Em altitude de cruzeiro, os aviões emitem um fluxo constante de óxidos de nitrogênio na atmosfera, onde os elementos químicos podem permanecer para produzir ozônio e partículas finas. Os óxidos de nitrogênio, ou NOx, são a principal fonte de poluição do ar e têm sido associados à asma, doenças respiratórias e distúrbios cardiovasculares. Pesquisas anteriores mostram que a geração desses químicos devido à aviação global resulta em 16.000 mortes prematuras a cada ano.
Agora, os engenheiros do MIT criaram um conceito para a propulsão de aviões que estimam que eliminaria 95% das emissões de NOx da aviação e, assim, reduziria o número de mortes prematuras associadas em 92%.
O conceito é inspirado em sistemas de controle de emissões usados em veículos de transporte terrestre. Muitos caminhões pesados a diesel, hoje, possuem sistemas de controle de emissões pós-combustão para reduzir o NOx gerado pelos motores. Os pesquisadores agora propõem um projeto semelhante para a aviação, com um toque elétrico.
Os aviões de hoje são movidos por motores a jato ancorados sob cada asa. Cada motor abriga uma turbina a gás que aciona uma hélice para mover o avião no ar enquanto o escapamento da turbina flui pela parte traseira. Devido a essa configuração, não foi possível utilizar dispositivos de controle de emissões, pois eles interfeririam no empuxo produzido pelos motores.
No novo design híbrido-elétrico ou "turboelétrico", a fonte de energia de um avião ainda seria uma turbina a gás convencional, mas seria integrada ao compartimento de carga do avião. Em vez de alimentar hélices ou ventiladores diretamente, a turbina a gás acionaria um gerador, também no porão, para produzir eletricidade, que então acionaria eletricamente as hélices ou ventiladores montados na asa do avião. As emissões produzidas pela turbina a gás seriam alimentadas em um sistema de controle de emissões, amplamente semelhante aos dos veículos a diesel, que limparia o escapamento antes de ejetá-lo na atmosfera.
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“Isso ainda seria um tremendo desafio de engenharia, mas não há limitações físicas fundamentais”, diz Steven Barrett, professor de aeronáutica e astronáutica do MIT. “Se você quiser chegar a um setor de aviação 'net-zero' (energia líquida zero), esta é uma forma potencial de resolver a parte da poluição do ar, o que é significativo e de uma forma tecnologicamente bastante viável”.
Os detalhes do projeto, incluindo análises de seu custo potencial de combustível e impactos na saúde, foram publicados no último dia 14, na revista Energy and Environmental Science. Os coautores do artigo são Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham e Jayant Sabnins, todos membros do Laboratório de Aviação e Meio Ambiente do MIT.
Um plano semi-eletrificado
As sementes para o avião híbrido-elétrico da equipe cresceram de Barrett e do trabalho de sua equipe na investigação do escândalo das emissões de diesel da Volkswagen. Em 2015, os reguladores ambientais descobriram que a fabricante de automóveis havia manipulado intencionalmente os motores a diesel para ativar os sistemas de controle de emissões a bordo apenas durante os testes de laboratório, de modo que pareciam atender aos padrões de emissões de NOx, mas na verdade emitiam até 40 vezes mais NOx em real condições de condução mundiais.
Enquanto ele olhava para os impactos da fraude de emissões na saúde, Barrett também se familiarizou com os sistemas de controle de emissões dos veículos a diesel em geral. Na mesma época, ele também estava considerando a possibilidade de projetar aeronaves grandes e totalmente elétricas.
“A pesquisa que foi feita nos últimos anos mostra que você provavelmente poderia eletrificar aeronaves menores, mas para aeronaves grandes, isso não acontecerá tão cedo sem grandes avanços na tecnologia de baterias”, diz Barrett. “Então eu pensei, talvez possamos pegar a parte de propulsão elétrica de aeronaves elétricas e as turbinas a gás que existem há muito tempo e são superconfiáveis e muito eficientes, e combinar isso com a tecnologia de controle de emissões que é usada no setor automotivo e energia de solo, para pelo menos permitir planos semieletrificados”.
Voando com impacto zero
Antes que a eletrificação de aviões fosse seriamente considerada, poderia ter sido possível implementar um conceito como este, por exemplo, como um complemento para a parte traseira de motores a jato. Mas esse projeto, observa Barrett, “mataria qualquer fluxo de empuxo” que um motor a jato produzisse, efetivamente aterrando o projeto.
O conceito de Barrett contorna essa limitação, separando as hélices ou ventiladores que produzem empuxo da turbina a gás geradora de energia. Em vez disso, as hélices ou ventiladores seriam alimentados diretamente por um gerador elétrico, que por sua vez seria alimentado pela turbina a gás. O escapamento da turbina a gás seria alimentado em um sistema de controle de emissões, que poderia ser dobrado, tipo acordeão, no porão de carga do avião - completamente isolado das hélices de produção de empuxo.
Ele prevê que a maior parte do sistema híbrido-elétrico - turbina a gás, gerador elétrico e sistema de controle de emissões - caberia na barriga de um avião, onde pode haver amplo espaço em muitas aeronaves comerciais.
Em seu novo artigo, os pesquisadores calculam que se tal sistema elétrico híbrido fosse implementado em um Boeing 737 ou aeronave do tipo Airbus A320, o peso extra exigiria cerca de 0,6% mais combustível para voar o avião.
“Isso seria muitas, muitas vezes mais viável do que o que foi proposto para aeronaves totalmente elétricas”, diz Barrett. “Este projeto adicionaria algumas centenas de quilogramas a um avião, ao invés de adicionar muitas toneladas de baterias, o que seria mais do que uma magnitude de peso extra”.
Os pesquisadores também calcularam as emissões que seriam produzidas por uma grande aeronave, com e sem um sistema de controle de emissões, e descobriram que o projeto híbrido-elétrico eliminaria 95% das emissões de NOx
Se este sistema fosse implementado em todas as aeronaves ao redor do mundo, eles estimam ainda que 92% das mortes relacionadas à poluição devido à aviação seriam evitadas. Eles chegaram a essa estimativa usando um modelo global para mapear o fluxo das emissões da aviação na atmosfera e calcularam o quanto várias populações ao redor do mundo estariam expostas a essas emissões. Eles então converteram essas exposições em mortalidades, ou estimativas do número de pessoas que morreriam como resultado da exposição às emissões da aviação.
A equipe agora está trabalhando em projetos para um avião de "impacto zero" que voe sem emitir NOx e outras substâncias químicas, como o dióxido de carbono, que alteram o clima.
“Precisamos chegar a praticamente zero impactos climáticos líquidos e zero mortes por poluição do ar”, diz Barrett. “Este projeto atual eliminaria efetivamente o problema de poluição do ar da aviação. Agora estamos trabalhando na parte do impacto climático”.
*Tradução livre. Para acessar o artigo original do MIT clique aqui.
