Como funciona um avião movido a hidrogênio?

Em 2008, o Fuel Cell Demonstrator da Boeing foi o primeiro avião movido a hidrogênio a voar
(Foto: Adambro via Wikimedia) 

À medida que a indústria da aviação continua a buscar maneiras de reduzir sua pegada de carbono e se tornar mais 'verde', ouvimos mais sobre aviões elétricos e movidos a hidrogênio. Ambos estão em desenvolvimento, embora seja provável que ainda demore algum tempo até que os vejamos em grandes aeronaves comerciais. Este artigo analisa como funcionaria uma aeronave movida a hidrogênio e quão perto estamos.

Aeronave movida a hidrogênio

A energia do hidrogênio é uma possibilidade popular em muitas indústrias, com um suprimento abundante. Nenhum dióxido de carbono é produzido como subproduto da combustão, apenas água.

O conceito de aeronave movida a hidrogênio refere-se ao hidrogênio como fonte de combustível (substituindo o combustível atual para aviação). Isso poderia então ser queimado para alimentar os motores ou usado para alimentar uma célula de combustível.

A Airbus desenvolveu o E-fan X, uma aeronave elétrica híbrida baseada em
uma aeronave BAe 146 , mas o projeto foi cancelado (Foto: Airbus)

Para maior clareza, a outra tecnologia verde popular envolve aeronaves movidas a eletricidade. Isso se refere ao uso de energia de bateria armazenada para alimentar motores de aeronaves. Diversas empresas estão trabalhando em aeronaves elétricas, e pequenas variantes foram construídas e voadas. Mas a tecnologia de bateria limita o uso em aeronaves maiores. Eles ainda não podem ser feitos pequenos (e leves) o suficiente.

Duas maneiras de alimentar uma aeronave

Existem duas maneiras principais de o combustível hidrogênio ser usado para alimentar uma aeronave:

Combustão: Isso é muito semelhante a como o combustível de aviação é usado atualmente e como funciona um motor de automóvel padrão. Motores a jato modificados poderiam usar hidrogênio como fonte de combustível, alimentando um motor da mesma forma que acontece agora, mas muito mais limpo.

Usado para alimentar uma célula de combustível: Este é um conceito diferente, onde o hidrogênio é usado para criar eletricidade (dentro da célula de combustível) que alimenta a aeronave. Isso acontece combinando o hidrogênio com o oxigênio. A reação produz eletricidade, com calor e água como subprodutos.

As células de combustível já existem há muito tempo e já têm muitas aplicações. Ônibus movidos a hidrogênio e outros veículos são uma visão cada vez mais comum, por exemplo.

A maioria das aeronaves menores desenvolvidas até hoje utilizou tecnologia de célula de combustível. Para aeronaves maiores, no entanto, é mais provável que a combustão direta seja usada, pelo menos inicialmente.

Para ter uma ideia melhor de como funciona uma célula de combustível, dê uma olhada neste clipe do YouTube.

Armazenando o hidrogênio

No entanto, a aeronave que alimenta exigirá um suprimento de hidrogênio a bordo, assim como as aeronaves hoje requerem combustível para aviação. Isso precisa ser armazenado em tanques pressurizados, o que é mais complicado do que armazenar combustível de aviação padrão. Não pode ser armazenado nas asas e, em vez disso, os tanques são necessários dentro da fuselagem principal.

Com as aeronaves de pequeno e baixo alcance desenvolvidas até agora, este não é um problema significativo. Mas com aeronaves maiores, é provável que vejamos algumas reformulações para acomodar isso. A fuselagem pode precisar ser mais longa, com cabines separadas e armazenamento de combustível. A Airbus também analisou um design de asa combinada como parte de seu projeto ZEROe, que permitiria mais opções para armazenamento de hidrogênio.

O conceito de asa combinada ajudaria no armazenamento de hidrogênio (Foto: Airbus)

Limitações da potência do hidrogênio

Embora prometa muito, a energia do hidrogênio ainda tem suas limitações. Muito mais pesquisas são necessárias antes que grandes aeronaves de passageiros possam operar usando a tecnologia. Isso não é necessário apenas no desenvolvimento de aeronaves e motores, mas também na produção de hidrogênio. A maior parte dos dias de hoje é produzida a partir de combustíveis fósseis, liberando dióxido de carbono. Para uso em larga escala na aviação, isso precisará de mudanças.

A infraestrutura do aeroporto e o abastecimento de combustível também são uma consideração importante. Assim como o abastecimento é uma limitação para veículos movidos a hidrogênio e elétricos, também poderia ser para a aviação. Para que as aeronaves a hidrogênio sejam uma possibilidade realista, são necessárias mudanças em grande escala na infraestrutura do aeroporto para armazenar e distribuir hidrogênio. As companhias aéreas precisam ter a garantia de que as aeronaves podem ser abastecidas com facilidade, não apenas em alguns aeroportos específicos.

Substituir o combustível de aviação padrão nos aeroportos será um desafio (Foto: Getty Images)

Existem atualmente planos em andamento para desenvolver a primeira planta comercial da Europa para combustível de aviação à base de hidrogênio. A Norsk e-Fuel está liderando o desenvolvimento de uma planta, que deve oferecer uma capacidade máxima de 10 milhões de litros de combustível para aviação à base de hidrogênio em três anos.

Onde estamos com os aviões de hidrogênio hoje?

Embora as aeronaves movidas a hidrogênio em grande escala ainda estejam muito distantes, a tecnologia melhorou significativamente nos últimos anos. O primeiro vôo ocorreu em 2008 com o Boeing Fuel Cell Demonstrator, uma aeronave de teste para uma única pessoa. A primeira aeronave de passageiros voou em 2016, com HY4, uma aeronave leve de quatro lugares projetada pelo DLR Institute of Engineering Thermodynamics.

Aeronave de hidrogênio HY4 (Foto: DLR, CC-BY 3.0 via Wikimedia)

Em 2020, vimos o primeiro voo de nível comercial usando uma aeronave movida a hidrogênio. Zeroavia operou o primeiro voo comercial totalmente movido a hidrogênio em setembro de 2020. O Piper Malibu de seis lugares reformado voou apenas a 1.000 pés, mas mesmo assim é um passo importante à frente. A empresa tem como meta um voo de 250 milhas até o final de 2020.

E olhando para o futuro, a Airbus revelou um conceito para três aeronaves movidas a hidrogênio com emissão zero que podem entrar em serviço já em 2035.

As três aeronaves ZEROe são projetadas para funcionar com hidrogênio (Foto: Airbus)