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Sistema de Hidrógeno Escalable Permite Vuelos sin Emisiones
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La movilidad es una parte crucial de nuestra vida cotidiana, y la aviación es un componente clave de esta capacidad de viajar de un lugar a otro a gran velocidad.
Al permitir que personas y mercancías recorran millas en pocas horas, la industria de la aviación conecta a la gente como ningún otro modo de transporte puede. Esto la convierte en un contribuyente significativo a la economía global, representando el 3,5 % del producto interno bruto (PIB) mundial.
La industria también respalda un total de 86,5 millones de empleos a nivel mundial, con un tamaño de mercado estimado de la industria aérea global que supera los 760 mil millones de dólares.
Cabe destacar que se proyecta que las aerolíneas de todo el mundo hayan transportado aproximadamente 9,5 mil millones de pasajeros en 2024, lo que representa un aumento del 104 % respecto a los niveles de 2019 y un crecimiento del 9 % respecto a 2023, según ACI World. Se espera que este crecimiento se acelere aún más, con el tráfico de pasajeros global proyectado a alcanzar los 19,5 mil millones para 2042.
La industria de la aviación está claramente en expansión, y su futuro es realmente prometedor. Dicho esto, también está contribuyendo de manera considerable a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
Aunque la aviación representa una proporción relativamente pequeña de las emisiones globales, con un 2,5 %, creció más rápido que el ferrocarril, la carretera o el transporte marítimo entre 2000 y 2019. Este aumento de la demanda de viajes internacionales después de la pandemia de Covid‑19 llevó en realidad a que las emisiones de la aviación alcanzaran casi 950 Mt de CO₂.
No solo las emisiones de la aviación están creciendo a un ritmo rápido, sino que también es uno de los sectores más difíciles de descarbonizar, lo que representa un desafío ambiental crítico.
Como resultado, el enfoque actual de la industria está en descarbonizar sus operaciones y alcanzar el objetivo de Net Zero, lo que implica reducir las emisiones de CO₂ a un nivel que la naturaleza pueda absorber para 2050.
Desbloqueando el Prometedor Potencial del Hidrógeno para la Aviación sin Emisiones
Con la aviación contribuyendo con una parte notable del dióxido de carbono y las emisiones de estelas a nivel global, se vuelve extremadamente importante desarrollar soluciones avanzadas y completas para cumplir los objetivos climáticos de la industria.
Una solución prometedora es el hidrógeno, el elemento químico más ligero y abundante del universo, que constituye alrededor del 75 % de toda la materia ordinaria.
Este elemento químico se ha convertido en una herramienta popular y valiosa para la descarbonización gracias a su combustión limpia. Es un combustible de combustión limpia, ya que solo produce vapor de agua como subproducto al quemarse.
Además, la densidad de energía gravimétrica, o la energía disponible por unidad de masa de una sustancia, del hidrógeno es aproximadamente 2,8 veces mayor que la del combustible de aviación convencional, el queroseno. El hidrógeno posee la mayor densidad de energía gravimétrica de todas las sustancias conocidas, es decir, ~120 kJ/g. En contraste, el combustible de aviación a base de queroseno tiene una densidad de energía de 43 MJ/kg.
Sin embargo, el hidrógeno tiene una baja densidad en condiciones ambientales, es decir, 0,08 kg/m³. Esto presenta importantes desafíos de almacenamiento, especialmente para vuelos de larga distancia.
Una alternativa práctica a esto es almacenar el gas incoloro, inodoro e insípido en forma líquida a 20 K. Esta forma aumenta la densidad del hidrógeno a 휌퐿퐻2 = 70,8 kg/m³, lo que se ha convertido en una solución para aplicaciones aeronáuticas.
Las empresas también han explorado varios aspectos de la integración del hidrógeno líquido (LH2) en aviones, incluyendo la gestión térmica, los mecanismos de control de presión, las estrategias de aislamiento y el diseño de tanques criogénicos.
Sin embargo, aún se explora poco un sistema holístico que integre el almacenamiento de LH2, la gestión térmica y el control de transferencia en una forma escalable al diseño de aviones.
Así, un equipo de investigadores del Colegio de Ingeniería FAMU-FSU, que es una universidad conjunta de ingeniería de la Florida A&M University y la Florida State University, ha diseñado un sistema de almacenamiento y suministro de hidrógeno líquido que puede ayudar a la industria de la aviación a alcanzar su objetivo de cero emisiones.
Con el apoyo de la NASA, el estudio describió un sistema integrado y escalable que aborda múltiples desafíos de ingeniería al permitir el uso del hidrógeno como combustible limpio. También se utiliza como medio de enfriamiento incorporado para los sistemas de energía críticos a bordo de aviones eléctricos.
El equipo demostró que el hidrógeno líquido puede almacenarse de manera eficiente, transferirse de forma segura y usarse para enfriar los sistemas críticos a bordo, al tiempo que satisface las demandas de energía del avión durante las fases de despegue, crucero y aterrizaje.
Nuestro objetivo era crear un único sistema que manejara múltiples tareas críticas: almacenamiento de combustible, enfriamiento y control de suministro. Este diseño sienta las bases para sistemas de aviación de hidrógeno del mundo real.
Aeronave Híbrido‑Eléctrica de Hidrógeno: Solución de Propulsión Escalable
Publicado en Applied Energy, el estudio aborda la tarea de reducir las emisiones de carbono y estelas de la industria de la aviación, que son contribuyentes clave al cambio climático, proponiendo un diseño innovador para un sistema de almacenamiento de hidrógeno líquido, gestión térmica y control de su transferencia, personalizado para la Aviación Integrada de Cero Emisiones (IZEA).
El IZEA es una colaboración academia‑industria destinada a lograr cero emisiones de gases de efecto invernadero de la aviación comercial. Los socios industriales incluyen Raytheon Technologies, Boeing y Advanced Magnet Laboratories.
En particular, esta colaboración examina la producción de energía híbrida mediante una combinación de pilas de combustible y generadores turboeléctricos, utilizando hidrógeno con oxígeno concentrado o aire ambiente.
El objetivo del IZEA es determinar cómo usar el hidrógeno líquido como combustible, así como aumentar la eficiencia y la potencia sin incrementar el peso.
Seleccionaron al Colegio de Ingeniería FAMU-FSU para ayudar a desarrollar el sistema de aviación sostenible a finales de 2022, como parte de un proyecto de cinco años y 10 millones de dólares.
Para cumplir con la agenda nacional de sistemas energéticos y propulsión de aviones comerciales para reducir las emisiones nocivas de la industria de la aviación, el equipo FAMU-FSU trabajará con investigadores de la University of Kentucky, la University at Buffalo, Georgia Tech y socios industriales, como se anunció en el IZEA hace dos años y medio.
Ahora, la colaboración ha abordado la falta de un sistema holístico construyendo un sistema de propulsión basado en hidrógeno, escalable y completo, para futuros aviones.
El proyecto comienza con vuelos regionales de corta distancia para evaluar la viabilidad a corto plazo de la aviación impulsada por hidrógeno líquido. El enfoque aquí está en una aeronave prototipo con configuración de cuerpo de ala integrada, que puede transportar 100 pasajeros.
La aeronave híbrido‑eléctrica obtiene energía tanto de pilas de combustible de hidrógeno como de generadores eléctricos superconductores de alta temperatura (HTS), que son impulsados por turbinas de combustión alimentadas con hidrógeno.
Las pilas de combustible ofrecen una solución para evitar emisiones de NOx y estelas, por lo que organizaciones como Airbus y CHEETA también están investigando aviones impulsados por pilas de combustible. Sin embargo, el problema con los actuales conjuntos de pilas de combustible es que son extremadamente voluminosos, lo que dificulta alimentar a una gran aeronave durante sus distintas fases, particularmente durante el despegue. Como solución a este problema, el equipo introdujo la fuente de energía dual.
Las pilas de combustible se utilizan durante condiciones de baja carga, como rodaje y crucero, con una potencia máxima de aproximadamente 6,8 MW. Mientras tanto, los generadores superconductores impulsados por turbinas de hidrógeno suministran la energía adicional (9,4 MW) necesaria durante el despegue. Esta combinación eleva la potencia total a un pico de 16,2 MW y mejora la resiliencia al proporcionar redundancia de energía.
Para abordar el desafío de la densidad, ya que el hidrógeno es menos denso y ocupa mucho espacio a menos que se almacene a -253 °C como un líquido súper frío, los investigadores diseñaron tanques criogénicos y sus subsistemas asociados utilizando un nuevo índice gravimétrico.
El índice es la proporción de la masa del combustible respecto al sistema completo de combustible, pero el índice del equipo incluye la masa del combustible de hidrógeno, la estructura del tanque, los intercambiadores de calor, el aislamiento, los fluidos de trabajo y los dispositivos circulatorios.
Para encontrar la configuración que brinda la máxima masa de combustible relativa a la masa total del sistema, los investigadores continuaron ajustando parámetros clave como la presión de ventilación y las dimensiones del intercambiador de calor hasta hallar la óptima.
El diseño ideal alcanzó un índice gravimétrico de 0,62. Esto significa que el 62 % del peso total del sistema es combustible de hidrógeno utilizable, lo que representa una mejora significativa respecto a los diseños convencionales.
Para la gestión térmica, la otra función clave del sistema, los investigadores no instalaron un sistema de enfriamiento separado, sino que canalizaron el hidrógeno extremadamente frío a través de intercambiadores de calor. Estos intercambiadores, dispuestos en una secuencia escalonada, eliminan el calor desperdiciado de componentes como cables, motores, generadores superconductores y electrónica de potencia. La absorción de este calor aumenta gradualmente la temperatura del hidrógeno.
Optimización del Suministro de Hidrógeno y la Gestión Térmica en Vuelo
En lo que respecta a la entrega de hidrógeno líquido a lo largo de la aeronave, presenta sus propios desafíos. Por ejemplo, las bombas no solo añaden peso extra, sino también complejidad al sistema y pueden generar calor no deseado bajo condiciones criogénicas.
Para superar estos desafíos, el equipo desarrolló un sistema sin bombas que utiliza la presión del tanque para controlar el flujo del combustible de hidrógeno.
La presión se incrementa inyectando gas de hidrógeno desde un cilindro de alta presión regular y se reduce ventilando vapor de hidrógeno. Para el ajuste en tiempo real de la presión, un bucle de retroalimentación conecta los sensores de presión con las demandas de energía de la aeronave, lo que garantiza una tasa precisa de flujo de hidrógeno en todas las fases del vuelo.
El sistema, según las simulaciones, es capaz de entregar hidrógeno a tasas de hasta 0,25 kilogramos por segundo. Esta tasa de suministro es suficiente para cubrir la demanda eléctrica de 16,2 megavatios durante el despegue o en caso de una emergencia, cuando la aeronave debe volver a intentar el aterrizaje.
Con los intercambiadores de calor organizados en orden secuencial, a medida que el hidrógeno se desplaza por el sistema, el gas primero enfría componentes que operan a temperaturas criogénicas, como cables y generadores HTS. Luego, absorbe calor de componentes de mayor temperatura, como motores y electrónica de potencia. Finalmente, antes de que el hidrógeno llegue a las pilas de combustible, se precalienta para coincidir con las condiciones óptimas de entrada de la pila de combustible.
Es esta integración térmica escalonada la que permite que el hidrógeno líquido se use tanto como combustible como refrigerante, maximizando la eficiencia del sistema mientras se minimiza la complejidad del hardware.
“Anteriormente, la gente no estaba segura de cómo mover eficazmente el hidrógeno líquido en una aeronave y si también se podía usar para enfriar el componente del sistema de energía. No solo demostramos que es factible, sino que también evidenciamos que era necesario realizar una optimización a nivel de sistema para este tipo de diseño.”
– Guo
El enfoque de este estudio estuvo en la optimización del diseño y la simulación del sistema. En el siguiente paso, los investigadores realizarán una validación experimental. Para ello, el equipo construirá un sistema prototipo y luego realizará pruebas en el Center for Advanced Power Systems de la FSU.
En su trabajo futuro, los investigadores también se centrarán en el diseño de los intercambiadores de calor, presentes en cada bucle de circulación, y que transfieren calor de los componentes al fluido de trabajo. El estudio actual carece de especificaciones detalladas sobre el material, tamaño y propiedades térmicas de estos componentes.
Las estrategias innovadoras de gestión térmica también serán el foco para enfriar los conjuntos de pilas de combustible y abordar la generación significativa de calor durante la operación. Estos avances, según el estudio, son cruciales para refinar la arquitectura general de gestión térmica y garantizar la implementación práctica de tecnologías de aviación sin emisiones.
Invertir en Tecnologías de Aviación Impulsadas por Hidrógeno
En lo que respecta a invertir en el sector de la aviación, RTX ofrece una oportunidad de alto potencial. La compañía aeroespacial y de defensa más grande del mundo es un socio clave de la industria en la colaboración IZEA. También cuenta con amplios programas de I+D dirigidos a tecnologías de aviación sostenible, incluidos sistemas de pilas de combustible y de hidrógeno.
RTX Corp. (RTX )
RTX opera a través de tres segmentos principales:
- Collins Aerospace ofrece productos aeroespaciales y de defensa tecnológicamente avanzados a aerolíneas comerciales, fabricantes de aviones civiles y militares, y operaciones espaciales.
- El segmento Pratt & Whitney suministra motores de avión a clientes militares, generales y comerciales.
- Raytheon desarrolla misiles, armas inteligentes y capacidades avanzadas de defensa aérea y antimisiles.
A través de las divisiones Collins Aerospace y Pratt & Whitney, RTX está activamente involucrada en el desarrollo y prueba de aviones impulsados por hidrógeno y tecnologías relacionadas.
Esto incluye el programa HySIITE, que trabaja para permitir que la industria de la aviación use hidrógeno a gran escala. Patrocinado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía del DOE, el proyecto está optimizado para hidrógeno líquido y se completó en diciembre de 2024. Las pruebas del equipo HySIITE mostraron una reducción del 99,3 % en NOx en comparación con un motor GTF y hasta un 35 % de mejora en la eficiencia energética.
Mientras tanto, sus otros dos proyectos continúan para impulsar el futuro del hidrógeno en la aviación. El Estudio de Motor Avanzado de Hidrógeno (HyADES), respaldado por la iniciativa conjunta industria‑gobierno de Canadá, INSAT, está trabajando en avanzar el uso del hidrógeno para aviones turbohélice. Por su parte, COCOLIH2T cuenta con el apoyo del Joint Undertaking de Hidrógeno Limpio de la UE y está desarrollando una forma de almacenar combustible.
En cuanto al desempeño del mercado de Raytheon, sus acciones han estado en alza. Las acciones de la compañía, con una capitalización de mercado de 183,64 mil millones de dólares al momento de escribir, se cotizan por encima de 137,50 $, un nuevo máximo histórico (ATH) y representan ganancias del 18,7 % en lo que va del año (YTD).
RTX Gráfico de precios
Ha habido un crecimiento constante de las acciones de RTX durante las últimas tres décadas. Las acciones también han subido aproximadamente un 21 % desde los mínimos de abril. Con eso, su EPS (TTM) es 3,41 y el P/E (TTM) es 40,31. Raytheon también ofrece un atractivo rendimiento de dividendos del 1,98 %.
En cuanto a las finanzas de la compañía, informó un sólido desempeño en el primer trimestre de 2025 con ventas que aumentaron un 5 % respecto al año anterior, alcanzando los 20,3 mil millones de dólares y un EPS ajustado de 1,47 $. El flujo de caja operativo de Raytheon durante este período fue de 1,3 mil millones de dólares, y el flujo de caja libre fue de 0,8 mil millones de dólares, mientras que la cartera de pedidos es de 217 mil millones de dólares, incluyendo 92 mil millones en defensa y 125 mil millones en comercial.
“Comenzamos 2025 con fuerza. El entorno actual es claramente muy dinámico, pero nuestra empresa está bien posicionada para rendir operativamente y nuestros equipos siguen enfocados en cumplir con nuestros compromisos y entregar nuestra robusta cartera de pedidos.”
– RTX President and CEO Chris Calio
Para todo 2025, la compañía proyecta ventas ajustadas entre 83 y 84 mil millones de dólares, un EPS ajustado entre 6,00 $ y 6,15 $, y un flujo de caja libre de 7 a 7,5 mil millones de dólares, señalando que estas estimaciones no cubren el impacto de los aranceles recientemente promulgados.
En medio de todo esto, la compañía recibió esta semana un contrato de 536 millones de dólares de la Marina de EE. UU. para la familia de radares SPY‑6, que ahora están instalados en dos de sus buques, con tres más listos para su instalación. En la próxima década, los radares se desplegarán en más de 60 buques de la Marina de EE. UU.
Como parte del contrato, Raytheon proporcionará soporte continuo mediante entrenamiento, instalación, integración y pruebas, además de actualizaciones de software para mejorar las capacidades del radar.
“El SPY‑6 es el radar más avanzado de la flota naval de EE. UU., proporcionando a los buques un nuevo nivel de defensa contra amenazas en evolución.”
– Barbara Borgonovi, presidenta de Naval Power en Raytheon.
El 13.º radar de defensa antimisiles AN/TPY‑2 también ha sido entregado a la U.S. Missile Defense Agency, marcando la primera unidad con una matriz totalmente basada en GaN, lo que mejora significativamente la sensibilidad y el rendimiento del sistema.
La compañía también ha asegurado un contrato de 1,1 mil millones de dólares para la fabricación y entrega de misiles AIM‑9X Sidewinder. Con este premio, Raytheon continúa su apoyo a largo plazo al programa Sidewinder, un sistema de misiles de corto alcance ampliamente utilizado a nivel mundial.
Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones aeroespaciales y de defensa.
Últimas Noticias y Desarrollos de Acciones de RTX Corp. (RTX)
Reflexiones Finales: El Papel del Hidrógeno en la Aviación Sostenible
El sector de la aviación está creciendo rápidamente y contribuyendo al desarrollo económico y social global, pero al mismo tiempo está creando una necesidad urgente de abordar el problema de las emisiones de carbono y estelas. Aquí, el hidrógeno, con su alta energía química específica, ha surgido como una alternativa de combustible limpio prometedora.
Con eso en mente, el último estudio presenta un marco integral para diseñar y optimizar un sistema de almacenamiento de hidrógeno líquido, gestión térmica y control de transferencia, demostrando su potencial para impulsar tecnologías de aviación eficientes y sostenibles.
Al aprovechar el impacto positivo del hidrógeno en el cambio climático y la calidad del aire, la industria de la aviación ahora tiene una vía viable para reducir su huella de carbono, allanando el camino hacia un futuro en el que los viajes de larga distancia ya no tengan un costo para el planeta.
Estudios Referenciados:
1. Virdi, P. S., Guo, W., Cattafesta, L. N. III, Cheetham, P., Cooley, L., Gladin, J. C., He, J., Kim, C., Li, H., Ordonez, J., Pamidi, S., & Zheng, J.-P. (2025). Almacenamiento de hidrógeno líquido, gestión térmica y sistema de control de transferencia para aviación integrada de cero emisiones (IZEA). Applied Energy, 355, 126054. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126054
