Una innovadora arquitectura de propulsión de aeronaves mediante hidrógeno nacida en la ETSI

Los investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla Carlos Bordons Alba, adscrito al departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Sergio Esteban Roncero, adscrito al departamento de Ingeniería Aeroespacial, y el alumno del Máster de Ingeniería Aeroespacial, Javier Quintana Hernández, han desarrollado e implementado el prototipo de una innovadora arquitectura para propulsar una aeronave no tripulada de 3.6 metros de envergadura, utilizando para ello hidrógeno renovable.

Este prototipo incorpora una pila de combustible alimentada por hidrógeno hibridizada con una batería de ión-litio, un depósito de hidrógeno presurizado, la electrónica y un sistema de control automático avanzado para la gestión de la potencia.

La necesidad de descarbonizar el transporte, especialmente el aéreo, y lograr la independencia energética está impulsando una tendencia significativa hacia el uso de hidrógeno renovable para la movilidad, además de sus aplicaciones estacionarias. El hidrógeno se presenta como una solución a medio plazo para descarbonizar la aviación, y su desarrollo será crucial para avanzar hacia operaciones aeronáuticas con emisiones nulas o muy bajas de carbono.

El desarrollo de esta arquitectura de propulsión híbrida es un hito significativo. No solo permite la integración de la pila de combustible y la batería de ión-litio, sino que también abre la puerta a la incorporación de otras fuentes de energía, como la solar, y la posibilidad de recuperación de energía en alguna de las fases de vuelo. Esta flexibilidad es esencial para maximizar la eficiencia y autonomía de la aeronave en diversas misiones de vuelo.

El prototipo ha sido desarrollado y probado en una bancada de laboratorio, sometiéndose a las demandas emuladas de distintas misiones de vuelo. Las primeras pruebas de vuelo en una aeronave están programadas para un futuro cercano. El hidrógeno utilizado se obtiene de forma renovable mediante un electrolizador alimentado con energía solar proveniente de un campo fotovoltaico, produciendo así hidrógeno verde cuyo único subproducto al ser utilizado para la propulsión del avión es vapor de agua. Este proceso asegura un método de propulsión totalmente limpio y sostenible.

El objetivo principal de la investigación es validar esta tecnología en vuelo y desarrollar estrategias avanzadas de gestión de potencia para el sistema de propulsión híbrido. Estas estrategias son cruciales para optimizar la eficiencia energética y aumentar la autonomía de vuelo en diversas misiones. La investigación se enmarca en los proyectos "Desarrollo y validación de sistemas de gestión de energía en vehículos aéreos no tripulados (U5SPACE)", financiado por la empresa Zelenza S.L., y "Técnicas de Control Predictivo Resiliente para la Gestión de Sistemas de Energía Renovables incluyendo Hidrógeno Verde (REGREENH2)", financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación. En el marco de estos proyectos, se analizarán las problemáticas y se propondrán soluciones innovadoras para el uso de hidrógeno verde en aeronaves.

Este avance representa un paso importante hacia la aviación sostenible, demostrando el potencial de la hibridación de fuentes de energía y el papel crucial de las estrategias de control en la gestión eficiente de la energía necesaria para operaciones aéreas de bajas emisiones.