Categoria: Innovació

Les empreses aeroespacials estan unint forces per intentar fer front a l’aportació cada vegada més gran que la seva indústria fa a les emissions de gasos d’efecte hivernacle.
I, davant d’aquest problema, els motors elèctrics són vistos com una possible solució.
Però ¿serà suficient per compensar la creixent demanda de viatges en avió per part de la població?

El Saló Internacional de l’Aeronàutica i l’Espai de París-Le Bourget, també conegut com Paris Air Xou, va comptar aquesta setmana amb la presentació del primer avió comercial de passatgers totalment elèctric del món, encara que en forma de prototip.

L’empresa israeliana Eviation diu que l’aeronau, anomenada Alice, podrà transportar nou passatgers en un trajecte de fins a 1.040 km de distància i a 440 km / h.

S’espera que estigui llest per entrar en servei l’any 2022.

Alice és una nau d’aparença poc convencional.

Compta amb tres hèlixs orientades cap enrere, una a la cua i dos a la punta de les ales per contrarestar els efectes de l’arrossegament. També té un fuselatge inferior pla per ajudar la seva sustentació.

“Aquest avió es veu així no perquè volguéssim construir un avió genial, sinó perquè és elèctric”, va dir el president executiu de Eviation, Omer Bar-Yohay.

Estalvi en combustible

Eviation ja ha rebut els seus primers comandes. L’aerolínia regional nord-americana Cape Air, que opera una flota de 90 avions, va acordar comprar-los un nombre d’avions de “dos dígits”.

La firma està utilitzant Siemens i magniX per proporcionar els motors elèctrics. Segons el director executiu de magniX, Roei Ganzarski, el potencial de negoci per als avions elèctrics petits de passatgers és evident si es tenen en compte els 2.000 milions de butlletes d’avió que es venen a l’any per a vols de menys de 400 km de distància.
I, molt important, l’electricitat és molt més barata que el combustible convencional.

Un avió petit com un turbopropulsor Cessna Caravan pot gastar US $ 400 en combustible convencional per a un vol de 160 km de distància, va dir Ganzarski. Però amb electricitat, aquest cost “estarà entre US $ 8 i US $ 12, el que significa costos molt més baixos per hora de vol”, ha assegurat.

“No som una empresa ambientalista, la raó per la qual fem això és perquè té sentit comercial”, ha declarat.

MagniX treballa actualment amb l’aerolínia de hidroavions Harbour Air, que té seu a Canadà, per començar a convertir la seva flota en elèctrica.
El futur també es veu optimista en el cas dels vols de mitjà abast, els de fins a 1.500 km.

A diferència d’Alice, les aeronaus que apunten a aquest abast utilitzarien una combinació d’energia elèctrica convencional i elèctrica, el que els permetria reduir significativament les emissions de CO₂ a l’encendre el component elèctric de la seva propulsió en punts clau del vol com són l’enlairament i l’aterratge.

Primers resultats positius

Diversos projectes de prova estan mostrant resultats positius.

Per exemple, Rolls-Royce, Airbus i Siemens estan treballant en el programa E-Fan X, que instal·larà un motor elèctric de dos megawatts en un jet BAE 146. Es calcula que pugui volar el 2021.

“Hi ha una enorme quantitat d’esforç involucrat aquí. L’enginyeria és absolutament d’avantguarda i la nostra inversió en sistemes elèctrics està creixent ràpidament”, va dir el director de tecnologia de Rolls-Royce, Paul Stein.

United Technologies, que inclou en la seva cartera al fabricant de motors Pratt & Whitney, està treballant en el seu Projecte 804, un demostrador elèctric híbrid dissenyat per experimentar un motor de 1 MW i els subsistemes i components necessaris.

La firma diu que hauria de permetre un estalvi de combustible d’almenys el 30%. Hauria de poder volar en l’any 2022 i es preveu que estigui llest per aerolínies regionals a mitjans de la propera dècada.

Zunum Aero, empresa recolzada per Boeing, utilitza una turbina de motor de la francesa Safran per impulsar un motor elèctric per a una nau híbrida.

I l’aerolínia de baix cost EasyJet, que està treballant amb Wright Electric, diu que començarà a fer servir avions elèctrics en els seus serveis regulars a l’any 2027. És probable que es facin servir en vols de curta distància com Londres a Amsterdam, la segona ruta més transitada d’Europa.

“Els vols elèctrics s’estan convertint en una realitat i ara podem preveure un futur que no depengui exclusivament del combustible per a avions”, va dir el director executiu d’EasyJet, Johan Lundgren.

La seva declaració compta amb el suport d’un informe del banc d’inversió UBS, que prediu que el sector de l’aviació es decantarà ràpidament per avions híbrids i elèctrics per a viatges regionals amb una possible demanda de fins a 550 avions de passatgers híbrids per any entre 2028 i 2040.

¿I els vols de llarga distància?

Però les perspectives dels vols elèctrics de llarga distància no són tan optimistes.
Mentre que els motors elèctrics, els generadors, la distribució d’energia i els controls han avançat molt ràpidament, la tecnologia de les bateries no ho ha fet tant.

Fins i tot assumint que hi hagués grans avenços en aquesta tecnologia, amb bateries que fossin 30 vegades més eficients i “denses en energia” que les actuals, només seria possible volar un avió A320 per una cinquena part del seu abast i amb només la meitat de la seva càrrega útil, segons la directora de tecnologia d’Airbus, Grazia Vittadini.

“Llevat que hi hagi un canvi de paradigma radical i encara per inventar en l’emmagatzematge d’energia, anem a confiar en els combustibles d’hidrocarburs en el futur més immediat”, va dir el director de tecnologia de United Technologies, Paul Eremenko.

El gran problema amb això és que el 80% de les emissions de la indústria de l’aviació provenen de vols de passatgers de més de 1.500 km, una distància que cap avió elèctric podria volar.

No obstant això, el Regne Unit s’ha convertit en el primer país del G7 a acceptar l’objectiu de zero emissions netes de carboni per al 2050. Es tracta de tot un desafiament per al negoci dels viatges aeris, amb 4.300 milions de persones volant aquest any i fins a 8.000 milions que s’espera que ho facin en 2037.

Els reguladors també s’estan sumant a la pressió.

L’Agència Europea de Seguretat Aèria diu que començarà a classificar els avions en funció de les seves emissions de CO₂, mentre que Noruega i Suècia pretenen realitzar vols de curta distància en el seu espai aeri elèctric per 2040.

Llavors, per lògica, és abandonar els vols de llarga distància l’única solució?

Això, òbviament, no és una proposta atractiva per a la indústria. Paul Stein de Rolls-Royce creu que el món estaria en un “lloc fosc” si deixéssim de viatjar.
En una economia global “on la coexistència pacífica es produeix al viatjar i entendre mútuament, em preocupa molt que si ens allunyem d’això no sigui la direcció en què hauria d’anar la humanitat”, ha conclòs. Font: bbc.com

Investigadors de la Universitat Politècnica de Madrid han desenvolupat una nova tècnica per a l’eliminació de contaminants persistents d’aigües residuals. El sistema utilitza fotocatalitzadors flotants impresos en 3D i radiació solar.

Un equip d’investigadors de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria i Disseny Industrial (ETSIDI) de la Universitat Politècnica de Madrid (UPM) ha assajat amb èxit un tractament per a la degradació de contaminants de preocupació emergent en les aigües residuals. Per això han utilitzat fotocatalitzadors flotants i radiació solar com a únic reactiu, un procés molt econòmic, eficient, fàcil d’implantar i compatible amb el medi ambient.

Els contaminants orgànics, específicament els contaminants de preocupació emergent (CECS, per les sigles en anglès), tenen un gran impacte ambiental. Entre ells, s es troben alguns productes farmacèutics que, tot i que es trobin en baixa concentració en el medi, poden ocasionar importants danys en la flora i la fauna i, per tant, en la salut humana. Per això, és necessària la recerca de tractaments alternatius que permetin una degradació eficient d’aquests contaminants de les aigües i aigües residuals.
L’equip de la UPM porta anys treballant en una línia d’investigació centrada en el tractament d’aigües residuals mitjançant diversos processos d’oxidació avançada, basats en la generació de radicals hidroxil com a agents oxidants de matèria orgànica contaminant. Dins d’aquesta trajectòria, diversos membres del grup han dut a terme un projecte l’objectiu ha estat l’estudi de la degradació eficient dels CECS.

Contaminants d’alta persistència

Com assenyala María José Martín de Vidales, investigadora que ha participat en el treball, “aquest tipus de contaminants presenten una elevada persistència en les aigües residuals, ja que no poden ser eliminats completament pels tractaments d’aigües convencionals, i la seva presència en el medi aquàtic, fins i tot en baixes concentracions, pot generar problemes de salut de diversa índole (problemes en els sistemes hormonal i endocrí, diversos tipus de càncer, resistència bacteriana als antibiòtics, etc.) “.

En aquest context, els processos d’oxidació avançada i, específicament, la fotocatàlisi amb diòxid de titani (TiO2) es consideren una opció amb resultats positius per a un tractament eficient.

“Un dels propòsits d’aquest projecte ha estat buscar una major superfície activa de catalitzador per extrusió i la seva posterior impressió 3D, comptant amb una adequada dispersió de TiO2 en un suport de menor densitat que l’aigua, obtenint així un fotocatalitzador flotant accessible a la radiació UV i d’elevada activitat en el tractament d’aigües residuals contaminades amb CECS “explica la investigadora. A més, “la característica flotant del catalitzador pot augmentar l’eficiència del procés si el contaminant es troba principalment en la superfície de l’aigua” conclou María José Martín de Vidales.

Els fotocatalitzadors obtinguts van mostrar una major activitat en comparació amb una geometria plana, utilitzada com a punt de referència. Per tant, aquest estudi obre les portes al tractament in situ de Cecs, utilitzant fotocatalitzadors flotants i radiació solar com a únic reactiu, un procés molt econòmic, eficient, de fàcil implantació i mediambientalment compatible. Font:agenciasinc

Referència bibliogràfica:
Martín de Vidales, M.J .; Nieto-Márquez, A .; Morcuende, D .; Atanes, D .; Blaya, F .; Soriano, I .; Fernández-Martínez, F. “3D Printed Floating Photocatalysts for Wastewater Treatment”, Catalysis Today 328, 2019, 157-163.

El neopentilglicol, si se li aplica pressió, té un gran efecte refrigerant, suficient per ser competitiu quan se’l compara amb els gasos que s’utilitzen en la gran majoria de neveres i aires condicionats –els hidrofluorocarburs (HFC) i hidrocarburs (HC)–, altament tòxics i inflamables, i que contribueixen, quan arriben a l’atmosfera, a l’escalfament global. A més, aquest nou material és barat, fàcil d’aconseguir i funciona pràcticament a temperatura ambient.

“Les neveres i aires condicionats basats en HFCs i HCs són, a més, relativament ineficients”, afirma Xavier Moya de la Universitat de Cambridge, un dels directors de l’estudi, juntament amb Josep Lluís Tamarit, investigador del Departament de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya·BarcelonaTech (UPC). “Cal tenir en compte que, actualment, les neveres i aires condicionats devoren una cinquena part de l’energia que es produeix a tot el món i la demanda no fa més que augmentar”, afegeix.

L’estudi, elaborat per un equip d’investigadors del Grup de Caracterització de Materials de la UPC, la Universitat de Cambridge i la Universitat de Barcelona, i que ha estat publicat recentment a la revista Nature Communications descriu els enormes canvis tèrmics que es poden aconseguir aplicant pressió als cristalls plàstics. I és que les tecnologies de refrigeració tradicionals es basen en els canvis tèrmics que es produeixen quan un fluid comprimit –normalment un HFC o un HC– s’expandeix. Quan ho fa, baixa la temperatura i, per tant, refreda allò que té al voltant. En el cas dels sòlids, en canvi, la refrigeració s’aconsegueix introduint canvis en l’estructura microscòpica dels materials, fet que s’aconsegueix aplicant un camp magnètic o elèctric, o bé a partir d’una força mecànica. Durant dècades, la capacitat dels sòlids era menor que la dels fluids, però el descobriment del potencial barocalòric del cristall plàstic de neopentilglicol (NPG, segons les sigles en anglès) i altres compostos orgànics –més fàcils de comprimir– igualaria la partida.

L’NPG és àmpliament utilitzat en la síntesi de pintures, polièsters i lubricants, no només pel seu baix cost, sinó també per la disponibilitat. Les molècules d’NPG, formades de carboni, hidrogen i oxigen, són gairebé esfèriques i interactuen de manera molt dèbil, cosa que els permet tenir certa llibertat de moviments, fins al punt que, per la seva mal·leabilitat, es col·loquen al límit entre els sòlids i els líquids. És per això que en comprimir-los donen uns resultats tèrmics comparables als de l’HFC i l’HC, però sense els efectes perniciosos.

Tal com explica Josep Lluís Tamarit, “el potencial dels cristalls plàstics en aquest camp és molt gran i no es limita a l’NPG. Ara n’estem investigant altres de similars amb resultats també molt prometedors.” De fet, els membres de les diferents universitats participants en l’estudi han desenvolupat una patent conjunta que pretén portar al mercat l’ús d’aquests materials en nous sistemes de refrigeració amb la implicació necessària de les empreses.

El descobriment dels efectes barocalòrics dels cristalls plàstics els situa a l’avantguarda de la recerca per aconseguir una refrigeració segura, eficient i respectuosa amb el medi ambient. Font:upc

Artícle de referènciaP. Lloveras et al. ‘Colossal barocaloric effects near room temperature in plastic crystals of neopentylglycol.’ Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-09730-9.