¿Un futuro de los jetsons? Evaluar el papel de los coches voladores en la movilidad sostenible.

Un nuevo estudio de los impactos en la sostenibilidad ambiental de los autos voladores, formalmente conocidos como aviones de despegue y aterrizaje verticales eléctricos, o VTOL, encuentra que no serían adecuados para un viaje corto al estilo de los Jetsons.

Sin embargo, los VTOL, que combinan la conveniencia de despegue y aterrizaje vertical como un helicóptero con el eficiente vuelo aerodinámico de un avión, podrían desempeñar un papel de nicho en la movilidad sostenible para viajes más largos, según el estudio, que se publicará el 9 de abril en Comunicaciones de la naturaleza. Varias empresas de todo el mundo están desarrollando prototipos VTOL.

Los automóviles voladores serían especialmente valiosos en ciudades congestionadas, o en lugares donde existen limitaciones geográficas, como parte de un servicio de taxi compartido, según los autores del estudio del Centro de Sistemas Sostenibles de la Universidad de Michigan y de Ford Motor Co.

"Para mí, fue muy sorprendente ver que los VTOL eran competitivos con respecto al uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero en ciertos escenarios", dijo Gregory Keoleian, autor principal del estudio y director del Centro de Sistemas Sostenibles de la Escuela de la UM. Para el medio ambiente y la sostenibilidad.

"Los VTOL con ocupación completa podrían superar a los vehículos con base en tierra para los viajes de San Francisco a San José o de Detroit a Cleveland, por ejemplo", dijo.

El estudio U-M-Ford, la primera evaluación integral de sostenibilidad de los VTOL, analizó el uso de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y el ahorro de tiempo de los VTOL en comparación con los automóviles de pasajeros con base en tierra. Aunque los VTOL producen cero emisiones durante el vuelo, sus baterías requieren electricidad generada en las centrales eléctricas.

Los investigadores descubrieron que para viajes de 100 kilómetros (62 millas), un VTOL completamente cargado que llevaba un piloto y tres pasajeros tenía menos emisiones de gases de efecto invernadero que los automóviles con base en tierra con una ocupación promedio de vehículos de 1.54. Las emisiones ligadas al VTOL fueron 52 por ciento más bajas que los vehículos de gasolina y 6 por ciento más bajas que los vehículos con batería eléctrica.

Akshat Kasliwal, primer autor del estudio y estudiante de posgrado en la Escuela de Medio Ambiente y Sustentabilidad de la U-M, dijo que los hallazgos pueden ayudar a guiar el despliegue sostenible de un sistema de movilidad emergente antes de su comercialización.

"Con estos VTOLs, existe la oportunidad de alinear mutuamente los casos de sostenibilidad y negocios", dijo Kasliwal. "No solo la alta ocupación de pasajeros es mejor para las emisiones, sino que también favorece la economía de los autos voladores. Además, se podría incentivar a los consumidores para que compartan viajes, dado el importante ahorro de tiempo de vuelo en lugar de conducir".

En las próximas décadas, el sector del transporte global enfrenta el desafío de satisfacer la creciente demanda de movilidad conveniente de pasajeros mientras reduce la congestión, mejora la seguridad y mitiga el cambio climático.

Los vehículos eléctricos y la conducción automatizada pueden contribuir a algunos de esos objetivos, pero están limitados por la congestión en las carreteras existentes. Los VTOL podrían potencialmente superar algunas de esas limitaciones al habilitar los servicios de taxi pilotado u otros servicios de transporte aéreo urbano y regional.

Varias corporaciones aeroespaciales y nuevas empresas, como Airbus, Boeing, Joby Aviation y Lilium, por ejemplo, y agencias como la NASA han desarrollado prototipos VTOL. Un habilitador de eficiencia crítica para estas aeronaves es la propulsión eléctrica distribuida, o DEP, que implica el uso de varios propulsores pequeños impulsados ​​eléctricamente.

Los investigadores de U-M y Ford utilizaron la información disponible públicamente de estas fuentes y otras para crear un modelo basado en la física que calcula el uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero para los VTOL eléctricos.

"Nuestro modelo representa las tendencias generales en el espacio VTOL y utiliza parámetros de múltiples estudios y diseños de aeronaves para especificar el peso, la relación de elevación a resistencia y la energía específica de la batería", dijo Noah Furbush, coautor del estudio y estudiante de maestría en el Facultad de Ingeniería de la UM.

"Además, realizamos análisis de sensibilidad para explorar los límites de estos parámetros, junto con otros factores como la intensidad de carbono de la red y la velocidad del viento", dijo Furbush, quien también es miembro del equipo de fútbol americano U-M.

El estudio comenzó mientras Kasliwal y Furbush eran pasantes de verano en Ford. El trabajo continuó cuando los estudiantes regresaron a Ann Arbor, con la ayuda de una beca de la Alianza Ford-Universidad de Michigan.

Los investigadores analizaron el uso de energía primaria y las emisiones de gases de efecto invernadero durante las cinco fases del vuelo VTOL: despegue, ascenso, crucero, descenso y aterrizaje. Estas aeronaves utilizan mucha energía durante el despegue y el ascenso, pero son relativamente eficientes durante la fase de crucero y viajan a 150 mph. Como resultado, los VTOL son más eficientes energéticamente en viajes largos, cuando la fase de crucero domina el total de millas de vuelo.

Pero para viajes más cortos, cualquier cosa menos de 35 kilómetros (22 millas), los vehículos con motor de combustión interna de un solo ocupante consumieron menos energía y produjeron menos emisiones de gases de efecto invernadero que los VTOL de un solo ocupante. Esa es una consideración importante porque el promedio de viaje en vehículo en tierra es de solo 17 kilómetros (11 millas).

"Como resultado, los viajes en los que los VTOL son más sostenibles que los automóviles de gasolina solo representan una pequeña fracción del total de millas de vehículos anuales que se viajan en el suelo", dijo el coautor del estudio Jim Gawron, un estudiante graduado de la UM School for Environment y Sostenibilidad y la Escuela de Negocios Ross. "En consecuencia, los VTOL serán limitados en su contribución y papel en un sistema de movilidad sostenible".

No es sorprendente que el VTOL completara el viaje de 100 km mucho más rápido que los vehículos terrestres. Una trayectoria de vuelo VTOL punto a punto, junto con velocidades más altas, resultó en un ahorro de tiempo de aproximadamente el 80 por ciento en relación con los vehículos terrestres.

"La electrificación de las aeronaves, en general, se espera que cambie fundamentalmente la industria aeroespacial en un futuro cercano", dijo Furbush.

Los autores del estudio señalan que se deben abordar muchas otras preguntas para evaluar la viabilidad de los VTOL, incluidos el costo, el ruido y la aceptación por parte de la sociedad y el consumidor.