Evaluation of hydrogen cells as an alternative to kerosene in aviation: an approach towards aeronautical energy sustainability
DOI:
https://doi.org/10.18667/cienciaypoderaereo.793Keywords:
Hydrogen, fuel cells, kerosene, aviation, emissions, renewable, air transportAbstract
This study focuses on analyzing in detail the use of hydrogen cells as a possible alternative to kerosene, the fuel traditionally used in aviation, in order to meet the challenges related to energy sustainability in the aeronautical field. The research focuses on assessing both the environmental impact and the long-term viability of adopting hydrogen cells in the aviation industry.
First, the environmental impact of hydrogen cells compared to kerosene is examined. The potential benefits in terms of reducing carbon emissions and air pollutants are analyzed, which could contribute significantly to climate change mitigation and improved air quality in areas near airports and flight routes. These benefits are based on the fact that hydrogen cells produce energy through chemical reactions that generate water vapor.
However, the challenges associated with the production and sustainable supply of hydrogen are also considered. For hydrogen cells to be a viable long-term option in aviation, adequate infrastructure is needed to produce, store and distribute hydrogen sustainably. This involves overcoming obstacles such as the generation of hydrogen from renewable sources, the development of safe and efficient storage technologies, and the implementation of a supply network covering airports and flight routes.
The results obtained in this study provide an informed information on the viability of hydrogen cells and also compare the greenhouse gas emissions associated with the use of hydrogen cells in relation to kerosene. It highlights its potential to address sustainability challenges in the aeronautical sector, which can lead to a significant reduction in carbon emissions and air pollutants. However, it underlines the importance of overcoming the challenges associated with the production and sustainable supply of hydrogen to ensure the long-term viability of this technology in aviation.
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References
Acar, C. & Dincer, I. (2013). Comparative assessment of hydrogen production methods from renewable and nonrenewable sources. Int. J. Hydrogen Energy, 39(1), 1-12.
Acar, C. & Dincer, I. (2015). Review and evaluation of hydrogen production methods for better sustainability. Int. J. Hydrogen Energy, 40(34), 11094-11111.
Aguirre, O. (2013). Celdas de hidrógeno y su potencial de aplicación. Universidad Veracruzana.
Adler, E. J. & Martins, J. R. (2023). Hydrogen-powered aircraft: fundamental concepts, key technologies, and environmental impacts. Progress in Aerospace Sciences.
Alvarado, J. (2013). Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible. Cerámica y Vidrio, 53, 105-117. https://doi.org/10.3989/cyv.142013
Azkarate, I. (2010). Almacenamiento de hidrógeno. Asociación Nacional de Ingenieros de icai.
Beach, P. (2005). Towards a hydrogen economy n.° 5.
Becherif, M., Ramadan, H., Cabaret, K. & Bethoux, O. (2015). Hydrogen Energy Storage: New Techno-Economic Emergence Solution Analysis. Energy Procedia, 74, 371-380.
Centro Tecnológico Agrario y Agroalimentario. (s.f.). Biomasa, biocombustibles y sostenibilidad. http://sostenible. palencia.uva.es/system/files/publicaciones/Biomasa% 2C%20Biocombustibles%20y%20Sostenibilidad.pdf
Concha, A., Andalaft, A. y Farías, Ó. F. (2009). Gasificación de carbón para generación de energía eléctrica: análisis con valoración de opciones Reales. Ingeniare. Revista Chilena de Ingeniería, 17(3). https://doi.org/10.4067/ s0718-33052009000300008
Departamento de Energía de Estados Unidos. (2022). El Departamento de Energía de EE. UU. proyecta un fuerte crecimiento en el sector de la energía eólica. https:// www.energy.gov/articles/el-departamento-de-energiade-eeuu-proyecta-un-fuerte-crecimiento-en-el-sectorde-la#:~:text=La%20edici%C3%B3n%20de%202023%2 0del,2.5%20millones%20de%20hogares%20estado unidenses.
Firestone. (2023). Conoce las celdas de hidrógeno: el combustible del futuro. https://www.firestone.com.mx/tipsfirestone/tecnologia-de-llantas/conoce-las-celdas-dehidrogeno/
Fuentes, P., Samuel, Á. & Arboleda, A. (s.f.). Celdas de hidrógeno: impacto de la implementación de estaciones de combustible de hidrógeno frente a las ventas de estos vehículos. https://repository.cesa.edu.co/bitstream/ handle/10726/3263/ADM_1018496788_2020_2.pdf? sequence=4&isAllowed=y
Fuentes, V. (2022). Rolls-Royce quiere llevar la pila de combustible de hidrógeno a los taxis voladores, y ya ha elegido a una marca para hacerlo. Motor Pasión. https:// www.motorpasion.com/tecnologia/rolls-royce-quierellevar-pila-combustible-hidrogeno-a-taxis-voladoresha-elegido-a-marca-para-hacerlo
González, A. (s.f.). Producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno. Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial.
Llorca, J. (2010). El hidrógeno y nuestro futuro energético (1.ª ed.). Editions upc.
María, F. (2021). El avión de hidrógeno hará viajes sin emisiones de carbono. Ok Diario https://okdiario.com/ciencia/ avion-hidrogeno-hara-viajes-sin-emisiones-carbono8286624
Massaro, M. C., Biga, R., Kolisnichenko, A., Marocco, P., Monteverde, A. H. & Santarelli, M. (2023). Potential and technical challenges of on-board hydrogen storage technologies coupled with fuel cell systems for aircraft electrification. Journal of Power Sources, 555, 232397.
Mayén, R. (2011). Celdas de combustible de óxido sólido. ¿Una de las soluciones al problema energético? Ide@s Concyteg, 6(72), 647-661.
Naciones Unidas. (2022). Las emisiones mundiales de CO2 repuntaron en 2021 hasta su nivel más alto de la historia. https://unfccc.int/es/news/las-emisiones-mundialesde-co2-repuntaron-en-2021-hasta-su-nivel-mas-altode-la-historia
Nuevo, D. (2022). Tipos de celdas de combustible. Es Hidrógeno. https://eshidrogeno.com/celda-combustible/
Pérez, A. (2021). Éxito para ZeroAvia en la primera prueba en tierra de su motor de hidrógeno. Híbridos y Eléctricos. https://www.hibridosyelectricos.com/aviones/ zeroavia-exito-primera-prueba-tierra-nuevo-motorhidrogeno_48128_102.html
Pérez, C. F., Di Caprio, D., Mahé, É., Damien. F. & Lamare, J. (2015). Cyclic voltammetry simulations with cellular automata. Journal of Computational Science, 11, 269-278.
Rincón, E. D., García, J. J. y Bermúdez, J. R. (2020). Estado del arte de las celdas de combustible. Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada (rcta), 1(33), 36-49. https:// ojs.unipamplona.edu.co/ojsviceinves/index.php/rcta/ article/view/8333.
Rozo, Q. S. y Tibaquirá, G. E. (2007). Celdas de combustible tipo membrana de intercambio protónico. Scientia et Technica, vol. xiii(37), 279-283. Universidad Tecnológica de Pereira.
Saavedra, A. U., Figueredo, F. y Cortón, E. (2014). Celdas de combustible biológicas basadas en el metabolismo fotosintético. Química Viva, 3(12), 174-186. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica.
Sastresa, L. y Bribián, I. (2011). Hidrógeno: producción, almacenamiento y usos energéticos.
Shahid, M. (2012). Production and enhancement of hydrogen from water. A Review Systems, 134, 1-4.
Forbes Staff. (2022). Airbus desarrolla un motor de celda de combustible para un avión de hidrógeno. Forbes Chile. https:// forbes.cl/sostenibilidad/2022-12-01/airbus-desarrollaun-motor-de-celda-de-combustible-para-un-avion-dehidrogeno
Tibaquirá, J. y Posner, J. (2009). Diseño y construcción de una celda de combustible tipo membrana de intercambio protónico. Revistas utp, 2(42). https://doi.org/10.22517/ 23447214.2569
Turner, J. A. (2004). Sustainable hydrogen production. Science, 305(5686), 972-974. https://doi.org/10.1126/science. 1103197
Turner, G., Severdrup, M. K., Mann, P., Maness, B., Kroposki, M., Ghirardi, R. J. & Blake, D. (2008). Renewable hydrogen production.
Urrea. D. I. (2023). Vuela el primer avión con combustible de hidrógeno ¿Comienzo de la descarbonización? Enter.co https://www.enter.co/cultura-digital/ciencia/vuela-elprimer-avion-con-combustible-de-hidrogeno-comienzode-la-descarbonizacion/
Venegas, D., Meléndrez, M., Celi, S. y Ayabaca, C. (2016). Métodos amigables de producción de hidrógeno como fuente de energía limpia. ii Jornadas Iberoamericanas de Motores Térmicos y Lubricación. Universidad Nacional de La Plata.
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