Antecipando-se à aviação civil elétrica, precisaremos primeiro encontrar baterias com densidade de energia muito maior (foto: CC0 Public Domain) Os motores de combustão interna têm sido a nossa principal tecnologia de transporte há décadas, mas a indústria parece estar prestes a mudar. Os carros elétricos já são bastante populares, existem barcos elétricos e até balsas.

Antecipando-se à aviação civil elétrica, precisaremos primeiro encontrar baterias com densidade de energia muito maior (foto: CC0 Public Domain)

Os motores de combustão interna têm sido a nossa principal tecnologia de transporte há décadas, mas a indústria parece estar prestes a mudar. Os carros elétricos já são bastante populares, existem barcos elétricos e até balsas. Mas e os aviões?

Já existem aviões elétricos, mas seu uso é limitado. Vários desafios estão pela frente quando se trata de aeronaves de passageiros completas movidas inteiramente a eletricidade.

Aviação, o maior espinho na lateral

Os transportes são citados como uma das maiores fontes de emissões de gases com efeito de estufa no mundo e, portanto, um culpado nas alterações climáticas. Os aviões são responsáveis ​​por cerca de 3% das emissões globais de gases de efeito estufa anualmente. E esta contribuição negativa está a crescer porque cada vez mais pessoas voam para lugares diferentes. Com o boom das companhias aéreas de baixo custo, o acesso às viagens aéreas aumentou dramaticamente nas últimas décadas. E assim a aviação está a tornar-se um contribuinte maior para a poluição por carbono – que precisa de ser travada.

A redução e, em última análise, a eliminação das emissões das aeronaves é objeto de trabalho contínuo em muitas frentes. Em 2016, um painel da ONU criou padrões de emissões atualizados para todas as novas aeronaves, e muitas aeronaves agora atendem ou excedem esses padrões. No entanto, atingir o objectivo acalentado – as chamadas emissões zero – significa abandonar completamente os combustíveis.

Tudo no jogo

O número total de projetos de aeronaves elétricas está aumentando constantemente. O número de players no setor da aviação elétrica também está crescendo. Embora este sector ainda esteja na sua infância, tem registado um crescimento dramático e consistente nos últimos anos.

Na verdade, o crescimento foi bastante estável entre 2009 e 2016, quando ocorreu o primeiro “pico”. As aeronaves elétricas pessoais, mais comumente chamadas de táxis aéreos, são responsáveis ​​pela maior parte do desenvolvimento, com a aviação geral em segundo lugar.

Aqui, em maio de 2022, a Scientific American informou que existem mais de 170 projetos de aviação elétrica em todo o mundo – e esse número só está a crescer. A Organização da Aviação Civil Internacional (ICAO) fala de um número ligeiramente superior: mais de 200 start-ups de aviação eléctrica e mais de 300 projectos de aeronaves eléctricas entre 2016 e 2022. Os números exactos não são assim tão importantes – o que é importante é que isso um grande número de pessoas está trabalhando para superar o desafio do voo elétrico.

Eh, essas baterias

Quer estejamos tentando impulsionar um carro, um trem, um avião ou uma espaçonave, a energia é sempre o fator limitante. Colocar um avião no ar e mantê-lo lá exige muita energia. Os engenheiros aeronáuticos estão procurando maneiras de tornar os aviões mais eficientes em termos de combustível.

O problema é que os aviões são pesados ​​mesmo sem carga – menos a tripulação, os passageiros, suas bagagens e o peso do próprio combustível. Para tornar a aviação suficientemente acessível para todos, precisamos de colocar muita energia utilizável no menor espaço possível. Em outras palavras, é necessária uma alta densidade de energia.

Calcular a densidade energética de um combustível ou outra fonte de energia é bastante simples. Dividimos a quantidade de energia disponível no combustível pelo seu peso para obter o número de watts-hora por quilograma de combustível. Algumas das melhores baterias já criadas em laboratório podem fornecer mais de 700 watts-hora por quilograma. No entanto, este feito é insignificante em comparação com os 12.000 watts-hora por quilograma do combustível de aviação.

Em suma, as viagens aéreas elétricas são possíveis hoje em dia, mas estamos limitados pelo peso das baterias. A tecnologia atual pode nos levar ao ar, mas precisaremos de baterias melhores e mais leves para nos manter lá.

Aviões solares?

Talvez haja uma maneira de mudar o quadro se nos voltarmos para a tecnologia solar. O emblema aqui é o Solar Impulse 2 – uma aeronave realmente estranha projetada especificamente para concretizar a ideia de voar apenas com a energia do sol.

Criado pelo psiquiatra Bertrand Picard, que completou uma circunavegação do mundo em um balão de ar quente em 1999, o Solar Impulse 2 foi uma forma de realizar a circunavegação contando com a eletricidade solar.

Picard teve que lidar com o problema da densidade de energia como qualquer outra aeronave, mas o contornou de uma nova maneira. O avião tinha que ser grande o suficiente para acomodar os painéis solares necessários, mas leve o suficiente para permanecer no ar com o mínimo de energia.

Para que isso acontecesse, o Solar Impulse 2 recebeu uma envergadura de 72 metros para suportar um casco que pesa tanto quanto um carro. Quase cada centímetro da superfície do avião estava coberto por células solares fotovoltaicas, mais de 17 mil no total, que absorviam a luz solar e mantinham as hélices girando mesmo quando estava escuro lá fora.

A viagem terminou em 26 de julho de 2016. Aeronaves como o Solar Impulse 2 podem não ser o futuro do voo elétrico comercial, mas provaram que é possível voar movido a energia solar – e fizeram-no com estilo.

Talvez soluções híbridas

O problema da capacidade da bateria é o mesmo que os veículos terrestres tiveram de superar (e com o qual, até certo ponto, ainda lutam). Uma forma de os fabricantes colmatarem esta lacuna desde o início foi a tecnologia híbrida. Ainda hoje, os veículos elétricos híbridos oferecem melhor quilometragem da bateria com o conforto de um motor de combustão interna convencional. Alguns fabricantes de aeronaves estão seguindo um caminho semelhante com suas aeronaves em desenvolvimento, fornecendo baterias além dos motores convencionais de combustão interna.

A Air Canada e a United Airlines assinaram um contrato para a compra de aeronaves elétricas híbridas para voos comerciais. O modelo é um avião que poderá transportar até 30 passageiros e percorrer 200 quilômetros apenas com bateria. Ele pode ir quase o dobro usando uma combinação de baterias e combustível líquido. Mas este é apenas um plano – a primeira aeronave híbrida não deverá aparecer antes de 2028.

Entretanto, a NASA também está a promover o desenvolvimento de aeronaves híbridas através do seu Projecto de Demonstração de Voo Electrificado. O programa depende da colaboração entre a NASA e parceiros da indústria para modificar aeronaves existentes com sistemas de propulsão eletrificados.

Procurando a bateria

Atualmente existe uma lacuna significativa entre as melhores baterias desenvolvidas na indústria e os combustíveis líquidos convencionais. A densidade energética do combustível de aviação de 12.000 watts-hora por quilograma é mais de 17 vezes melhor do que as melhores baterias que podemos montar. Isto significa que se quisermos voar com a mesma eficiência dos aviões convencionais, as baterias terão de se tornar muito mais potentes ou muito mais leves.

Baterias de íon de lítio com um padrão para a maioria dos componentes eletrônicos de bateria. Mas eles têm um limite para sua densidade energética. Isso ocorre porque grande parte da bateria é projetada para materiais pesados ​​que facilitam a transferência de energia. Chegar a uma bateria dramaticamente mais leve pode exigir um tipo totalmente novo de tecnologia de bateria.

As baterias de lítio-ar estão atraindo algum interesse porque substituem alguns dos materiais convencionais por ar, tornando toda a bateria significativamente mais leve. Mas também têm as suas limitações, especialmente em termos de condutividade e recarga. Eventualmente, as baterias de lítio-ar poderiam oferecer uma densidade de energia aproximadamente duas vezes maior que as baterias existentes. E isso não é uma melhoria significativa.

As baterias de grafeno, das quais tanto se fala há cerca de 10 anos, nunca cumpriram o que prometem – pelo menos não ainda. A tecnologia foi recebida com grande esperança porque prometia elevada densidade energética – o mundo dos carros eléctricos aguardava ansiosamente esta revolução. Até agora, porém, permanece no futuro indefinidamente.

Alice

Enquanto isso, um avião elétrico da Eviation, carinhosamente chamado de Alice, está dando passos em direção à mudança. Certamente não é o primeiro avião elétrico do mundo, mas pode ser o primeiro avião comercial a transportar passageiros. Se a empresa atingir sua meta de lançamento para 2027.

Alice pode transportar até nove passageiros em uma distância de até 400 km. entre cobranças. No entanto, como acontece com todos os veículos elétricos, a autonomia real da bateria em condições reais depende de vários fatores durante o voo e pode ser menor do que o declarado. Dito isto, Alice provavelmente trabalhará para voos mais curtos.

Uma companhia aérea regional chamada Monte já fez um pedido de 30 aviões assim que chegarem às pistas em 2027. Mais recentemente, a empresa de leasing sul-coreana Solyu também assinou uma carta de intenções para comprar 25 aviões com opção de duplicação. Supondo que tudo corra conforme o planejado, em alguns anos poderá haver jatos comerciais de passageiros no céu.

Enquanto isso, os principais fabricantes de aeronaves continuam a desenvolver projetos arrojados para aeronaves totalmente elétricas. Em Outubro de 2022, os estados membros da Organização da Aviação Civil Internacional (ICAO) concordaram com um objectivo comum de alcançar a neutralidade carbónica até 2050. Crucialmente, este objectivo centra-se na redução efectiva das emissões, e não na compensação das emissões através da compra de créditos. No entanto, não existem objectivos claros ou obrigações vinculativas no acordo.

Avançando na pista

Jatos de passageiros de longa distância totalmente elétricos são provavelmente inevitáveis ​​por um período de tempo suficientemente longo, mas com base nas tendências atuais das baterias, eles não chegarão à pista tão cedo. No curto prazo, as limitações da bateria provavelmente continuarão a atrapalhar. Isto forçará o foco em aeronaves menores e viagens mais curtas.

Em algumas partes da indústria ainda nascente, isso significa concentrar-se em aviões elétricos muito pequenos, concebidos para indivíduos, famílias ou pequenos grupos. Podemos imaginá-lo mais como uma minivan voadora do que como um avião de passageiros.

Muitas dessas pequenas aeronaves elétricas são projetadas para decolar e pousar verticalmente, como um helicóptero, permitindo o embarque e desembarque em praticamente qualquer rua. Embora os pequenos eVTOLs sejam o passo mais bem-sucedido em direção ao voo eletrificado até o momento, eles ainda têm uma série de obstáculos regulatórios a serem superados.

Atualizado em by Zonia Damron
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