Aviões Eléctricos : Como a indústria se está a preparar para o futuro

Ao longo dos últimos anos, os pioneiros têm vindo a trabalhar em tecnologias disruptivas na engenharia de propulsão. Sucessos recentes com a propulsão eléctrica e o hidrogénio parecem ser a força motriz para uma aviação moderna e sustentável. Embora esta mudança enfrente inúmeros desafios, estes pioneiros estão a ganhar credibilidade. Os grandes actores da indústria estão a responder a estas tendências, lançando projectos de inovação em larga escala - com os governos a apoiá-los política e financeiramente, criando uma dinâmica de mudança. O que são essas inovações? Quais são as vantagens e os limites? O que é que já conseguimos alcançar ?

Desde a introdução dos motores a jacto há mais de 80 anos, a indústria da aviação tem sofrido inovações espectaculares - no entanto, os fundamentos têm permanecido os mesmos. Actualmente, a indústria aeronáutica precisa de se reinventar, uma vez que enfrenta desafios críticos. A indústria contribui com 2% das emissões mundiais de CO2 e deve reduzir o seu impacto ambiental a fim de responder à evolução das exigências e regulamentação dos consumidores. Até agora, a aviação tem tido uma abordagem fragmentada para enfrentar este desafio e agora devem ser implementadas medidas mais drásticas. Eis o que poderia ser o futuro da aviação.

Aeronaves eléctricas com baterias - já uma realidade

Os aviões eléctricos não são uma invenção nova tendo participado nos círculos da aviação desde os anos 70. Durante décadas, estes aviões foram dispositivos experimentais com pouco alcance e quase sem carga útil. Nos últimos anos, o número de projectos de aviões eléctricos explodiu(Roland Berger) e graças às inovações citadas abaixo, os voos comerciais-eléctricos parecem iminentes.

A principal vantagem da propulsão eléctrica alimentada por bateria é o seu impacto mínimo no ambiente. Com zero emissões de voo, esta é de longe a forma mais limpa de operar uma aeronave. Contudo, ainda não totalmente limpa, uma vez que o fabrico e reciclagem de baterias deve ser tido em conta na avaliação de impacto global. Outra vantagem proeminente da propulsão eléctrica é que ela é quase silenciosa. Isto apresenta uma vantagem estratégica para combater a poluição sonora que, nos últimos anos, se tem tornado uma questão ambiental legítima nos aeroportos. Estes factores começam a explicar porque é que os fabricantes e pioneiros estão a empurrar a aviação eléctrica para a vanguarda.

Desde 2016, os projectos de aeronaves movidas a electricidade começaram a florescer. Originalmente, estes aviões não tinham funcionalidade devido ao seu desequilíbrio de peso induzido por baterias - muitas vezes atingindo o peso máximo com um piloto, e tendo uma capacidade aérea de apenas alguns minutos. No entanto, houve recentemente uma mudança na tecnologia das baterias. Graças às inovações emprestadas pela indústria automóvel, a potência das baterias aumentou significativamente para permitir até uma hora de voo. Os fabricantes de baterias melhoraram a sua relação potência/peso (potência entregue dividida pelo peso), o tempo de carga e aumentaram a autonomia da aeronave no seu todo.

Com a constante inovação a tornar-se a norma, o número de voos eléctricos tem aumentado desde 2019. Em menos de 18 meses : H55 voou um Aero BRM equipado com o seu EPS (Sistema de Propulsão Eléctrica) em Junho de 2019. A Ampaire voou um Cessna 337 com um motor híbrido em Junho de 2019. Magnix voou um Beaver comercial da Harbour Air (Canadá) em Dezembro de 2019 - depois voou uma Cessna Caravan em Maio de 2020. A mudança pode ser mostrada através do tamanho das aeronaves. Em Junho de 2020, o fabricante de aeronaves Pipistrel recebeu a certificação do tipo EASA (European Union Aviation Safety Agency) para a Velis Electro alimentada por bateria, a primeira aeronave eléctrica certificada no mundo. A Easyjet decidiu também iniciar o desenvolvimento dos seus voos comerciais-eléctricos de pequeno curso em parceria com a Wright Electric. Os voos comerciais eléctricos parecem agora exequíveis.

Embora as tendências recentes mostrem progressos intermitentes na indústria da aviação, tem havido uma mudança sísmica na credibilidade da propulsão eléctrica e da energia das baterias. A indústria reconhece agora a electricidade como uma alternativa viável aos pequenos aviões e aos voos comerciais de curta distância. Por enquanto, as aeronaves eléctricas de longo curso não parecem ser realistas. A potência necessária para voar um Boeing 787 ou Airbus A350 exigiria um tremendo peso de bateria que ainda não é alcançável. Tais projectos foram interrompidos, tais como o projecto E-Fan X(Airbus e Rolls Royce), abandonado em Abril de 2020 devido à crise sanitária.

Actualmente, as aeronaves eléctricas alimentadas por baterias são apenas uma realidade para as pequenas aeronaves. Embora saibamos que ainda não veremos aeronaves eléctricas de longo curso nos próximos 20 anos, as inovações recentes levaram o conceito a uma nova escala e derrubam barreiras todos os meses. No entanto, outra tecnologia poderia permitir a propulsão eléctrica sem as limitações das baterias: Hidrogénio e pilhas de combustível.

Aeronaves eléctricas com Hidrogénio (células de combustível) - futuras aeronaves de longo curso

Desde o programa espacial Gemini da NASA dos anos 60, o hidrogénio tem sido aplicado no espaço aeroespacial de duas formas diferentes: células de combustível e combustão. Agora representa uma tendência proeminente na propulsão eléctrica como meio de reduzir drasticamente o impacto ambiental da indústria aeronáutica.

É importante notar que o hidrogénio não oferece uma alternativa aos motores eléctricos, é uma alternativa às baterias. O hidrogénio substitui a necessidade de baterias, uma vez que é directamente transformado em electricidade através de células de combustível. Esta electricidade é então utilizada no mesmo motor eléctrico que o anteriormente mencionado. Estas células de combustível geram zero emissões, apenas água. É por isso que o hidrogénio(verde) é um grande trunfo para a aviação limpa.

A vantagem das células de combustível é que escapa ao problema colocado pelas baterias pesadas. De facto, ao produzir electricidade directamente a partir do hidrogénio, as baterias já não são necessárias - apenas uma alternativa leve para o armazenamento temporário. As pilhas de combustível são relativamente leves e possuem uma grande relação entre potência e peso. No entanto, não estão isentas das suas falhas: ocupam muito espaço e o armazenamento de um gás como o hidrogénio é um desafio, especialmente a elevados níveis de altitude. Os fabricantes estão apenas a começar a compreender como gerir esta tecnologia. O primeiro voo mundial de células de combustível foi em Setembro de 2020 com ZeroAvia, que conseguiu pilotar um Piper Malibu modificado.

Ao contrário das baterias, a relação potência/peso das células de combustível permite que estas sejam elegíveis para viagens de longo curso. Esta é a razão pela qual a Airbus decidiu trabalhar numa aeronave movida a hidrogénio com emissão zero para 2035. Apresentaram conceitos híbridos utilizando células de combustível a hidrogénio com combustão de hidrogénio em motores de turbinas a gás modificadas.

O hidrogénio tem também a vantagem de ser facilmente aceite na indústria. As infra-estruturas existentes têm a capacidade de reabastecer e poderiam facilmente ser ajustadas para as baterias de hidrogénio, o que exigiria uma transformação drástica da cadeia de valor da indústria aeronáutica.

Como em qualquer transição em grande escala, existe uma agenda política a considerar. A Comissão Europeia está a promover o desenvolvimento do Hidrogénio, nomeadamente para compensar a sua crescente lacuna no fabrico de baterias. Ao apostar no hidrogénio, os países europeus posicionam-se estrategicamente entre os futuros mercados energéticos. Com investimentos em larga escala de actores globais como a Air Liquide e a Engie, e ajuda governamental (Alemanha, França, Reino Unido, Noruega), a indústria aeronáutica pode contar com um forte apoio para que este sector se desenvolva.

O hidrogénio está assim posicionado tanto como um complemento como uma alternativa às baterias. A aviação precisará que estas tecnologias coexistam para reduzir significativamente o impacto ambiental da indústria.

O que acontece a seguir ?

A indústria aeronáutica enfrenta uma crise sem precedentes num contexto ambiental severo. Enquanto a IATA espera que o tráfego aéreo regresse ao normal em 2024, o curto prazo parece sombrio. Esta situação obriga os principais intervenientes no sector a envolver os accionistas em perspectivas de longo prazo, construindo projectos ambiciosos e disruptivos. Tendo em conta a situação ecológica, a nova regulamentação e as expectativas dos consumidores, a nova visão a longo prazo é clara: a nova era da aviação é limpa e livre de carbono.

Felizmente, esta nova era coincide com a maturidade de muitas inovações tecnológicas pró-ambientais e uma forte vontade política. A indústria aeronáutica pode contar com pioneiros da indústria para continuar a quebrar barreiras através da propulsão eléctrica e das células de combustível. Através da inovação, da sinergia política e da intenção económica, uma revolução tecnológica sustentável poderia ganhar ímpeto na indústria aeronáutica.

Na Fundação Solar Impulse, estamos à procura de soluções eficientes em todas as indústrias (Água, Energia, Agricultura, Mobilidade, Construção, etc.). Verá abaixo algumas das soluções limpas e rentáveis no sector da aviação que receberam o Rótulo de Solução Eficiente de Impulso Solar.