUMETSAT) and Ivan Smiljanic (CGI). EUMETSAT. Feb 2, 2021.
Lufthansa ofrece combustible ecológico, pero a un precio
La aerolínea alemana Lufthansa está lanzando (2019) un sitio web que permite a los clientes comprar combustible de avión respetuoso con el clima para compensar las emisiones causadas por su vuelo.
- Lufthansa offers climate-friendly fuel, but at a price. Tech Xplore. August 19, 2019.
La huella de Carbono de la Aviación
A)_ Muchas estimaciones sitúan la participación de la aviación en las emisiones globales de CO2 en poco más del 2 por ciento. Esa es la cifra que generalmente acepta la propia industria.
Pero según Stefan Gössling, profesor de las universidades suecas de Lund y Linnaeus y coeditor del libro Cambio Climático y Aviación: problemas, desafíos y soluciones, «Eso es solo la mitad de la verdad».
Otras emisiones de la aviación, tienen efectos de calentamiento adicionales. Como es el caso de los óxidos de nitrógeno (NOx), el vapor de agua, las partículas, las estelas de condensación y los cambios de cirros.
«El sector hace una contribución al calentamiento global que es al menos el doble del efecto del CO2 solo». Estableciendo entonces una contribución general del 5 por ciento «como mínimo». El artículo a continuación lo aborda.
- To fly or not to fly? The environmental cost of air travel. Deutsche Welle (DW) Environment. January 24, 2020.
Este mapa muestra un día particularmente ajetreado en mayo, con 162.637 despegues registrados.
Crédito: flightradar24.com / The Guardian.
B)_ Tomar un vuelo de larga distancia genera grandes emisiones de carbono. Más de las que produce una persona promedio en docenas de países de todo el mundo en todo un año, según un nuevo análisis.
Las cifras destacan la huella de carbono desproporcionada de aquellos que pueden permitirse el lujo de volar. Incluso con un vuelo de ida y vuelta de Londres a Edimburgo, que aporta más CO2 que la media de emisiones anuales de una persona en Uganda o Somalia.
- How your flight emits as much CO2 as many people do in a year. Niko Kommenda. The Guardian. Jul 19. 2019.
C)_ ¿Cuál es el impacto medioambiental de volar y cómo se comparan con los viajes en tren, coche o barco?
- Climate change: Should you fly, drive or take the train?. BBC Science & Environment. August 24, 2019.
D)_ A pesar de todos los asombrosos avances en tecnología aeronáutica, la aviación sigue teniendo un gran problema medioambiental. Los aviones arrojan dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno, que forman ozono en la troposfera superior. También emiten partículas y dejan rastros de vapor de agua, los cuales atrapan el calor.
De hecho, las desventajas de los viajes aéreos han dado lugar a un movimiento de «vergüenza de volar «, en rápido crecimiento , especialmente en Europa. En Suecia, por ejemplo, el número de pasajeros ha bajado un 11% interanual. Una caída similar ha ocurrido en Alemania, donde el gobierno federal ha respondido reduciendo los impuestos sobre los viajes en tren.
¿Cómo la aviación devendrá verde?
- The secret to flying carbon-free.James McKenzie. Physics World. Feb 20, 2020.
Curiosidades
Disminuyendo la resistencia al aire de los aviones
AeroSHARK es un film superficial con las mismas características de la piel de tiburón. Su empleo mejorará el consumo de combustible de los aviones haciéndolos más amigables con el medioambiente.
- Lufthansa Group, BASF roll out Sharkskin technology. Winifred Itungo. Air Magazine. May 3, 2021.