¿Se pueden evitar las estelas de condensación?

Esta sería a día de hoy la pregunta del millón, al menos para el tema que nos ocupa. No obstante, el que un día desaparezcan las estelas de condensación de nuestros cielos no significará probablemente la desaparición del bulo de los chemtrails. Sí, señores y señoras, podéis imaginarlo: ya hemos oído hablar de ¡chemtrails invisibles!. Así que si un día dejan de haber estelas no será por la introducción de una nueva generación de motores, por el impulso de la aviación eléctrica o solar o por la implementación de avanzados sistemas de previsión, monitorización atmosférica y gestión del tráfico aéreo. Será (para regocijo nuestro, ya que nos seguirá dando juego) porque los que dominan el mundo han logrado confeccionar chemtrails invisibles. No son pocos los que apuntan esta idea. Ahora hablando en serio, la respuesta a la pregunta que da título a este capítulo es sí: sí que se pueden evitar, pero no manteniendo la tecnología y sistemas de gestión de tráfico aéreo actuales. Como ya hemos medio vislumbrado, las alternativas para evitar la formación de estelas pueden ser varias:

1. Modificación de las alturas de vuelo
2. Re-enrutamiento del vuelo para evitar las ISSR (regiones de supersaturación de hielo, donde se forman las estelas persistentes)
3. Modificación de los motores de combustión
4. Uso de químicos o de radiaciones electromagnéticas o ultrasónicas
5. Introducción de energías de impulsión alternativas (solar o eléctrica)

Inicialmente, antes de la aviación comercial, esta era eminentemente militar, y como ya hemos comentado varias veces, se pretendía pasar lo más desapercibido posible. Las estelas de condensación no son amigas de las incursiones militares. Hoy en día el problema es más medioambiental. La situación ideal es que no hubieran estelas, así las mismas no influirían en el cambio climático, ya siendo por contribuir al calentamiento o al enfriamiento de la atmósfera (no está aun muy claro el balance radiativo hacia dónde se dirige). Veamos pues algún ejemplo de estas técnicas:

1-Modificación de las alturas de vuelo

Para la aviación comercial esta posibilidad no es económicamente (ni medioambientalmente) asumible hoy en día. Si los aviones vuelan a las alturas donde se forman estelas con mayor probabilidad es precisamente por la eficiencia del motor: Se necesita consumir menos combustible para realizar la misma distancia. Volar a mayor o menor altura que la “ideal” para los motores actuales reduciría la eficiencia de los mismos, creando mayor contaminación y emisiones de CO2 y gastando demasiado en combustible. Un estudio de la NASA y de la Universidad de California de 2011 sugiere que se puede reconfigurar el tráfico aéreo resultando en un decrecimiento en la formación de estelas en un factor de 6 aumentando un 2% el consumo de combustible. No obstante se trata aún de un caso ideal, hipotético, calculado en base a óptimos y que resultaría en un procedimiento bastante costoso.

2-Re-enrutamiento del vuelo para evitar ISSR

En relación con la anterior técnica, se trata de usar sistemas de control de tráfico aéreo computerizados que calculen las rutas más óptimas de los vuelos teniendo en cuenta la eficiencia del motor y la posibilidad de formación de contrails. No obstante para que este sistema sea efectivo se ha de contar con una buena red de sensores de los parámetros atmosféricos a distintas alturas que cubrieran amplias porciones del espacio aéreo, algo de lo que estamos a años aún de conseguir. La patente US20090319164A1 describe un sistema para gestionar el tráfico aéreo mediante la detección automática desde estaciones terrestres y envío de la información de contrails formados: localización, dirección, inclinación, etc; de forma que esta información sería útil para recalcular la ruta de vuelos subsiguientes.

3-Modificación de los motores de combustión

Si ya vimos que a mediados de los años 90 se comenzaron a introducir nuevos motores de alto índice de derivación que provocaron un dramático aumento en la formación de contrails, uno puede pensar que por qué no volvemos a los motores de bajo índice de derivación y santas pascuas. El caso es que los anteriores motores eran menos eficientes. Para conseguir el mismo impulso necesitaban consumir bastante más combustible. Ahora se consume mucho menos combustible a cambio de que pase más aire por el bypass, que es lo que provoca mayor empuje que el propio movimiento de los rotores. No es una opción saludable económica ni medioambientalmente. No obstante se puede modificar el parámetro de humedad en los gases de escape del motor, ya que de esta humedad depende la formación de las estelas. Una forma obvia de evitar las estelas sería eliminando esta humedad. Esto que conceptualmente parece sencillo, en la práctica no lo es: cualquier método de eliminación de la humedad del motor perjudicaría severamente el grado de funcionamiento del mismo. Básicamente se trataría de implementar un sistema que consumiría energía sin producir ningún empuje extra. De nuevo volvemos a un motor menos eficiente y más contaminante. Se sugiere que emitiendo en el escape menos núcleos de condensación (partículas de hollín o sulfuros), se podría reducir la posibilidad de formación de contrails, pero esto es muy improbable, ya que no es posible llegar a un nivel “cero” de estas partículas además de que con pequeñas densidades de las mismas ya es suficiente para generar la estela.

4-Uso de químicos o de radiaciones electromagnéticas o ultrasónicas

Una técnica que se ha sugerido e intentado para mitigar la formación de contrails es mediante la adición de algún químico a los gases de escape del avión. Se trataría de un efecto similar al de la sobresiembra de nubes: Si se pretende inhibir una precipitación se deben aplicar cantidades de núcleos de condensación superiores en varios órdenes de magnitud a los de una siembra de nubes normal (algo que es económica y logísticamente inviable para deshacer nubes). En el caso de supresión de contrails, la aplicación de un exceso de núcleos de condensación formaría muchos más cristales de hielo, pero serían muy pequeños, manteniéndose por debajo de medio micrómetro (2000 veces más pequeño que un milímetro), por lo que no serían visibles. Sin embargo esto no es garantía de que funcione, ya que el contrail puede continuar creciendo hasta ser visible si la humedad es lo suficientemente elevada. Esta técnica a lo mejor es útil para las incursiones militares, pero si se pretende evitar las estelas por su afección medioambiental, no tiene sentido aplicarla. Se pueden encontrar varias patentes americanas que proponen la aplicación de distintos químicos: ácido cloro-sulfúrico (US3517505, de 1962), hollín de carbón (US3289409, de 1964), mezcla de surfactantes (US4766725, de 1985) o alcoholes (US5005355, de 1988). Estas dos últimas técnicas se basan en reducir la tensión superficial del agua, evitando que esta congele y se formen las partículas de hielo.

Algunas de las tecnologías de supresión de contrails más interesantes y recientes sugieren que los microcristales de hielo pueden ser disueltos mediante el uso de ondas electromagnéticas (US20100132330, de 2008) o ultrasónicas (US20100043443, de 2010). La idea es que estas ondas generen vibraciones en las partículas de hielo que las fundan o rompan hasta tamaños sub-visibles o retrasar el enfriamiento de las mismas. Esta técnica es más limpia que los métodos químicos y solo precisaría de un aporte energético extra de los motores. Si se combina con detectores automáticos de contrails, como el sistema explicado en la técnica 2, este se pondría en marcha solo donde fuera probable la formación de estelas, reduciendo así los requerimientos energéticos de esta técnica.

5-Introducción de energías de impulsión alternativas (solar o eléctrica)

Respecto a la aviación comercial, la energía solar está aun muy lejos de poder llegar a ser implementada. Es conocido el proyecto Solar Impulse, que busca desarrollar un avión impulsado únicamente por energía solar fotovoltaica, que funcione tanto de día como de noche (mediante baterías cargadas por los paneles solares de sus alas). Ha llegado a volar casi 118 horas seguidas, recorriendo 7200 kilómetros. El problema es que se trata de un avión ligero tripulado por una sola persona. Con una envergadura similar a la de un Airbus A-340, una velocidad máxima de 140 km/h y la posibilidad de llevar solo un tripulante, se nos antoja que esta tecnología está muy lejos de ser aplicada en la aviación comercial. No ocurre así con los motores eléctricos. Los avances en este campo de la ingeniería aeronáutica están siendo más que asombrosos. Como sabemos, desde el primer vuelo de los hermanos Wright, la propulsión aérea ha sido dominada por los motores de combustión interna; no obstante las mejoras significativas en las tecnologías de acumulación eléctrica han hecho posible que se desarrolle la aviación eléctrica. Esto puede suponer un “efecto Kodak” fatal para las compañías aéreas que estén ignorando el desarrollo de la aviación eléctrica. Hay dos aspectos que hacen de la aviación eléctrica una tecnología convincente: el medio ambiente y la ingeniería. Respecto del medio ambiente, la Unión Europea por ejemplo tiene el compromiso de reducir las emisiones de CO2 en un 75%, las de NOx en un 90% y el ruido en un 65%, comparado con los valores del año 2000. Los motores eléctricos no producen dióxido de carbono ni óxidos de nitrógeno y son varios órdenes de magnitud más silenciosos. En relación a la ingeniería, estos motores son mecánicamente más simples que los de combustión interna, lo que supone una reducción en los requisitos de mantenimiento y de control de su rendimiento, además, la seguridad se ve incrementada, ya que los motores eléctricos son intrínsicamente más fiables que los actuales, además de no necesitar un producto peligroso e inflamable para funcionar. Todo esto permite aviones más ligeros, con mayor rendimiento al flexibilizarse la posición, orientación y número de motores y por lo tanto, ganando en aerodinámica. Lo mejor de todo es que un avión eléctrico puede recargar sus baterías durante el descenso con los motores actuando como generadores. Esta forma de cosechar la energía directamente de las corrientes de aire es una capacidad única en estos aviones.

¿Por qué no está el cielo plagado de aviones eléctricos? El problema está en la densidad de energía de las baterías. Esta magnitud supone una barrera actual para la implementación de esta tecnología. Esto es porque actualmente las baterías pesan 100 veces más que los motores eléctricos que impulsan. No obstante, gracias al desarrollo de los coches eléctricos durante los últimos años, se han conseguido grandes logros en cuanto a rendimiento de baterías. Elon Musk, cofundador de Tesla Motors, SpaceX, Hyperloop o PayPal, opina que una densidad de energía de unos 400 Wh/kg en aviones de vuelos transcontinentales supone hoy en día una inversión muy atractiva. Las baterías de ión litio actuales para automoción alcanzan densidades de 300 Wh/kg. Con el estado de la técnica actual se estima que son totalmente viables aviones eléctricos con pesos de despegue de hasta 2 toneladas. Un airbus A340 de 277 asientos pesa 276 toneladas, 138 veces más que el posible avión eléctrico, así que aún hay camino que recorrer.

El proyecto europeo E-THRUST 

Se trata de un estudio de concepto conjunto entre EADS, la compañía matriz de Airbus y Rolls Royce, fabricante de motores, entre ellos, motores aéreos. Este proyecto busca definir lo que será la aviación del futuro, con el horizonte puesto en 2050, mediante la conceptualización de un avión eléctrico que funciona con un novedoso sistema de propulsión de distribución eléctrica. Con este sistema se consigue todo lo que se busca en estos aviones: cero emisiones, menos ruido, más ligereza, menor resistencia, mayor flexibilidad en el diseño, y por supuesto ¡nada de contrails! El sistema se basa en una tecnología clave: la superconductividad, para lo cual el rotor de cada motor estaría rodeado por un estátor criogenizado gracias a un fluido refrigerante criogénico. En la cola del avión se dispone una turbina grande de gas productora de energía eléctrica y en las alas se distribuyen 6 rotores impulsados por electricidad que son los que generan el empuje. La energía se almacena en unas baterías bajo el avión que supondrán la próxima generación de acumuladores. Durante el despegue se suministra energía a los rotores mediante una combinación de la energía procedente del generador de cola y de las baterías. Durante el vuelo de crucero los rotores se alimentan de la batería y durante el descenso/planeo, no se produce ningún consumo de energía y además se pueden usar los rotores como aerogeneradores para recargar la batería. En el aterrizaje el generador de cola y la batería impulsan los rotores.

Otras iniciativas

Hay algunos trabajos de investigación sobre supresión o mitigación de contrails ciertamente interesantes. Recomendamos echar un vistazo a la tesis doctoral de Frank G. Noppel2, de la escuela de ingeniería mecánica desde la Universidad de Cranfield (Reino Unido). Este trabajo, realizado en 2006-2007 se titula “Contrail and Cirrus cloud avoidance technology”. Esta tesis concluye que las estrategias a corto y medio plazo (como algunas de las expuestas en este capítulo) van inevitablemente acompañadas de un aumento de las emisiones de CO2. Cita también un estudio que examinó el impacto a largo plazo de las emisiones de CO2 de la aviación comparado al impacto de los contrails, sugiriendo que con el fin de conseguir una aviación más sostenible, la supresión de contrails se hace inevitable. Sin embargo, ya que actualmente el impacto ambiental a corto plazo de los contrails es menos severo que el de las emisiones de CO2, una buena manera de lidiar con el asunto es posponer la aplicación de técnicas de supresión de contrails hasta el momento en que el impacto asociado al aumento de las emisiones de CO2 sea menos significativo que el impacto de las estelas, lo que quizá sea posible con los aviones híbridos que combinan motor de combustión y generadores eléctricos en un futuro cercano, como el concepto propuesto por la NASA.

También es de mencionar los últimos avances en la investigación del grafeno, tanto como material de soporte estructural (por su ligereza y resistencia) como por sus asombrosas propiedades eléctricas, que vislumbran la posibilidad de generar superconducción eléctrica a temperatura ambiente. Estamos muy cerca de una explosión tecnológica sin precedentes, y esta, por supuesto influirá en el concepto de la aviación del futuro.