Impacto climático de las estelas de condensación "sostenibles"

Ahora, investigadores del Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt; DLR), en colaboración con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de EE. UU., han descubierto que se puede reducir el impacto climático de las estelas de condensación.

Usando una mezcla 50-50 de queroseno y combustible de aviación sostenible ( Sustainable Aviation Fuel , SAF), lograron reducir a la mitad el número de cristales de hielo en las estelas de condensación en condiciones de vuelo reales. Esto da como resultado una reducción del 20 al 30 por ciento en el impacto climático de las estelas de condensación. El equipo de investigación informa sobre sus hallazgos en la edición actual de la revista Nature Research Communications Earth and Environment. Los resultados allanan el camino para reducir notablemente el impacto climático de la aviación a corto plazo.

"Durante las pruebas de vuelo conjuntas realizadas por DLR y la NASA en 2018, pudimos demostrar claramente que el uso de combustibles sostenibles da lugar a menos partículas de hollín en los gases de escape del motor y que esto, a su vez, da como resultado menos cristales de hielo en la condensación. Sin embargo, en promedio, los cristales de hielo son un poco más grandes ", explica Christiane Voigt del Instituto DLR de Física Atmosférica en Oberpfaffenhofen.

"Esta evidencia es un gran avance para las posibilidades del transporte aéreo amigable con el clima. Un número menor de cristales de hielo reduce la entrada de energía a la atmósfera causada por las estelas de condensación. Esto reduce significativamente el efecto de calentamiento climático de los cirros de las estelas de condensación".

Vuelo en una columna de escape

Las pruebas de vuelo despegaron de la base aérea de Ramstein en Renania-Palatinado durante 2018. El avión de investigación DLR ATRA, un Airbus A320, sobrevoló Alemania varias veces utilizando diferentes mezclas de combustible. Estos incluyeron queroseno puro Jet A-1 como referencia, así como mezclas 70-30 y 50-50 de queroseno y el biocombustible sostenible HEFA (ésteres hidroprocesados y ácidos grasos).

El avión de investigación DC-8 de la NASA siguió al A320 con un retraso de uno a dos minutos para recopilar datos sobre sus emisiones y estelas utilizando numerosos instrumentos de medición, algunos de los cuales fueron instalados por la NASA y el DLR. La campaña de investigación conjunta se llevó a cabo bajo el nombre ND-MAX / ECLIF 2 (NASA / DLR-Experimentos / Emisiones Aéreas Multidisciplinarias e Impacto Climático de Combustibles Alternativos) junto con socios de FAA, NRC, Aerodyne, Missouri S y T, Boeing, el Instituto Max Planck de Química y las Universidades de Mainz, Innsbruck y Oslo.

"En nuestro trabajo, consideramos más que tecnologías individuales, siempre en aviones y transporte aéreo como un sistema general. Esto brinda experiencia a nivel de sistemas DLR en aeronáutica", enfatiza Anke Kaysser-Pyzalla, presidente de la junta ejecutiva de DLR. "Nos vemos actuando en el papel de un arquitecto para la investigación aeronáutica, desde las investigaciones fundamentales hasta las aplicaciones, en estrecha coordinación y cooperación con socios de investigación internacionales, el sector aeronáutico y la industria. De esta manera, estamos haciendo nuestra contribución al Green Deal en el sector del transporte aéreo ".

Combustibles sostenibles de la aviación

Los combustibles sostenibles se obtienen de fuentes renovables sin utilizar hidrocarburos derivados del petróleo y tienen una menor huella de carbono que el queroseno fósil. Los combustibles basados en plantas o residuos son concebibles aquí, pero también, en un futuro próximo, los e-combustibles sintetizados utilizando fuentes de energía renovables e hidrógeno 'verde' obtenido de forma sostenible.

"Lo que todos estos combustibles sostenibles tienen en común es que pueden producirse sin hidrocarburos cíclicos, denominados 'aromáticos'", explica Patrick Le Clercq, director de proyecto ECLIF en el Instituto DLR de Tecnología de Combustión en Stuttgart. "Menos aromáticos en el combustible significa menos hollín en las emisiones y, por lo tanto, menos cristales de hielo en las estelas. Por lo tanto, los combustibles sostenibles reducen los dos mayores efectos del transporte aéreo en el calentamiento del clima: las estelas y la huella de carbono".

Hollín, cristales de hielo, estelas de vapor

Los motores de los aviones emiten partículas de hollín. Estos actúan como núcleos de condensación para pequeñas gotas de agua superenfriadas, que se congelan inmediatamente para formar cristales de hielo y se vuelven visibles como estelas de condensación en el cielo. Los cristales de hielo de las estelas de condensación pueden persistir durante varias horas en condiciones frías y húmedas a altitudes de aproximadamente ocho a 12 kilómetros, formando nubes altas denominadas cirros de estelas de condensación.

Estas nubes pueden tener un efecto de calentamiento o enfriamiento localizado, según la posición del Sol y la naturaleza de la superficie subyacente. La investigación ha demostrado que el efecto de calentamiento predomina a nivel mundial. La aparición de estas nubes es extremadamente variable en el tiempo y el espacio, por lo que algunos puntos calientes de estelas son responsables de una gran parte del efecto de calentamiento.

Las estelas de condensación y las nubes cirros de estelas de condensación resultantes solo permanecen en el cielo durante unas pocas horas. Una vez que se reduce la cantidad de cristales de hielo, su efecto de calentamiento se disipa rápidamente. Esto hace que el uso específico de combustibles sostenibles en rutas de vuelo con formación frecuente de estelas de condensación sea particularmente atractivo para lograr un efecto rápido en la protección del clima. Además, evitar las emisiones de dióxido de carbono de los combustibles fósiles aporta importantes beneficios a largo plazo, ya que el dióxido de carbono permanece en la atmósfera durante más de 100 años e impulsa el calentamiento global.

"Con los combustibles de aviación sostenibles (Sustainable Aviation Fuel, SAF), tenemos una tecnología puente en el camino hacia el transporte aéreo libre de emisiones", explica Markus Fischer, miembro adjunto de la Junta de Aeronáutica. "En los vuelos conjuntos con la NASA y su evaluación, hemos contribuido con la experiencia científica y técnica de DLR en el campo de los combustibles alternativos, las tecnologías de combustión y el impacto climático del transporte aéreo. Esto se ha hecho en estrecha colaboración con la industria".

Siguiente paso: volar con combustible 100 por ciento sostenible

Tras los prometedores resultados logrados con 50-50 mezclas de queroseno y combustible sostenible, los investigadores ahora están ansiosos por examinar cómo los vuelos con SAF puro afectarán las emisiones y las estelas de condensación. Con este fin, Airbus, Rolls-Royce, DLR y otros socios realizaron recientemente pruebas de vuelo conjuntas. Como parte del proyecto ECLIF3, un Airbus A350-900 voló utilizando solo el combustible de aviación sostenible HEFA y fue seguido por el avión de investigación Falcon 20-E de DLR. Actualmente se están analizando los datos de los vuelos. Se planean más vuelos de prueba para el otoño de 2021.

Referencia

Cleaner burning aviation fuels can reduce contrail cloudiness. Christiane Voigt, Jonas Kleine, […]Bruce E. Anderson. Communications Earth & Environment volume 2. Nature Communications Earth & Environment.
https://www.nature.com/article...