La UPC y Vueling ponen en marcha un banco de pruebas para ensayar combustibles sostenibles para la aviación

A primeros del mes de mayo las instalaciones de la Escuela Superior de Ingenierías Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT) de la UPC acogieron la presentación formal del banco de ensayo puesto en marcha conjuntamente con Vueling para investigar en los diferentes tipos de combustibles sostenibles existentes y sus posibilidades de uso de cara a un futuro, tal como lo expusieron Jordi Voltas, director del ESEIAAT; Franc Sanmartí, director de Sostebilidad de Vueling; Joan Salvador, concejal del Ayuntamiento de Terrassa —localidad donde se ubica la Escueta Superior— y Manel Soria, investigador del grupo TUAREG de la UPC.

Franc Sanmartí, director de Sostenibilidad de Vueling; Jordi Voltas, director de la ESEIAAT, Joan Salvador, concejal del Ayuntamiento de Terrassa, y Manel Soria, investigador del grupo TUAREG de la UPC, en la presentación del proyecto.

El Sustainable Aviation Fuel (SAF), un combustible más sostenible que el fuel tradicional, tiene la capacidad de reducir en más de un 80% las emisiones de CO₂ a lo largo de su ciclo de vida, consolidándose como una herramienta esencial para la transición hacia la descarbonización del sector de la aviación. Su gran ventaja es que ya se puede utilizar en los aviones actuales sin necesidad de ninguna modificación.

La producción de SAF

El combustible sostenible de aviación se presenta como una alternativa a los combustibles fósiles y elemento clave en la descarbonización del sector. Su producción puede ser bien a partir de residuos orgánicos o a partir de aire e hidrógeno verde.

En el primer caso, se trata de aprovechar los residuos agrícolas o forestales, aceites usados o grasas animales que permitirían reducir en un 80% las emisiones de CO₂ comparado con el queroseno convencional en su ciclo de vida y promueve la economía cirgular. En el segundo caso, conocido como SAF sintético, está creado a partir de CO₂ capturado del aire e hidrogeno verde, recursos inagotables y que supondrían una reducción del 100% de dichas emisiones.

Ambos procesos se alimentan de energía renovable de modo que el SAF obtenido es neutro en carbono.

Con este proyecto, Vueling y la ESEIAAT investigarán el desarrollo de diferentes tipos de combustibles sostenibles y estudiarán nuevas formas de producción.

Las primeras pruebas se han realizado con combustible JET A-1 (el más utilizado actualmente en la aviación comercial, obtenido del petróleo y que presenta una estabilidad y resistencia a temperaturas muy bajas que lo hacen ideal para la aviación), SAF sintético (producido a partir de CO₂ capturado del aire e hidrógeno verde), cedido por Repsol, y SAF orgánico (producido a partir de residuos orgánicos como los purines ganaderos y el guaiule, una planta que crece en zonas desérticas).

El trabajo científico de la ESEIAAT de la UPC ayudará a obtener los mejores tipos de combustible sostenible y, por lo tanto, ayudará a identificar las diferentes tecnologías de producción con el fin de conseguir aquellas que aporten más eficiencia teniendo en cuenta la disponibilidad de las diferentes materias primas en el territorio.

Franc Sanmartí, director de sostenibilidad de Vueling, explicaban durante la presentación que “el combustible de aviación sostenible es fundamental para avanzar en la descarbonización del transporte aéreo y ya se está suministrando a la aviación comercial actualmente. Sin embargo, es necesario incrementar su producción e investigación para satisfacer la demanda de la industria actual. Acuerdos como este son clave para acelerar el desarrollo de diferentes tipologías de SAF”. Sanmartí expuso los tres ejes en los que trabaja la compañía en pos de la descarbonización: la implementación de combustible SAF, mejorar la eficiencia de las propias aeronaves y mejorar también las operaciones y rutas de vuelo. En este sentido, expuso que Vueling está trabajando con Enaire para “buscar rutas de vuelo óptimas y más modernas que suplan a las trazadas hace décadas”. Asimismo, recordó que hoy ya es posible “usar SAF en los aviones sin necesidad de ninguna modificación” y comentó también que la normativa europea obliga al uso de un 2% de SAF en todas las operaciones, “algo que Vueling ya venía haciendo motu propio” aunque sí reclamó más “colaboración pública dado que actualmente la producción de SAF es costosa pero una oportunidad de negocio”: según un estudio elaborado por PwC para Vueling, el desarrollo de la industria del SAF en Catalunya generaría 10.640 millones de euros al PIB y se traducirían en la creación de 41.619 nuevos puestos de trabajo.

Sanmartí expuso también el acuerdo que la compañía tiene con Repsol para el suministro de SAF certificado, pero también recordó que “existen otras empresas productora de SAF, aún sin certificar, para lo que el banco de pruebas será un primer paso importante a fin de validar si cumplen con los requisitos técnicos y normativos”.

Manel Soria, investigador del grupo TUAREG (izq.), y Santi Vilarroya, de Vueling y 'alumni' de la UPC, haciendo ensayos en el laboratorio de la ESEIAAT.

Por su parte, Manel Soria, investigador del grupo TUAREG y responsable del proyecto, explicaba: “estamos trabajando para medir las diferencias en el funcionamiento del motor cuando se utiliza combustible convencional en comparación con los combustibles SAF. También analizamos el empuje, los caudales de aire y combustible y las temperaturas de trabajo. Finalmente, estudiamos los efectos del combustible SAF en el motor de los aviones”.

Soria comenzó su intervención con una clara advertencia al cambio climático y la urgencia de abordar la problemática que supone el incremento de las emisiones de CO₂ en la industria en general, y la aeronáutica en particular, “aunque no es el único responsable ni mucho menos, el transporte, la industria, la construcción o la deforestación contribuyen en gran medida también”. Por ello, apuntaba que la apuesta por el SAF es “un paso más en esta lucha que debe ser global”. Soria explicó que en la UPC hace ya unos 10 años que investigan en energías renovables aplicadas a la aviación, a sabiendas que “la aviación ideal sería la eléctrica, algo que hoy no es viable en los vuelos comerciales”.

El investigador del grupo TUAREG expuso en qué consiste el proyecto con Vueling, basado en un turboreactor de pequeñas dimensiones, modificado para el caso. Para atender la petición de Vueling para el banco de pruebas, el equipo tuvo claro desde un inicio que debía adquirir un motor nuevo para comenzar las pruebas de cero con los diferentes combustibles proporcionados y explica: “aunque acabamos de empezar, pero las sensaciones son muy buenas, estamos convencidos que será un banco de pruebas muy muy últil para el sector”.

Manel Soria apunta que este proyecto es un paso importante en la innovación hacia una aviación de futuro sostenible que permita reducir las emisiones de CO₂.

Una oportunidad para el sector y el Planeta

Manel Soria, Ingeniero Industrial y profesor en la Facultad de Ingeniería Aeronáutica de la UPC además de investigador principal en diversos proyectos financiados por la UE y el gobierno Español, actualmente responsable del grupo TUAREG, nos explica un poco más el origen de este proyecto y su motivación a la hora de liderar esta investigación.

• ¿Cómo se inicia su participación en el proyecto?

Creo que la preocupación por el cambio climático es esencial en todos los sectores, y la aviación no puede ser una excepción. Por eso al ponerse en marcha el Master Universitario en Ingería Aeronáutica, aposté por una asignatura dedicada a la aviación con energía renovable o la propulsión energética renovable, que se llama Propulsión Avanzada con Energía Renovable. Siempre con el convencimiento de que debemos innovar hacia una aviación de futuro sostenible, más allá del trabajo en la reducción de pesos, mejoras aerodinámicas o nuevos materiales.

• Y aquí es donde entra el banco de ensayos de SAF y este equipo

Exacto. Hay más campos de investigación… por ejemplo mejoras en la máquina, en la eficiencia del motor… pero mi interés se centra en las emisiones de CO₂. Porque es una evidencia que el CO₂ está aumentando, a pesar del negacionismo que últimamente parece ganar adeptos. Lo sabemos desde hace años y se conoce el mecanismo de causa-efecto. Así que debemos afrontarlo cuanto antes porque los efectos no serán solo en el nivel del mar sino también en fenómenos atmosféricos sin precedentes. Y el transporte aéreo, sin ser el principal responsable, sí puede ayudar a la reducción de las emisiones de CO₂. Porque está aumentando y lo seguirá haciendo si no se toman las medidas oportunas. En todos los gráficos analizados podemos ver cómo las emisiones de CO₂ derivadas de la aviación están incrementando… solo dejó de hacerlo durante la pandemia, algo que nos debería hacer dar una pista… Aunque en aviación, el problema no es solo el CO₂.

• ¿...?

Por ejemplo, las partículas de hollín, núcleos de condensación donde acaba condensándose el vapor de agua y crean esas estelas que se ven, que tienen varios efectos. Por un lado, reflejan la luz solar, pero por otro, absorben radiación térmica.

Y en conjunto tienen un efecto negativo.

• ¿El uso de SAF evita este hollín?

No, o no del todo. Con el SAF reduces o incluso puede eliminar la emisión de CO₂, pero eso no afecta a la creación de hollín. Puede ser menos, o no, es algo que también deberemos investigar. Ya entiendo que la gente quiere respuestas simples, pero es que la realidad es complicada y hay que explicarlo.

El uso del SAF sí permitirá, sin embargo, reducir las emisiones de CO₂ por pasajero y kilómetro recorrido.

• ¿Habría otras opciones más efectivas aún?

Bueno, el hidrógeno, por ejemplo, no genera hollín, solo vapor de agua y es una tecnología mucho mejor. El problema que tiene es que el hidrógeno es que tiene una densidad muy, muy baja y llevar hidrógeno en un avión, no solo por un tema de seguridad sino por un tema de espacio, supone un problema. Los tanques de combustible deberían ser muy grandes…lo que incrementaría mucho el peso de la aeronave… o bien deberían perder autonomía de vuelo.

La mejor solución, el avión eléctrico. El más eficiente. Están en fase de desarrollo y hablamos solo de aeronaves pequeñas, de momento.

• ¿Son factibles en aviación comercial?

Con la tecnología de hoy en día, no. Si hablamos de un avión eléctrico grande, un avión convencional en el que los pasajeros suben con maletas, con el piloto y los asistentes de vuelo… No. Hoy todavía no. Nos falta un orden de magnitud en la cantidad de energía que debería tener la batería… que necesitaría un nivel de energía específica, es decir, la energía por unidad de masa, que no pueden alcanzar aún las baterías de litio. Esto, en un vehículo terrestre no es tan problemático… pero en una aeronave, levantar el peso para el vuelo demanda una cantidad de energía que hoy por hoy no puede alcanzarse en un avión comercial convencional.

• Así que, de momento, el SAF es la mejor alternativa…

Sí. Por eso las compañías, sea Vueling o cualquier otra, están apostando por el SAF como la alternativa sostenible más fácil de implementar. Por ejemplo, la principal ventaja es que tienen que hacer cambios estructurales, digamos, ni en sus aviones, ni en su sistema de alimentación. Y aunque puede parecer que lo hacen obligados por la normativa, sí supone un cambio de mentalidad importante.

• ¿Y el origen del SAF puede afectar también a la potencia?

Es lo que estudiaremos. Ahora hemos comenzado con el llamado F1, sintético. El origen es agua y aire para obtener este combustible. Aunque pueda parecer un poco extraño, el proceso es cuasi natural: del agua obtenemos el hidrógeno y del aire, el CO₂, del cual separamos el O₂ para unirlo en cadenas de carbono y añadir las moléculas de hidrógeno procedentes del vapor de agua.

Con las pruebas deberemos determinar si los resultados son diferentes entre usar este SAF sintético o usando el de origen orgánico. De momento solo tenemos unos primeros resultados al respecto del sintético, aunque los cálculos parecen apuntar a que no habrá grandes diferencias con el SAF procedente de residuos orgánicos.

• Y coexistirán SAF de diferente composición…

Sí, habrá diferentes composiciones, pero lo mismo ocurre con el combustible para automoción. Adquirimos unas propiedades, pero no analizamos la composición química real. Y lo mismo con el SAF, la compañía compra unas propiedades como combustible pero no deben tener ninguna diferencia en cuanto a resultados. Solo debe cumplir una determinada viscosidad, un determinado punto de congelación, un determinado porcentaje de orgánicos, una cantidad de azufre menor que tanto… todo aquello que es compatible con la aviación. Y con unos márgenes de seguridad siempre exquisitas, ¿eh? Exquisitas. Con unos procesos de certificación enormemente complicados.

Lo interesante de este proyecto es que podremos probar combustibles que no cumplan… y ver qué ocurre. Esto es ciencia.

• ¿Quién elige los SAF a analizar?

Los han sugerido desde Vueling. Pero cuando terminemos el proyecto comprometido con ellos no descartamos seguir trabajando en esta línea. Como Universidad también nos interesa y la actitud será, al margen de lo pactado, hacer más pruebas y también para los estudiantes. La intención es que el próximo curso vengan y puedan hacer estas pruebas como parte de la formación.

Además, el sector necesita certificar SAF de diferentes procedencias. Ahora mismo la producción es costosa y encontrar materia prima orgánica que pueda derivar en combustible, por ejemplo, a partir residuos de ganadería, podría ser una alternativa que ayudara a reducir los costes de producción. Y no deja de ser una oportunidad para la economía circular. Hoy un 2% del combustible es SAF pero la idea es que en el futuro lo sea el máximo porcentaje posible, así que la investigación en este sentido es crucial. Tanto para certificar posibles alternativas como para analizar la cantidad de hollín que se emita según la procedencia del combustible.

Por eso también estamos en contacto con el Centro de Supercomputación de Barcelona, que cuentan con modelos muy interesantes de formación de hollín, para analizar su comportamiento. Porque debemos tener claro que, aunque el SAF ayude a reducir o eliminar las emisiones de CO₂, seguirá contaminando. Podemos considerar que es una contribución neta en cuanto a CO₂, porque devuelves a la atmosfera material usado para producir el SAF, pero el objetivo debería ser la no emisión de partículas.

• Además del banco de pruebas para SAF, ¿qué otras investigaciones llevan a cabo en este equipo?

La actividad de investigación que hacemos es más bien computacional, trabajamos con modelos matemáticos de estructuras, de sistemas de propulsión, aerodinámica y tenemos un grupo que trabaja en el área de navegación por satélite, GNSS. También estudiamos metamateriales, hemos hecho trabajos de aeroacústica, para recudir el ruido por ejemplo para la industria del automóvil, también planificación de misiones espaciales.