Poluição atmosférica, efeito estufa, mudanças climáticas etc. são temas recorrentes no nosso dia-a-dia. Porém, pouco se fala sobre a contribuição da aviação de transporte para agravar o problema, e menos ainda sobre as pesquisas em andamento visando produzir combustíveis aeronáuticos que sejam ambientalmente amigáveis. É o que tentamos fazer, resumidamente, aqui.
O preço do petróleo, principal fonte de energia utilizada no planeta, vem subindo gradativamente desde a guerra árabe-israelense do Yom Kippur (1973), a revolução do Irã (1979) e as guerras do Golfo (1990) e do Iraque (2003), graças à ação coordenada da Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP), que estabelece o valor pelo qual o produto é comercializado no mercado mundial.
De um preço histórico que girava em torno dos US$2,00 em 1973, o barril de 159 litros de petróleo ultrapassou, no final de abril deste ano, a barreira dos US$119,00 nas bolsas de commodities da Europa e dos Estados Unidos.
Pressionados pela alta dos preços do petróleo e por relatórios da comunidade científica que apontam o dióxido de carbono (CO2) como o principal causador do efeito estufa e das mudanças climáticas que vêm acontecendo no planeta – estima-se que entre 2% a 3% das emissões de CO2 são geradas pelos motores dos aviões empregados na aviação comercial, que usam como combustível o querosene de aviação derivado do petróleo –, vários países têm em andamento estudos visando desenvolver combustíveis alternativos para uso aeronáutico, que deverão ser empregados nos novos modelos de aviões previstos para entrar no mercado daqui a 15 ou 20 anos.
Independentemente dessas constatações, é fato irrefutável que os fabricantes de motores vêm produzindo propulsores cada vez mais eficientes devido ao uso de novos materiais e novas tecnologias em seus produtos. A introdução de computadores de bordo e programas de controle da motorização, a partir da década de 1980, sem dúvida teve um impacto positivo nessa direção.
Hoje em dia, não existe avião de transporte novo que não seja dotado de FADEC (Full Authority Digital Engine Control), um sistema de controle digital que otimiza o regime de operação dos motores em função das variações de temperatura e pressão atmosféricas. Esse sistema permite uma combustão mais completa e limpa, redução dos gastos com combustível e manutenção, além de decréscimo no volume de poluentes lançados na atmosfera.
Usufruindo das ferramentas sofisticadas disponíveis no mercado – tais como programas computacionais de última geração para projeto, engenharia e manufatura (CAD/CAE/CAM), simulações e ensaios diversos –, e de materiais cada vez mais leves e resistentes – tais como o alumínio-lítio, compostos “plásticos” de fibras de vidro e de carbono –, os fabricantes de aeronaves têm conseguido desenvolver e colocar no mercado produtos cada vez mais avançados e eficientes
O setor aeroespacial é extremamente criativo e o que mais gera tecnologia de ponta no mundo. Essa é a base sólida da qual emergirão, dentro em breve, as soluções para os problemas ambientais causados pela aviação comercial.
Como indústria que transporta mais de 1,6 bilhões de passageiros anualmente e movimenta 40% de todas as riquezas que circulam no mundo, a aviação comercial conta com essas soluções para poder continuar a crescer em harmonia com a natureza.
Combustíveis Alternativos
Energia nuclear – É produzida através da fissão dos átomos de urânio enriquecido dentro de um reator, gerando energia que pode ser utilizada para eletricidade, propulsão, aquecimento, fabricação de armamentos e outras aplicações.
O domínio dessa tecnologia pelos Estados Unidos durante a 2ª Guerra Mundial levou o país, em 1951, a iniciar um projeto de propulsão nuclear para aeronaves denominado ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Construiu-se, então, um reator nuclear experimental que depois foi instalado num bombardeiro estratégico Convair Peacemaker, redesignado NB-36H. Mas, a complexidade do reator e seu grande peso, além do perigo de contaminação nuclear em caso de acidente, levaram ao cancelamento do programa.
Vários países no mundo, inclusive o Brasil, possuem usinas nucleares para produção de energia elétrica. Todavia, não é uma tecnologia limpa, pois gera resíduos que têm que ser estocados de forma adequada, durante séculos, para não contaminar o meio ambiente. O risco de acidentes também é alto, haja vista os ocorridos em Three Mile Island, nos Estados Unidos, em março de 1979, e em Chernobyl, na União Soviética, em abril de 1986, que por pouco não geraram catástrofes de conseqüências mundiais.
Álcool etílico hidratado (etanol) – É produzido através do processo de fermentação da cana de açúcar, tecnologia que o Brasil domina há anos. Seu emprego automotivo foi desenvolvido pelo professor Urbano Ernesto Stumpf, a partir da década de 1950, no CTA (Centro Técnico de Aeronáutica), hoje Comando Geral de Tecnologia Aeroespacial.
O professor foi um dos responsáveis por assessorar o governo brasileiro na criação de um programa específico de produção de álcool para uso automotivo, o Pró-álcool (Programa Nacional do Álcool), lançado em novembro de 1975. O programa visava substituir a gasolina por esse combustível, para reduzir a dependência do país do petróleo importado.
O emprego do álcool etílico hidratado como combustível de aviação foi também pioneirizado pelo CTA, que em 1980 adaptou o sistema de combustível e o motor de um treinador a pistão Neiva T-25 Universal para queimar álcool. Os esforços nesse sentido, no entanto, foram encerrados em 1989.
O programa foi retomado em 2003 pela Embraer, que hoje tem um avião agrícola homologado para usar álcool hidratado como combustível.
Hidrogênio – Testado com sucesso desde o final da década de 1950, o hidrogênio é facilmente encontrado na natureza e pode ser produzido com relativa facilidade por um processo conhecido como eletrólise: faz-se passar uma corrente elétrica na água (H2O) e ela então se decompõe em seus elementos básicos – hidrogênio e oxigênio.
O hidrogênio tem a vantagem de não poluir o meio ambiente e ser renovável. Quando queimado ele se combina com o oxigênio atmosférico, produzindo novamente água (sob a forma de vapor). Se a eletricidade usada para produzi-lo vier de outras fontes alternativas – geradores eólicos ou marítimos, por exemplo – o processo todo terá a vantagem adicional de ser, também, ambientalmente amigável.
Outra vantagem é que o hidrogênio tem três vezes mais energia por quilograma do que o querosene de aviação. Portanto, uma aeronave propelida por hidrogênio irá requerer um terço a menos em peso de combustível para cobrir uma determinada distância do que se utilizasse querosene, o que deverá reduzir o custo das viagens.
O hidrogênio é também mais seguro para emprego aeronáutico do que os combustíveis fósseis atualmente utilizados na aviação comercial. Ele não explode e, por ser mais leve que o ar, ao se incendiar suas labaredas apontam para o alto. Além disso, sua combustão é rápida, gera pouco calor e não é tóxica. Já o querosene de aviação, explode, espalha-se por uma ampla área ao redor do acidente, irradia bastante calor e emite subprodutos tóxicos.
Entretanto, o hidrogênio é menos denso do que o querosene de aviação e para estocá-lo os tanques de combustível terão que ser pelo menos quatro vezes maiores em volume do que os atualmente utilizados nos aviões. Emprega-se a técnica da criogenia, que utiliza alta pressão e baixíssimas temperaturas – da ordem de –250ºC –, para armazenar o hidrogênio (ou outros gases liquefeitos) em tanques redondos ou cilíndricos, feitos geralmente de aço inoxidável soldado, ou fibra de carbono, que é mais resistente que metal.
Combustíveis obtidos através do processo Fischer-Tropsch – A produção de combustíveis oriundos de fontes alternativas começou na Alemanha nos anos 1920 do século passado, usando um processo inventado pelos pesquisadores Franz Fischer e Hans Tropsch, do Instituto Kaiser Guilherme, que passou a ser conhecido como processo FT (Fischer-Tropsch).
Ricos em carvão mineral (hulha), do qual possuem grandes reservas no Vale do Ruhr ainda hoje, os alemães produziram combustível sintético (gasolina e óleo diesel) a partir dessa matéria prima antes e durante a 2ª Guerra Mundial. Ao fim do conflito, possuíam 25 refinarias de combustível sintético, cuja produção, em 1944, foi de 6,5 milhões de toneladas. O término da guerra e os baixos preços do petróleo fizeram com que a produção desses combustíveis fosse abandonada.
Melhorado ao longo dos anos, o processo Fischer-Tropsch usa uma reação química com catalisadores de base de ferro ou cobalto para converter o monóxido de carbono e o hidrogênio em hidrocarbonetos líquidos de tipos variados.
Há várias pesquisas em andamento para a produção de combustíveis à base de gás natural, biomassa (algas marítimas, por exemplo), óleos vegetais (de mamona, babaçu, soja etc.), gordura animal (bovina, suína etc.) que utilizam esse processo.
Experiências Pioneiras com Combustíveis Alternativos
Convair NB-36H Peacemaker – O domínio da tecnologia nuclear pelos Estados Unidos durante a 2ª Guerra Mundial levou o país, em 1951, a iniciar um projeto de propulsão nuclear para aeronaves denominado ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). A idéia original era dotar o bombardeiro estratégico Convair B-36, então o principal vetor de ataque contra a União Soviética, de um reator desse tipo para aumentar seu alcance e o tempo que poderia permanecer no ar.
Um desses aviões, o número de série 51-5712, que havia sido danificado no solo durante um furacão, foi recuperado e teve um reator de 1 megawatt, refrigerado a ar, instalado no compartimento de bombas. Com essa modificação, foi redesignado NB-36H. Entre 1955 e 1957, o NB-36H chegou a realizar 47 vôos, nos quais acumulou 215 horas de operação. O reator nuclear operou em todos esses vôos, mas foi utilizado apenas para analisar os efeitos da radiação nos instrumentos de bordo e na tripulação, e não como fonte energética para propulsar o avião. A complexidade do reator e seu grande peso (somente a blindagem de chumbo anti-radiação pesava quatro toneladas), aliados ao perigo de contaminação nuclear caso houvesse um acidente, fizeram com que a força aérea dos Estados Unidos (USAF-United States Air Force) abandonasse o projeto.
Martin B-57 Canberra – Entre 1956 e 1959, a NACA (National Advisory Commitee for Aeronautics), em conjunto com a USAF, testou um bombardeiro Martin B-57 Canberra com um dos dois motores a jato Curtiss Wright J-65 alimentado por hidrogênio líquido, que era armazenado num dos tanques de ponta de asa do avião. Por medida de segurança, o outro motor funcionava com querosene de aviação normal. Embora os resultados dos ensaios tenham sido animadores, o baixo preço do petróleo, na época, determinou o cancelamento do programa.
Tupolev Tu-155 – O primeiro avião de transporte a usar hidrogênio líquido como combustível alternativo foi o Tu-155, uma versão do Tupolev Tu-154, trirreator de médio alcance desenvolvido e produzido na antiga União Soviética, na década de 1960.
O modelo utilizado nessa experiência foi emprestado da companhia aérea estatal Aeroflot. A aeronave teve a parte interna traseira da fuselagem modificada para acomodar um grande tanque destinado a armazenar o hidrogênio. Esse tanque tinha capacidade para uma tonelada de hidrogênio, que era suficiente para cerca de três horas e meia de vôo.
Um dos seus motores Kuznetsov NK-8 (o número 3, do lado direito), teve seus sistemas de ignição e de combustão especialmente modificados para operar com combustíveis criogênicos, recebendo, então, a nova designação NK-88.O primeiro vôo do Tu-155 propulsado por hidrogênio líquido ocorreu em 15 de abril de 1988. Vários outros vôos foram realizados durante a campanha de testes e o aparelho chegou mesmo a ser exibido em feiras internacionais de aviação, como Le Bourget, na França e Hannover, na Alemanha.
Apesar do sucesso da experiência, que previa também o uso de hélio ou gás natural como combustíveis alternativos, o programa foi descontinuado depois do esfacelamento da União Soviética, deflagrado em novembro de 1989 pela queda do Muro de Berlim.
Experiências Atuais com Combustíveis Alternativos
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Boeing B-52H – O Departamento de Defesa dos Estados Unidos tem um programa em andamento, denominado Assured Fuel Initiative, destinado a substituir os combustíveis baseados em petróleo importado por combustíveis produzidos localmente pelo processo Fischer-Tropsch (FT). O programa visa reduzir a dependência das forças armadas americanas de fontes externas de suprimento e assegurar-lhes todo o combustível de que necessitem em caso de conflitos.
A USAF, que é a maior consumidora de combustíveis baseados em petróleo entre as forças armadas americanas, foi pioneira nesses estudos, conduzidos em conjunto com a Syntroleum Corporation, empresa líder no desenvolvimento e produção de combustíveis FT nos Estados Unidos.
Em setembro de 2006, a USAF voou pela primeira vez um bombardeiro estratégico Boeing B-52H com uma mistura de 50% de querosene JP-8 e 50% de biocombustível da Syntroleum. Por medida de segurança, nesse primeiro vôo apenas dois dos oito motores turbofan do B-52 operaram usando a mistura.
Em 15 de dezembro do mesmo ano, porém, o B-52H decolou da Base Aérea de Edwards (Califórnia), onde fica o centro de ensaios em vôo da USAF, para um bem-sucedido vôo de sete horas, no qual utilizou somente essa mistura de combustível.
A campanha de ensaios com o B-52 prosseguiu até agosto de 2007, quando o Departamento de Defesa aprovou o uso de combustível FT para esses aviões. Baseado nesses ensaios, a USAF está qualificando agora o transporte C-17 Globemaster III e o bombardeiro de geometria variável Rockwell B-1B para usar o mesmo biocombustível. A previsão é utilizá-lo em toda a frota de aviões da USAF até 2011, o que permitirá reduzir pela metade a demanda por combustíveis derivados de petróleo até 2016, com conseqüente redução, também, dos custos operacionais da força.
Os biocombustíveis produzidos pela Syntroleum Corporation, e outras empresas do ramo que usam o processo FT, têm também aplicação na aviação comercial.
Airbus A380 – Um dos protótipos do Airbus A380 tornou-se em 1º de fevereiro deste ano o primeiro avião comercial do mundo a voar com gás natural liquefeito fornecido pela Shell International Petroleum.
Apenas um dos quatro motores Rolls-Royce Trent do gigante alado, que é o maior avião de transporte comercial da atualidade, operou o combustível durante o vôo de 900 km e três horas de duração entre Filton, na Inglaterra, e Toulouse, na França.
A iniciativa faz parte de um programa que investiga combustíveis alternativos ambientalmente corretos para uso na aviação comercial. O programa foi estabelecido através de um acordo assinado em novembro de 2007 do qual fazem parte também a Qatar Airways, Qatar Petroleum, Qatar Fuel e Qatar Science & Technology Park.
O Qatar é rico em gás natural e a empresa aérea do país, a Qatar Airways, uma das clientes da Airbus para o A380, pretende ser a primeira companhia do mundo a operar rotineiramente com esse combustível.
Com essa finalidade, a Shell e o governo do Qatar vão investir US$5 bilhões de dólares para construir a maior refinaria de gás natural liquefeito do planeta. A refinaria será instalada na região norte do país, próximo às reservas de gás, e começará a produzir em 2010.
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Boeing 747-400 – Cerca de três semanas depois da Airbus, em 24 de fevereiro de 2008, um quadrirreator Boeing 747-400 da empresa aérea britânica Virgin Atlantic, realizou com pleno êxito um vôo com biocombustível (uma mistura de 20% de óleos de babaçu e coco e 80% de querosene Jet A).
O vôo, entre os aeroportos de Heathrow, em Londres, e Amsterdã, na Holanda, não transportou passageiros e, por uma questão de segurança, apenas um dos motores do Jumbo utilizou o biocombustível, que está ainda em fase de ensaios.
O programa, que está centrado na Virgin Atlantic, continua em andamento com o apoio da Boeing, fabricante do avião, e da General Electric, que produz os motores que o propulsam.
Único Avião Movido a Biocombustível no Mundo é Brasileiro
Neiva T-25 Universal – O programa de uso de álcool etílico hidratado para fins aeronáuticos surgiu no CTA em 1980, quando um treinador militar T-25 Universal foi convertido para utilizar esse combustível. Irreverentemente batizado de “O Ébrio”, o aparelho voou pela primeira vez em dezembro de 1985.
Pretendia-se, na ocasião, converter a frota de T-25 da Força Aérea Brasileira (FAB) para álcool, o que permitiria reduzir os gastos da força com combustível. Por razões desconhecidas, o programa foi descontinuado em 1989.
O interesse pelo projeto, todavia, ressurgiu em 2003, quando a Embraer decidiu financiar o seu desenvolvimento. A meta era utilizar álcool no avião agrícola Ipanema, fabricado na unidade da empresa em Botucatu, interior de São Paulo.
O motor empregado no Ipanema, um Lycoming de procedência americana com seis cilindros opostos e 300 HP, foi modificado para queimar álcool etílico a 96% (as modificações afetaram principalmente o bico injetor, os tanques e o sistema de combustível).
Em outubro de 2004, depois de 150 horas de ensaios em bancada no solo e em vôo, o Ipanema a álcool foi homologado pelo CTA. O investimento para adaptar o modelo ao novo combustível custou à Embraer US$300 mil.Além de fabricar e vender aviões novos a álcool, a Neiva também converte os antigos Ipanemas a gasolina para o novo combustível. 85% da frota brasileira de aviões agrícolas (cerca de 1100 aeronaves) é de aviões Ipanema.
O EMB-202 Ipanema é o primeiro avião de produção em série, no mundo, a usar combustível “verde” e renovável. Pelo seu desenvolvimento a Embraer ganhou diversos prêmios nacionais e internacionais, dentre os quais se destaca o Flight International Aerospace Industry Award, na categoria General Aviation (Aviação Geral), outorgado por essa conceituada revista inglesa em junho de 2005.
Reportagem e Revisão: Mário Vinagre
Edição: Francisco Medina e Andréia Santos
Produção: Cáudio Monteiro
Coordenação: Pedro Barbosa
Foto Neiva T-25: Mário Vinagre
Foto A380:
http://www.airliner.net/Foto 747-400:
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Inaugurado em 2003 no INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais), o Miniobservatório Astronômico de São José dos Campos, tem como principal objetivo de divulgar a astronomia para escolas de ensino fundamental e médio, cursos de extensão, treinamento de iniciação científica e público em geral.
finalidade de divulgação da ciência que, além do interesse da população, possui caráter multidisciplinar, envolvendo áreas tão diversas como a geografia, física, engenharia e informática.
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