Airbus testa supercondutividade como caminho para reduzir as emissões

A abordagem de vários caminhos da Airbus para a descarbonização tomou uma nova direção na semana passada, quando a empresa destacou o trabalho recente na tecnologia de supercondutividade. Durante sua Cúpula de Sustentabilidade de dois dias realizada em Toulouse e Munique, a fabricante de aeronaves disse que se juntou ao Laboratório Europeu de Física de Partículas em um programa demonstrador destinado a promover a adoção de supercondutividade e criogenia em sistemas de distribuição elétrica aérea.

O laboratório suíço, que opera sob a sigla francesa CERN, baseia a maior parte de sua pesquisa em seu Grande Colisor de Hádrons subterrâneo, que é o maior colisor de partículas de maior energia do mundo. Seu novo projeto com a Airbus, chamado Superconductor for Aviation with Low Emissions (SCALE), avaliará como os engenheiros podem implantar supercondutores para obter maior eficiência energética para futuros sistemas de aeronaves.

O projeto marca o mais recente de uma série de estudos liderados pela Airbus UpNext, uma subsidiária da empresa criada para identificar futuras tendências aeroespaciais e conceitos de tecnologia e avaliá-los como produtos potencialmente viáveis. A divisão visa acelerar os ciclos de pesquisa tradicionais, desenvolver provas de conceitos, concluir testes com escala e velocidade e entregar o que a Airbus chama de aprendizado crítico dentro de um prazo de dois a três anos.

A iniciativa visa desenvolver e testar um trem de força criogênico supercondutor genérico de 500 quilowatts até o final de 2025. O CERN planeja projetar, construir e testar o SCALE usando as especificações Airbus UpNext e a tecnologia do laboratório. O demonstrador consiste em um link CC (cabo e criostato) com dois condutores de corrente e o sistema de resfriamento usa hélio gasoso.

Vários desenvolvedores de propulsão elétrica já realizam trabalhos para explorar o potencial de supercondutores de alto desempenho para novas aeronaves. Eles incluem a start-up Mako Aerospace, com sede no Reino Unido, que está desenvolvendo sua família Forerunner de motores de ventiladores dutos para novos aviões.

CRIOGENIA ‘GRANDE POTENCIAL’

Durante o Sustainability Summit, a CEO da Airbus UpNext, Sandra Bour-Schaeffer, descreveu o “grande potencial” do uso de criogenia para auxiliar a condutividade elétrica em trens de força, incluindo distribuição, eletrônica de potência, sistemas de refrigeração e motores elétricos.

“A [tecnologia] criogênica está apenas usando o benefício de temperaturas extremamente baixas e aqui estamos falando de menos 150 graus Celsius”, explicou ela. “Mas, como você ouviu, estamos armazenando hidrogênio líquido a bordo, o que significa que temos essa fonte prontamente disponível. E se você usar componentes e sistemas eletrônicos tradicionais a uma temperatura criogênica, você reduz as perdas elétricas e, portanto, melhora o desempenho. E se dermos um passo adiante na palavra condutora – e aqui estamos falando de menos 190 graus – é ainda mais interessante porque a resistência elétrica literalmente se torna zero e de repente você é capaz de transportar megawatts em pequenos cabos.”

Embora nem todos os avanços da colaboração atinjam a maturidade a tempo para o lançamento da aeronave movida a hidrogênio ZeroE da Airbus em 2027 ou 2028, Bour-Schaeffer identificou a distribuição de energia como um componente do programa que poderia encontrar seu caminho para o novo aeronaves. “Claramente, haverá uma linha do tempo diferente associada [ao motor elétrico]”, explicou ela. “Acreditamos que a distribuição eletrônica pode amadurecer muito em breve. Se olharmos para um motor supercondutor criogênico de alguns megawatts, estará mais abaixo da linha.”

A Airbus UpNext já embarcou em um estudo relacionado à viabilidade da tecnologia para aeronaves totalmente elétricas e híbridas elétricas chamada ASCEND (Advanced Superconducting and Cryogenic Experimental Powertrain Demonstrator), disse Bour-Schaeffer. Um dos maiores desafios de ampliar a propulsão elétrica para aeronaves maiores está relacionado à relação peso-potência. Os sistemas elétricos de hoje não atendem aos requisitos de energia necessários sem adicionar excesso de peso à aeronave. No entanto, as tecnologias de supercondutores começaram a surgir como uma solução possível, principalmente pelo aumento da densidade de potência na cadeia de propulsão, ao mesmo tempo em que diminuem significativamente a massa do sistema de distribuição. 

De acordo com Bour-Schaeffer, os engenheiros concluíram as análises técnicas relacionadas e embarcaram na fase de fabricação do programa em suas instalações na área de Munique, onde esperam atingir o “power-on” em meados do próximo ano.

PARTICIPAÇÃO CRÍTICA DO LABORATÓRIO CERN

Bour-Schaeffer explicou a natureza crítica da participação do CERN, dada a instrumentação altamente avançada que ele traz para medir fenômenos como vazamento de hidrogênio. Comparecendo com ela na cúpula, o diretor de finanças e recursos humanos do CERN, Raphael Bello, observou que o laboratório gasta cerca de um terço de seu orçamento anual de US$ 1,2 bilhão em pesquisa e desenvolvimento, bem como em instrumentação porque, explicou ele, “não somos teóricos, somos são principalmente engenheiros e técnicos para desenvolver a infraestrutura.”

“Antes de tudo, acreditamos que o CERN tem algo a oferecer à Airbus e vice-versa, eu diria, porque também tentamos aprender com nossos parceiros e não dar palestras”, disse Bello. “A segunda justificativa, eu diria, é porque compartilhamos os mesmos valores.

“Acreditamos que o CERN tem capacidade para fornecer suas tecnologias ao Airbus UpNext, em particular, para criar um novo demonstrador para o próximo ano. Este demonstrador criará tetos para suportar sistemas de distribuição de energia de aeronaves em geral e, claro, este seria o primeiro passo de nossa colaboração. Esperançosamente, haverá muitos outros novos passos na jornada para talvez incluir outros parceiros, outras partes interessadas, incluindo partes interessadas europeias, como a Comissão Europeia e outros parceiros do setor, para ampliar novamente os limites de nossa tecnologia”.

Enquanto isso, a equipe Airbus UpNext continua a orquestrar várias outras abordagens para eliminar as emissões de carbono da aviação. Eles incluem a defesa do uso de caminhos contínuos de subida e descida para auxiliar na eficiência de queima de combustível em aviões. A empresa demonstrou a tática quando levou um grupo de jornalistas de aviação de Toulouse a Munique em 29 de novembro.

Em outra iniciativa destinada a melhorar a eficiência do gerenciamento do tráfego aéreo, o programa demonstrador “Fello’fly” da Airbus inspirou-se na maneira como os gansos migratórios voam em formações em forma de V para aproveitar a energia do rastro do pássaro líder. A Airbus realizou um voo de demonstração envolvendo A350s voando de Toulouse a Montreal em novembro de 2021. Bour-Schaeffer disse em uma conferência da Royal Aeronautical Society em Londres em 29 de novembro que a equipe Airbus UpNext demonstrou como “surfar no ar ascendente” da aeronave principal em um local seguro distância de 1,6 milhas náuticas pode reduzir a queima de combustível em pelo menos 5 por cento.  

Em 2024, a Airbus espera iniciar voos de teste com seu futuro demonstrador de asa Xwing usando um jato executivo Cessna Citation VII convertido. As obras da “asa de desempenho extra” começaram em setembro de 2021 e fazem parte do programa Wing of Tomorrow da fabricante. Em outro projeto baseado na abordagem da biomimética para aprender com a natureza, a Airbus espera mostrar como as técnicas de controle ativo podem otimizar o uso da asa de uma aeronave da mesma forma que uma águia voadora adapta a forma, envergadura e superfície de sua asa e penas .

Fonte: AIN Online