El sector aeronáutico es uno de los sectores de la economía que más porcentaje de su facturación dedica a la I+D+i. Efectivamente, según cifras de la Plataforma Tecnológica Aeroespacial Española (PAE), este sector de fuerte carácter industrial destina más de un 10% de sus beneficios a la investigación y desarrollo, y tiene una repercusión en la creación de empleo destacable: en España genera más de 40.000 empleos directos anuales. Es evidente que es también un sector tractor de productos, procesos y servicios innovadores, que inicialmente se desarrollan buscando dar solución a retos propios del mismo, pero que posteriormente encuentran en otros sectores un nicho de aplicación. En este sentido, se ha ganado el apelativo de sector altamente innovador, y analizar las tendencias de futuro puede resultar de gran interés para anticipar qué tecnologías coparán el mercado en los próximos años.
En los últimos años la Comisión Europea ha perseguido el objetivo de descarbonizar la aviación y así alcanzar la neutralidad climática, en línea con el Pacto Verde Europeo. Para ello ha establecido un conjunto de hitos a corto (2030), medio (2035) y largo plazo (2050) en diversas categorías, como por ejemplo vehículos, sistemas de propulsión, infraestructuras, operaciones y servicios y combustibles, que servirán de guía para que todos los agentes involucrados en el ecosistema de la I+D+i (universidad, centros tecnológicos e industria) puedan tomar acciones que persigan la sostenibilidad del sector.
Esta tendencia europea se hace eco en España, donde, a su vez, se han definido una serie de líneas de actuación tecnológica (LAT) para dar respuesta a necesidades identificadas en este sector. Se centran en las siguientes líneas troncales, todas ellas muy relacionadas con las tendencias europeas: aeronaves eléctricas, eco-diseño y fabricación avanzada, optimización aerodinámica, motores más eficientes, silenciosos y sostenibles, sistemas de control de tráfico aéreo del futuro y uso de hidrógeno como vector energético.
Los combustibles del futuro
Existen múltiples vertientes de tendencias de futuro que rigen los esfuerzos actuales de investigación, y uno de los debates más candentes versa sobre qué combustible se posicionará como el combustible del futuro. Entre las posibilidades, cabe destacar el estudio de nuevos combustibles sostenibles para plantas propulsivas, conocidos como SAF o Sustainable Aviation Fuels. Los SAF hacen referencia a combustibles sintéticos producidor de manera diferente a la convencional y que se categorizan dentro de los drop-in fuels, es decir, combustibles que no requieren de un cambio en las estructuras y subsistemas de motor para ser utilizados.
En relación a estos combustibles se identifica el reto de poder producirlo a mayor escala y disponerlo en los aeropuertos, reto que, si logra ser atajado, posibilitará que los SAF sean los combustibles del futuro para descarbonizar los vuelos de largo alcance. Además, se plantea la modificación de la propia definición de SAF para poder así abrir el abanico a qué es lo que realmente se considera como tal.
Por otro lado, se encuentra el hidrógeno. Este claro caso de non drop-in fuel requiere de modificaciones en la planta propulsiva y en los subsistemas de la aeronave para ser utilizado. Existen dos maneras en las que el hidrógeno puede utilizarse para propulsar una aeronave: utilizarlo en una turbina de gas para su combustión, o utilizarlo en una pila de combustible para generar energía eléctrica, obteniendo agua como producto de la reacción y electricidad. Ambas opciones se posicionan como la alternativa más viable para descarbonizar los trayectos de medio alcance y para dar solución, concretamente en el caso de las pilas de combustible, a la micro-movilidad urbana mediante la motorización de los vehículos de despegue y aterrizaje vertical o VTOL (Vertical Take-Off and Landing vehicles), con el desafío añadido de la necesidad de crear la infraestructura necesaria para la gestión del hidrógeno en los aeropuertos y “vertipuertos”.
También se están realizando grandes esfuerzos en la línea de electrificar las aeronaves, lo que significa equiparlas con potentes motores eléctricos para dotarlas de carácter híbrido/eléctrico. Esta opción se presenta como la más adecuada para la descarbonización de trayectos de corto alcance.
Como se puede intuir, tal vez no sea adecuado asegurar que una solución prevalecerá sobre la otra, sino que todas ellas tienen su rango de aplicabilidad y únicamente, llegado el momento, se podrá ver cuál de ellas es más adecuada para satisfacer las necesidades del momento.
Optimización aerodinámica
Más allá del debate en torno a los combustibles, se está desarrollando tecnología altamente innovadora en torno a la mejora de la aerodinámica y de la relación sustentación/resistencia aerodinámica (conocida como eficiencia aerodinámica), llegando a plantearse arquitecturas integrales que podríamos considerar “futurísticas”, como por ejemplo el ala volante o flying wing, una arquitectura en la que todo el fuselaje del avión genera sustentación. A pesar de tener grandes ventajas aerodinámicas, se plantean aquí varios inconvenientes operativos, como por ejemplo las altas aceleraciones verticales que los pasajeros situados en punta de ala sufrirían ante un ocasional alabeo de la aeronave.
Destacan otras mejoras aerodinámicas relativas al diseño del ala y de las góndolas que permitan mantener un flujo laminar, evitando la transición turbulenta o lo que es peor, el desprendimiento de capa (que aumenta sustancialmente la resistencia aerodinámica), como por ejemplo las alas de alta relación de aspecto. De esta manera, se puede lograr reducir los efectos del fenómeno conocido como flutter o flameo.
Motores más eficientes
Ligado a la mejora de la eficiencia propulsiva surgen los turbofán de ultra-alta relación de derivación, es decir, capaces de mover un flujo secundario mucho mayor que el primario, lo que se traduce en un incremento en el empuje. También se están analizando actualmente materiales de alta resistencia y baja densidad producidos a partir de tecnologías de fabricación aditiva, o materiales de matriz cerámica con recubrimientos, capaces de soportar las altas temperaturas a la salida de la cámara de combustión.
Infraestructuras y navegación aérea
La tendencia en este campo se centra en la mejora de las infraestructuras aeroportuarias (tanto en lado aire como en lado tierra) y en la construcción de los denominados “vertipuertos”, espacios de despegue y aterrizaje de VTOL para el transporte urbano de mercancías y personas. Como horizonte, el desarrollo de gemelos digitales de los aeropuertos se plantea como una actividad que podría ayudar mucho a la simulación de operaciones en tierra. Además, en el afán de conseguir una mayor capacidad de control del tránsito aéreo, se están desarrollando nuevos algoritmos y sistemas.
Instrumentos de financiación europeos a proyectos en el ámbito aeronáutico
Las iniciativas de la Comisión Europea en el sector aeronáutico vienen articuladas a través de diversos instrumentos de financiación. Por una parte, nos encontramos con el programa marco Horizon Europe, en cuyo Cluster 5 (Clima, Energía y Movilidad) se encuentran cuatro topics relacionados con la aviación. Por otra parte, podemos encontrar diversos partenariados público-privados (los conocidos como “JUs”), como es el caso de Clean Aviation JU, SESAR 3 JU y Clean Hydrogen JU, destinados a fomentar el desarrollo de tecnologías disruptivas en el ámbito de la aviación, de la navegación aérea y de la producción, almacenamiento y transporte de hidrógeno, respectivamente.
Cabe destacar que el primero de ellos (CAJU) establece tres pilares fundamentales para tal desarrollo: aviones híbridos-eléctricos, aviones propulsados por hidrógeno y aviones ultra-eficientes de corto y medio alcance.
En este partenariado aparece también un segmento que toca áreas transversales pero fundamentales, como lo son los procesos de certificación (en los que la involucración de la European Union Aviation Safety Agency es altamente recomendable) y la búsqueda de sinergias con programas nacionales.
Además, en cuanto al eje temporal se puede discernir entre dos fases: una primera fase que comprende el período 2022-2025 dedicada a la identificación de conceptos disruptivos de alto potencial, y una segunda fase que comprende el período 2026-2031, destinada a madurar, integrar y demostrar las tecnologías identificadas. Este año se ha lanzado la segunda llamada de convocatorias de CAJU, con fecha de cierre el 11 de mayo, en la que se pretende financiar 9 proyectos (de los cuales 8 son acciones de innovación y una es acción de coordinación y apoyo) con un presupuesto total estimado de 137,75 millones millones de euros.
En el caso de SESAR 3 JU (Single European Sky ATM Research 3 JU o Cielo Único Europeo), se establece la prioridad de gestionar la creciente demanda de tráfico aéreo existente. Para ello, se espera la apertura de una convocatoria a mediados de este año.
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