Continuando nossa série de matérias sobre aviões, trazemos para você um artigo do Wired sobre aviação elétrica. Confira tudo a respeito dessa fronteira que logo estará ao nosso alcance.

Matéria original: Wired, Eric Adams. Tradução livre. Todos os direitos de imagens e texto reservados a seus respectivos autores.

Toda e qualquer visão do futuro da aviação envolve aviões elétricos. Táxis voadores saltando de um prédio a outro enquanto aviões comerciais sobrevoam oceanos silenciosamente. Afinal, que tipo de viajante do futuro usaria combustíveis fósseis?

O que desejar sair do chão.

Tão esperada é a aviação elétrica, mas os conceitos introduzidos por companhias aeroespaciais estão, por pouco, pra lá de impossível. Voos requerem quantias gritantes de energia. Para isso ser possível com energia elétrica, seria preciso pelo menos uma evolução tremenda na tecnologia de baterias. Se preferir, o expert em aviação Richard Aboulafia coloca de outra maneira: “Insira milagre aqui”.

aviação elétrica

O problema é: baterias simplesmente não oferecem rentabilidade e nem energia suficientes para serem viáveis. E permanecerão assim por um bom tempo. Os avanços tecnológicos que fizeram o Model S da Tesla capaz de percorrer 540 km, e o Bolt da Chevrolet, 383 km, não são suficientes nem para alçar voo ao menor avião pela menor distância.

Então, a pergunta é a seguinte: que tipo de milagre é preciso para que a aviação elétrica se torne realidade, e qual é a chance dele acontecer?

Uma pesquisa traz otimismo. O Model S, sedan robusto da Tesla, te proporciona 540 km com uma carga, custando centenas de milhares de dólares. A Chevrolet começou a vender o Bolt EV, um carro compacto de 30 mil dólares com 383 km em uma carga. Isso fez a Tesla retrucar com o Model 3, consolidando ainda mais o mercado de carros com baterias elétricas. Enquanto isso, as aeronaves sem combustível que mais chegam perto de decolar são de 1 ou 2 assentos, adequadas para treino, para não precisarem ir de um aeroporto a outro.

“Eu acho que todo mundo olhou para a tecnologia de carros elétricos e achou que seria o mesmo com a aviação elétrica”, diz Richard Pat Anderson, que administra o Flight Research Center (Centro de Pesquisas de Voo) na Universidade Aeronáutica Embry-Riddle. “Mas os dois têm requerimentos diferentes. Carros precisam de baterias baratas e compactas, mas com os aviões, não ligamos tanto pro custo, sequer pro volume. O peso é o elemento crítico.

 

aviação elétrica

Densidade crítica

A necessidade de manter o peso baixo sem sacrificar alcance ou potência faz a densidade de energia o elemento mais importante na aviação elétrica. Atualmente, a carga específica das baterias é equivalente a 2% da dos combustíveis líquidos. Levando em conta a eficiência de motopropulsores elétricos comparada à de motores de combustão interna, conseguimos chegar aos 7% – ainda assim, 1000 quilos de combustível de jato proporcionam 14 vezes mais energia do que uma bateria de 1000 quilos.

“Já houve bastante progresso”, aponta Venkat Srinivasan, um pesquisador de baterias do Argonne National Lab, em Chicago. A densidade de energia das baterias cresce importantíssimos 2 a 3% por ano. Os carros da Tesla conseguem cada vez mais distância por carga com cada lançamento. “Não é a mesma jogada que a lei de Moore porque aqui tratamos de química, não eletrônica, mas mesmo assim é um grande progresso.”

Além do mais, baterias não precisam alcançar a carga específica dos combustíveis líquidos para serem viáveis. Se alcançarem cinco vezes a sua densidade atual – 1000 watts-hora por quilograma – funcionariam para aviação elétrica comercial de pequena escala, declara Don Hillebrand, diretor do Argonne’s Center for Transportation Research (Centro de Pesquisas para Transportes de Argonne).

Data de entrega aproximada: 2045.

 

Aviação elétrica: redesign completo

“O número 1000 watts-hora por quilograma reflete aproximadamente um terço da densidade energética da gasolina, mas isso já é suficiente,” diz Hillebrand. “No nosso ritmo atual de inovação, considerando as diferenças na eficiência dos motopropulsores, esse será o ponto onde poderemos esperar que as baterias sejam usadas em aviões pequenos para usos práticos.”

Outros sugerem uma espécie de atalho. “A propulsão elétrica possibilita novas arquiteturas de design,” diz Venkar Viswanathan, pesquisador de baterias na universidade Carnegie Mellon. “A aviação elétrica do futuro não vai ser nada parecidos com a tradicional, e conseguirá voos usando muito menos energia – só 400 watts-hora por quilograma – graças a motores distribuídos e resistência diminuída. Vamos fazer um redesign nas aeronaves em torno dos motores elétricos.” É fácil falar. Por conta de o tempo de desenvolvimento de aeronaves ser medido em décadas, é improvável que os aviões que Viswanathan imagina cheguem antes dessas baterias de 1000 watts-hora por quilograma.

 

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Novas químicas

Então como fazer para chegar a essa densidade energética? A rota mais provável é uma nova química para tirar a coroa das atuais favoritas, de íon lítio. Baterias de magnésio são as melhores no quesito densidade. Porém, a tecnologia ainda é imatura, e está a décadas de ser comercialmente viável. “Lítio em estado sólido também é legal por não ser inflamável, mas peca na vida útil,” Hillebrand diz – porque perde a potência ao ser carregado e descarregado. “Baterias de íon sódio são muito interessantes por conta de suas grandes vidas úteis, mas suas densidades energéticas são decepcionantes.”

Srinivasan aposta que algum tipo de bateria de lítio-metal será o próximo passo. Isso tudo é baseado nos avanços obtidos por pesquisadores nas tentativas de reduzir “dendritos”, que acabam formando nas baterias após muitos ciclos de carga e descarga. Eles podem causar curtos-circuitos, que podem levar a incêndios. “Nos últimos cinco anos, o progresso foi tremendo,” diz Srinivasan. “Há cinco anos, eu não colocava fé, mas agora eu estou bem otimista em relação ao futuro do lítio-metal.”

 

Poder do Lítio

Quando esse problema for resolvido, diz ele, a porta poderá ser aberta para mais materiais, como enxofre e oxigênio. O oxigênio é a solução em potencial procurada com a maior agressividade por Viswanathan e seus colegas da Carnegie Mellon. Todos estão correndo atrás de uma bateria de lítio-oxigênio capaz de ser perfeita para a aviação.

“Uma bateria de lítio-ar, como é chamada, poderia alcançar uma densidade energética de 400 watts-hora por quilograma, que permitiria voos de 300 a 600 km,” diz Viswanathan. Isso não permite atravessar o oceano, mas seria ótimo para rotas curtas.

O elemento chave aqui é a capacidade do oxigênio de se dissolver no eletrólito entre o ânodo e o cátodo da bateria, potencialmente proporcionado um eletrólito mais estável capaz de enfrentar ambientes árduos de carga e descarga. Além disso, muitas aeronaves já carregam o oxigênio puro que o sistema precisa para funcionar. “Essa tecnologia naturalmente encaixa no sistema”, acrescenta Viswanatham, também dizendo que o oxigênio que é bombeado durante a descarga é recuperado durante a carga, e pode ser reutilizado.

 

Mercado e ciência

Ainda assim, há um abismo entre as tecnologias viáveis e as preparadas para uso comercial. “Precisamos de algo prático. Que seja refrigerável. Que caiba em uma caixa. Tudo que reduza resistência e volume”, diz Srinivasan, da Argonne. “Nosso papel é analisar as tecnologias e tentar compactá-las. Mas demora muito para que uma grande inovação seja viável no mercado e produzível em uma escala capaz de satisfazer as demandas comerciais.”

O fato de que as pesquisas de bateria estão dispersas entre esforços corporativos secretos e laboratórios de universidade mais abertos também não ajuda. Torna difícil a sincronização entre inovações e forças de mercado. Comparada à indústria um pouco mais aberta de semicondutores, a de baterias poderia ser muito mais comunitária. “Precisamos de um ecossistema igual ao dos caras dos semicondutores”, pede Srinivasan. “Precisamos de uma conexão próxima entre cientistas como eu tentando inventar algo, e companhias trabalhando com eles, movidas pelo mercado. É a única maneira de chegar lá.”

É claro, pesquisadores de baterias enfrentam um desafio imenso. Mas há motivo para acreditar que até mesmo os esforços desconexos de hoje terão resultado. “Autonomia, por exemplo, tanto em carros como em aviões, será a base da eletrificação,” diz Hillebrand. O domínio da navegação autônoma encorajará o desenvolvimento de táxis-drone. Isso alavancará a eletrificação, que possui grande potencial em uma rede urbana. “Tudo começa a convergir em determinado ponto. Tecnologia veicular autônoma, veículos elétricos, desenvolvimento de drones, e aviação elétrica serão todos conectados, e essa conexão pode estar fomentando toda essa tecnologia mais rapidamente do que qualquer um imagina.

Olhe pro céu em torno de 2045.

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