La Unión Europea y países como España se toman cada vez más en serio los riesgos para la salud que suponen las emisiones de los aviones, el medio de transporte más contaminante, y su impacto en los principales aeropuertos del mundo, muchos de ellos tan metidos dentro de las ciudades, que sus habitantes tienen que convivir con esta sobreexposición a partículas y gases.
El aeropuerto de Ciudad Real, a veinte kilómetros de las ciudades más pobladas de su entorno (Ciudad Real y Puertollano), y con poco tráfico aéreo, no tiene ese problema y sí reúne condiciones para experimentar con los motores de un avión a toda potencia, como si estuviera a punto de despegar. Y eso es lo que han hecho en sus pistas científicos del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas del Estado (Ciemat), durante quince días del mes de enero: una campaña experimental, la segunda (estuvieron en julio), dentro del proyecto europeo Aviator que investiga el desarrollo de una aviación más sostenible.
Dotado con casi 5 millones de euros y financiado al cien por cien por la Unión Europea, en el proyecto Aviator participan 17 socios europeos, entre ellos el INTA y el Ciemat, dependientes de los ministerios de Defensa y Ciencia e Innovación del Gobierno de España, respectivamente, uno de los siete países implicados. También hay empresas privadas como Iberia y las universidades de Cardiff y Manchester (Reino Unido).
Caracterizar las emisiones de los motores de aviación
«Lo que estamos haciendo es tratar de caracterizar las emisiones contaminantes de los motores de aviación y estudiarlas. El proyecto lleva a cabo una medida multinivel, tanto en el propio motor del avión, como en celdas experimentales y plataformas de aeropuerto. El objetivo es el desarrollo de diferentes modelos que puedan predecir en un futuro las emisiones contaminantes de los distintos motores», explica Dévora Hormigo, ingeniera química del laboratorio de instrumentación de turborreactores del INTA, en los preparativos para la última práctica de la campaña de invierno en el aeropuerto de Ciudad Real, el pasado 27 de enero.
Frío y niebla, lo esperado para la práctica
Hace frío, hay mucha niebla, como casi todos los quince días de trabajo de campo que se han encontrado en el aeropuerto de Ciudad Real, «lo esperado», comenta. En verano hicieron las mismas mediciones (julio) y tuvieron condiciones extremas, con hasta 48 grados de temperatura en pista algunos días, entonces buscaban condiciones calurosas para ver cómo se comportan gases y particulas. Ahora ha tocado el frío.
“Otro de los objetivos del proyecto es cubrir los huecos que existen en las normativas de certificación de emisiones y de calidad de aire, para conseguir entornos más sostenibles”, comenta la ingeniera.
Pruebas en un A-340-600
Las pruebas, en un Airbus 340-600, uno de los aviones más habituales en el tráfico aéreo mundial característico de la flota civil, se hacen tanto con combustibles fósiles como con SAF (siglas en inglés de combustible sostenible de aviación). “Para esta práctica hemos hecho una mezcla del queroseno habitual que consumen los aviones, el Jet A1, con SAF al 30%”, aclara.
Mejoras en la normativa
El proyecto no solo se queda en el estudio de las propias emisiones, pretende desarrollar mejoras en las normativas tanto de impacto de salud como de calidad del aire. “Hasta ahora la investigación sobre emisiones en los aeropuertos se ha centrado en el CO2 [dióxido de carbono], en cambio el resto de partículas están olvidadas, y son importantes para la salud humana. En este proyecto hacemos diversas mediciones de la emisión de partículas, compuestos orgánicos volátiles y gases, además del dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre”, señala Hormigo.
Aviator consiguió la máxima puntuación de la Agencia de Innovación y Redes de la Unión Europea, de ahí la financiación en el marco del objetivo Horizonte 2020, para tres años, la pandemia ha retrasado los planes iniciales. “Estamos en la mitad, al final del desarrollo de las campañas experimentales. Lo que toca es tratamiento de datos y ver cómo implementamos esos resultados en los paquetes de trabajo de los modeladores para desarrollar los softwares que predigan la formación de contaminantes de los propios motores”.
Tres campañas experimentales
Jesús Sánchez, ingeniero industrial y miembro del grupo de misiones del departamento de Turborreactores del INTA, coordinadores del proyecto, explica que para caracterizar las emisiones y evaluar su impacto en el aeropuerto y alrededores son muy importantes las campañas experimentales. Para eso el grupo de trabajo ha establecido diferentes metodologías una es medir las emisiones de motores en celdas de ensayo; otra las medidas bajo el ala del avión, en la plataforma de despegue (en Ciudad Real); y otras en el interior del aeropuerto de Bajaras. Todos esos datos se proporcionan a otros socios del proyecto que modelan el comportamiento de los contaminantes.
Con el A340 aparcado en el aeropuerto de Ciudad Real los científicos han encontrado la práctica que buscaban. “Hemos hecho más campañas desde que empezamos, la primera en mayo y junio en las celdas del banco de turborreactores del INTA para medir las emisiones de un motor; luego se hicieron las campañas en plataformas desarrolladas en este aeropuerto, una en julio y otra en enero, la que estamos haciendo, y en la que medimos emisiones en el ala del avión, a cero y a cincuenta metros”.
Para que la práctica sea más completa durante el ensayo, con el avión rugiendo a máxima potencia el piloto lo va desplazando a diferentes posiciones 50, 100, 150, hasta 250 metros para estudiar la evolución de los contaminantes a lo largo de la prueba. “En Barajas hemos medido las emisiones ambiente en el interior del aeropuerto, y nos quedan otras dos campañas experimentales en los aeropuertos de Zurich y Copenhague”.
La elección de Ciudad Real
“El aeropuerto de Ciudad Real lo elegimos porque tiene poco tráfico y a la hora de medir emisiones te evitas interferencias con otros aviones que aterrizan o despegan, este aeropuerto era ideal para esto”.
La niebla se esfuma de las pistas del aeropuerto ciudarrealeño pasadas las doce y media de la mañana y el A340, una enorme mole vista desde el suelo a pie de pista empieza a rugir. En un rato, cuando comience la prueba, nadie podrá estar tan cerca, las emisiones son tan fuertes que el personal desplegado por la pista (además de los españoles británicos), sus casetas móviles y todos los aparatos están en su lugar y con su protección.
“El avión no despega, simplemente lo vamos a retrasar para ponerlo pegado a las sondas, que se comunican con mangueras a los diferentes equipos de medida. Esta sonda principal capta la emisión y la conduce a través de la manguera a diferentes equipos de medida. A cincuenta metros hay otra sonda en la que medimos emisiones de partículas, masa y número, y emisiones gaseosas: óxido de nitrógeno, dióxido de carbono, y óxido de azufre. Luego el avión se irá desplazando a distintas distancias para estudiar la evolución a lo largo de la prueba”.
Paola Moreno y María Sánchez, ambientólogas del INTA, también están en sus puestos dentro del laboratorio móvil.
El Ciemat, centrado en las partículas
El físico Manuel Pujadas, del Ciemat, forma parte del equipo que maneja el ‘tinglado’ de laboratorios móviles, mangueras y casetas para mediciones y aparataje instaladas en el aeropuerto en la nueva campaña del Aviator.
Este centro de investigación del Gobierno, dependiente ahora del Ministerio de Ciencia e Innovación, está haciendo mediciones complementarias a las del INTA encaminadas a caracterizar las emisiones reales de los motores que equipan los Airbus340, “el avión más grande que tiene Iberia. Este en concreto –explica mientras señala la enorme aeronave aparcada en la pista de pruebas- no tiene más de doce, trece años, pero los están retirando del mercado, la pandemia ha precipitado la crisis del sector y muchas compañías están retirando los aviones de más capacidad y consumo. Este ha sufrido algo así como una jubilación anticipada”.
Que esté “jubilado” para Iberia no significa que no sea acto para los experimentos. Los motores de este avión son representativos del comportamiento de muchos de los que equipan a los aviones que siguen volando.
Emisiones en los aeropuertos, no solo en vuelo
“Los aviones no solo emiten gases y partículas cuando vuelan, también cuando se mueven por los aeropuertos. Hay una serie de operaciones cuando se desplazan por la pista, cuando aterrizan o cuando despegan, en las que la contaminación es grande, las emisiones están muy cerca de la superficie e impactan en el entorno. Ese impacto repercute sobre la calidad del aire y está muy mal caracterizado, se sabía poco desde el punto de vista científico, y de algunos de los contaminantes emitidos poquísimo; eso es lo que este proyecto intenta dilucidar”.
Tras las pruebas en Barajas, en la celda de ensayos estudiando el motor y sus emisiones en condiciones confinadas, a escala de un laboratorio gigantesco, se ha pasado a la realidad de una pista aeroportuaria, “aquí estamos en condiciones reales, en verano a más de 40 grados y en invierno pues con frío. Esto lleva una fase de movilización en la que matemáticamente se simulan estas condiciones, tanto las emisiones como las condiciones meteorológicas y dispersivas en la atmósfera, y se ve cómo los contaminantes emitidos por los aviones en sus operaciones impactan en zonas diversas”.
Las partículas pequeñas, las más peligrosas
En concreto el Ciemat está caracterizando las partículas, lo menos investigado. “Los contaminantes que emiten los motores cuando están quemando el combustible tienen gases, pero también partículas muy pequeñas y nocivas para la salud, todas procedan de dónde procedan, son nocivas y tóxicas”, indica Pujadas. “Es fundamental estudiar las más pequeñas porque esas alcanzan lugares más vulnerables del cuerpo, penetran a través de los alvéolos, pasan al torrente sanguíneo y de ahí a los órganos. Hay muchos tipos de partículas, unas más grandes y otras más pequeñas. Las más grandes no progresan mucho cuando respiramos se quedan retenidas en las vías altas, las más pequeñas alcanzan las zonas más interiores del sistema respiratorio y en el intercambio se distribuyen por otros órganos a través de la sangre”.
“Se sabe que las partículas que emiten los motores diésel son muy nocivas, esa caracterización está pendiente de hacer en los motores de aviación”, apostilla el científico del Ciemat.
Conclusiones que cambiarán normas
De todo el proyecto el resultado final se extraerán conclusiones que cambiarán las normas de los aeropuertos, “por ejemplo prohibir ciertas operaciones a menos que sean imprescindibles, si se llega a la conclusión de que ciertas operaciones hay que hacerlas a una distancia mínima de la terminal por la seguridad operacional y de la salud”.
Aviator es un proyecto de tres años, con la pandemia ha ido variando el cronograma más de lo que les hubiera gustado a los implicados, “ahora toca analizar y extraer conclusiones con la información recabada y necesitamos tiempo para eso. Bastante complicado ha sido alterar nuestros planes. Afortunadamente existía este aeropuerto, en Bajaras no podíamos hacerlo por problemas logísticos surgidos de la convid. Sencillamente porque estos aviones no estaban en Barajas, estaban aquí, que además tenemos una pista fantástica y el apoyo logístico que brinda el aeropuerto. Hemos tenido mucha suerte”.
La medición de las partículas
Para medir las partículas y analizarlas el Ciemat dispone de dos puntos de medición en la zona de la prueba, con dos artefactos, en realidad puntos de recogida de muestreo uno más cerca y otro más alejado del avión. Hasta ellos llegan unos tubos muy sofisticados, conectados a los distintos laboratorios móviles. En los camiones y casetas más próximos hay mucha instrumentación para analizar esas muestras tanto física como químicamente, se ve el tipo de partículas, los tamaños, parte de la composición, y con los gases también.
“Lo que hacemos nosotros es enviar un haz de luz desde aquel punto [señala un lugar alejado de la zona de análisis] que recogemos en el telecospio; cuando los humos generados por el motor atraviesan esa luz sufre cambios y esos cambios los detectamos aquí [caseta de medición], cambios que tienen que ver con el tipo de contaminantes que han circulado. Con el penacho de lo que emite el avión hacemos un análisis espectral, analizamos las distintas características de esa luz y descubrimos alguno, no todos, de los contaminantes gaseosos, que los podemos cuantificar y entonces en tiempo real estamos sabiendo lo que está emitiendo el motor. Esa es la idea, luego hay otra parte en la que no podemos hacer otra cosa que tomar una muestra de las partículas y los gases, que luego se analizarán en el laboratorio porque no se puede hacer aquí en tiempo real”.
Todos los resultados de las pruebas que se han hecho en el aeropuerto de Ciudad Real son complementarios para sacar una imagen lo más completa posible de lo que están emitiendo los motores. “Lo que hemos hecho estos días es hacer trabajar a los motores del avión a distintos regímenes de potencia, para simular condiciones de desplazamientos por la pista y despegue en las distintas operaciones”.
“Cuando esto se pone a máxima potencia, cuando el avión está a punto de despegar y empieza a meter todo el combustible en los motores, aquí se generan unos chorros increíbles, nos vamos por seguridad no podemos quedarnos en la zona”.
Centros de investigación científica del Gobierno
El Ciemat, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas del Gobierno, adscrito al Ministerio de Ciencia y Tecnología, es uno de los centros de investigación nacionales similar al CSIC, aunque menos conocido, pero a la par, como el INTA, que coordina el consorcio que compone el Aviator.
El Ciemat investiga en el campo de la energía, de la producción de energía, teniendo como objetivo el medio ambiente y el impacto ambiental que la producción y el consumo de energía generan. En este proyecto el objetivo es el impacto ambiental de la atmósfera del consumo de combustibles fósiles y biocombustibles. Es un centro de investigación de un corte tecnológico con mucho I+D.
El combustible del futuro de la aviación
¿Dejarán los aviones de consumir combustibles fósiles? “Seguramente, ahora mismo Airbus prevé que en 2035 tendrá operativos varios modelos de aviones que utilicen hidrógeno como combustible. Es una alternativa, lo complicado es mover estas máquinas y hacerlo con energía eléctrica, lo más probable es que se utilice el hidrógeno como combustible, y también las pilas de combustible que llevan hidrógeno para producir electricidad. El hidrógeno será el vector energético en la aviación”, opina Pujadas, que apostilla, “de todas formas quedan años de combustibles fósiles”.
