Lo que se necesita para que los aviones eléctricos despeguen

01/02/2022

Lo que se necesita para que los aviones eléctricos despeguen

Unos años Hace un tiempo, mientras conducía por un tramo de la interestatal entre Pittsburgh y San Francisco, Venkat Viswanathan comenzó a sentirse un poco existencial. Su viaje iba bien, casi demasiado bien, pensó. Canturreaba unos cientos de millas a la vez, deteniéndose brevemente para comer o para disfrutar del paisaje de principios de verano. Fue el clásico gran viaje por carretera estadounidense. Y no era nada destacable que lo hiciera en un coche eléctrico.

Viswanathan, científico de la Universidad Carnegie Mellon, es un experto en baterías de alta densidad de energía, diseños que están destinados a empacar mucho jugo en poco espacio. A veces, esto implica una química que puede parecer casi fantasiosa; el unobtanium de la tecnología de la batería. Pero después de que ese verano fuera impulsado a campo traviesa por una batería totalmente obtenible, comenzó a considerar una aplicación diferente para su trabajo. “Yo estaba como, 'Espera, ¿qué estoy haciendo con todas estas baterías nuevas que estoy inventando?'”, recuerda Viswanathan. “¿Quién los va a necesitar?” Se dio cuenta de que había otra forma de viajar de costa a costa, una que las baterías estaban lejos de descarbonizarse: el vuelo.

En los últimos años, la industria de las baterías se ha centrado en gran medida en los automóviles, lo que ha producido mejoras constantes e incrementales en un enfoque científico particular. Esto involucra iones de litio que se mueven entre un cátodo compuesto por algunos óxidos metálicos, incluidos níquel, cobalto, manganeso y hierro, y un ánodo hecho de grafito. Esta receta clásica se ha vuelto bastante buena. Recientemente, las baterías de iones de litio han aumentado la autonomía de los automóviles de pasajeros más allá de las 400 millas, casi tan buenas como muchos motores de combustión, y suficientes para superar la "ansiedad por la autonomía" que podría hacer que algunos conductores se muestren reacios a optar por la electricidad. Pero a medida que se acercan al límite teórico de la cantidad de energía que pueden almacenar, las baterías de iones de litio se quedan muy por debajo de lo que se requiere para la mayoría de los aviones.

La industria de la aviación ha estado lidiando con este problema por un tiempo. La industria contribuye con aproximadamente el 2 por ciento de las emisiones globales de carbono, una cifra relativamente pequeña, pero que está a punto de crecer considerablemente a medida que una mayor parte del mundo surca los cielos. (Solo una de cada 10 personas toma un vuelo cada año, y un estudio de 2018 estimó que el 1 por ciento de la población mundial es responsable de la mitad de las emisiones de la aviación). Si esos aviones van a volverse eléctricos, cree Viswanathan, las baterías necesitarán un replanteamiento radical. Incluso los aviones regionales destinados a viajes relativamente cortos requieren baterías que sean livianas pero lo suficientemente potentes. Necesitan suficiente potencia para el despegue, luego suficiente energía para navegar de forma segura largas distancias. Es posible que nunca sea práctico y que una aviación más ecológica requiera otros enfoques, como el hidrógeno o el combustible sintético para aviones.

O repensando algunos fundamentos de la batería. La semana pasada, junto con otros expertos en baterías y aviación, Viswanathan publicó en Naturaleza lo que él considera una "llamada de atención" a la industria para invertir en ciencia básica más allá del movimiento de iones de litio. En particular, los autores abogan por nuevos cátodos que involucren materiales más exóticos, algunos de los cuales producen lo que se conoce como reacciones de conversión, que mueven más electrones y potencialmente pueden acumular más energía. Son cosas que la gente realmente no ha considerado desde la década de 1970, cuando el cobalto comenzó a ganar. El proyecto del Departamento de Energía de EE. UU. se ha fijado el objetivo de construir una batería que pueda contener 500 vatios-hora de energía por kilogramo. Viswanathan y sus coautores piensan que para un caballo de batalla de los cielos, como el Boeing 737, tendremos que duplicar eso, y necesitaremos nuevos productos químicos para llegar allí. “Estamos tratando de mover el poste de la portería”, dice.

La batería de iones de litio es una historia de amor química. Los iones de litio y los electrones, una vez separados entre sí por una carga, siempre buscan volver a reunirse. El deambular de estos electrones a través de una celda de batería es lo que genera una corriente. Pero en ese sentido, el litio está limitado porque solo tiene un electrón para ceder. En teoría, más electrones moviéndose significarían más energía, que es algo que otros elementos pueden ofrecer potencialmente. Pruebe con yodo, tal vez, o con azufre o flúor, y podrá hacer que zumben más electrones.

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