Pesquisadores universitários impulsionam a aviação eletrificada com a NASA
Com o apoio da NASA, pesquisadores universitários fizeram avanços no desenvolvimento de células de combustível avançadas e tecnologia de condução de eletricidade para gerar energia para aeronaves totalmente elétricas do futuro.
As células de combustível de hidrogênio, uma fonte de energia limpa cuja única emissão é a água, ainda precisam ser usadas em grandes aeronaves devido a desafios de engenharia associados a peso, temperatura e cargas elétricas .
Agora, no entanto, uma nova pesquisa demonstra que pode haver um caminho a seguir.
O CHEETA, ou Centro de Tecnologias Elétricas de Alta Eficiência para Aeronaves , está trabalhando no desenvolvimento de novas tecnologias para incorporar células de combustível à aviação. Essa tecnologia sustentável tem o potencial de tornar a aviação mais ecológica , eliminando as emissões de carbono.
Formado como parte da University Leadership Initiative (ULI) da NASA, que busca envolver professores e alunos universitários na consecução dos objetivos de pesquisa aeronáutica da NASA, CHEETA é um consórcio de nove universidades e dois parceiros da indústria, liderado pela Universidade de Illinois Urbana-Champaign (UIUC).
A CHEETA não está apenas trabalhando na criação de aeronaves totalmente elétricas movidas a células de combustível – também está envolvendo alunos de graduação, pós-graduação e até mesmo do ensino médio na pesquisa. Inclusão e envolvimento são elementos-chave da atividade ULI da NASA.
“Estamos investigando diferentes características de como as células de combustível operam como usinas de energia para futuras aeronaves elétricas”, disse Phillip Ansell, diretor do CHEETA e professor assistente na UIUC. “Tem sido incrível ter alunos envolvidos neste trabalho de ponta, e todos nós aprendemos juntos.”
O CHEETA já inspirou propostas de algumas novas atividades de investigação – dois alunos da pós-graduação da UIUC concluíram o mestrado na sua primeira fase e estão a trabalhar no doutoramento.
“Os alunos estão tão apaixonados pelo nosso trabalho, o que foi muito legal de ver”, disse Ansell.
Um tipo diferente de fonte de energia
As células de combustível geram eletricidade combinando o oxigênio do ar com o hidrogênio, sendo sua única emissão a água. Isso mesmo – apenas água.
“O hidrogênio é um grande transportador de energia porque não há carbono envolvido. Essas células de combustível podem ser configuradas para produzir emissões zero. Esta é a base do que queremos alcançar com o CHEETA”, disse Ansell.
No entanto, existem desafios envolvidos na aplicação dessa tecnologia à aviação.
Um grande problema é que, para permanecer uma fonte de energia eficaz, o hidrogênio deve ser resfriado até seu estado líquido – uma temperatura bem forte de 423 graus Fahrenheit negativos (253 graus Celsius negativos).
Armazenar esse líquido superfrio, ou criogênico, requer tanques mais pesados do que os usados para armazenar combustível de jato comum, o que dificultou o uso generalizado das células de combustível na aviação.
Outro desafio é que as células de combustível devem ser capazes de gerar eletricidade suficiente para alimentar um grande avião e, então, transportar ou conduzir eficientemente a eletricidade para os sistemas de propulsão e energia da aeronave.
No passado, alimentar um avião do tamanho de um Boeing 737, que deve gerar mais de 20 megawatts de energia para operar, era considerado muito desafiador, mas Ansell e seus colegas acreditam que os recentes avanços tecnológicos mudaram isso.
“Observamos os números e percebemos que o estado da arte não está longe de ser uma abordagem que funcione”, disse Ansell. “Há muito potencial.”
Eletricidade no ar
A CHEETA está adotando a abordagem de projetar um protótipo único de avião construído em torno do uso de células de combustível e os desafios associados ao seu uso. Os pesquisadores também estão desenvolvendo novas tecnologias para melhorar ainda mais seu protótipo de avião.
“Como as células de combustível são inerentemente diferentes como fonte de energia, as regras padrão do projeto de aeronaves mudam drasticamente”, disse Ansell. “Estamos procurando escrever o livro sobre como você faz esse sistema funcionar para um avião.”
E progressos foram feitos. Por exemplo, a CHEETA fez parceria com a GE Research para projetar um novo tipo de tanque de hidrogênio leve para uso em um avião.
“Criamos um novo tanque leve projetado para ter a vida longa necessária para aviões que também pode identificar vazamentos e outros problemas. Pode ser transformado em um produto prático que permita o uso de hidrogênio no futuro”, disse Ansell.
A CHEETA também trabalhou em projetos de novas tecnologias para lidar com cargas elétricas massivas, bem como gerenciar os problemas de gerenciamento térmico e térmico.
“Em colaboração com a Boeing, fizemos alguns testes para ver como as células de combustível se ajustam ao alterar a demanda de energia delas. Também fizemos testes para ver como as mudanças na forma como o ar que entra na célula de combustível é pressurizado para melhorar a produção líquida de energia em grandes altitudes”, disse Ansell.
Para ajudá-los a alcançar seus objetivos ainda mais, o CHEETA está conversando com pesquisadores da NASA nos centros de campo da agência, onde o trabalho aeronáutico ocorre.
Por exemplo, o consórcio discutiu configurações de aeronaves e a integração de componentes de propulsão com especialistas do Langley Research Center da NASA, na Virgínia, bem como criogenia e combustível com o Glenn Research Center da NASA, em Cleveland.
“Estamos muito orgulhosos da receptividade ao nosso trabalho nesses níveis superiores. Tem sido produtivo trocar informações e contribuições sobre nosso objetivo comum de aviação eletrificada”, disse Ansell.
Concluída sua primeira fase, iniciada em 2019, o CHEETA está sendo prorrogado por mais dois anos de estudos. Os pesquisadores planejam desenvolver e demonstrar tecnologias de protótipo de sistemas de energia elétrica, sistemas de armazenamento de hidrogênio e um conceito de aeronave em escala. Eles estão esperançosos de que os resultados positivos levem a testes de voo maiores no futuro.
Nos últimos cinco anos, a atividade da ULI convidou estudantes universitários e professores para ajudar a resolver desafios técnicos do mundo real em áreas como Mobilidade Aérea Avançada , Gerenciamento de Tráfego Aéreo e muito mais como parte do projeto de Inovação Universitária da NASA .
A NASA está atualmente no processo de seleção da sexta rodada de premiados ULI.
Fonte e foto: NASA
Receba essa e outras notícias em seu celular, clique para acessar o canal PILOTO RIBEIRÃO no youtube, siga nosso perfil no Instagram e Linkedin, faça parte de nosso telegram e conheça também nossa revista digital.