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Impactos climáticos de la aviación distintos del CO2: Contrails

18 de octubre de 2023 Categoría: Transporte Área de trabajo: Combustibles Cero Carbono

Eliminar la contribución del sector de la aviación al cambio climático mundial exigirá dos cambios importantes en el ámbito tecnológico. El primero es un cambio total del combustible de aviación convencional derivado de los combustibles fósiles a un conjunto de vectores energéticos más compatibles con el clima, incluidos el hidrógeno y los combustibles sintéticos drop-in derivados del hidrógeno fabricados mediante procesos que tienen emisiones netas de gases de efecto invernadero muy bajas, los biocombustibles fabricados a partir de material de desecho y la electricidad procedente de generadores de energía de baja o nula emisión de carbono. La segunda estrategia, en la que se centra este documento informativo, consiste en reducir la formación de nubes lineales a gran altitud, conocidas como estelas de condensación. Como se explica en este documento, las estelas de condensación pueden reducirse eliminando los compuestos químicos llamados aromáticos del combustible de aviación y dirigiendo los aviones alrededor de las regiones de la atmósfera que son especialmente susceptibles a la formación de estelas de condensación. Para alcanzar los objetivos de descarbonización de mediados de siglo, el sector de la aviación debe aplicar simultáneamente ambas estrategias: el cambio de combustible y la reducción de las estelas de condensación.

Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) procedentes del sector de la aviación han aumentado rápidamente en las últimas décadas, representando 920 Mt de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2) procedentes de combustibles fósiles en 2019, frente a solo 706 Mt en 2013. Sin embargo, la aviación tiene otros efectos no relacionados con el CO2 sobre el cambio climático derivados de las emisiones de NOx, vapor de agua y aerosoles. Según estudios recientes, estos efectos no relacionados con el CO2 pueden tener un impacto mucho mayor en el clima que las emisiones de CO2 y podrían representar dos tercios del impacto total de la aviación en el cambio climático.

¿Qué son las estelas de condensación?

Las estelas de condensación son nubes visibles en forma de línea que se forman detrás de un avión cuando vuela a gran altura. A niveles de vuelo típicos (~35000 pies / 10000 metros, troposfera superior), los aviones se encuentran a veces con las denominadas regiones sobresaturadas de hielo (ISSR). En estas regiones, la humedad relativa con respecto al hielo supera la saturación (es decir, condiciones atmosféricas muy frías y húmedas) y pueden empezar a formarse cirros formados por cristales de hielo. Por otra parte, cuando el combustible de los aviones se quema de forma incompleta en el motor, se produce la emisión de una serie de componentes como CO2, H2O, SOx, NOx, CO, otros hidrocarburos y partículas no volátiles (nvPM) como el hollín. Cuando el vapor de agua y el hollín son emitidos por el tubo de escape de los aviones en ISSR, las partículas de hollín actúan como núcleos de condensación del vapor de agua, congelándose y formando cristales de hielo. Cuando la humedad del entorno es elevada, estas partículas de hielo siguen creciendo y acaban formando estelas de condensación que pueden persistir en el aire (véase la figura 1).

Dependiendo de las condiciones de humedad de la atmósfera, algunas estelas de condensación pueden ser de corta duración (hasta 10 minutos) y evaporarse poco después de formarse, mientras que otras pueden extenderse kilómetros y durar muchas horas en el cielo (estelas de condensación de larga duración). Cuando las estelas de condensación de larga duración mantienen una forma lineal, se denominan estelas de condensación persistentes y pueden durar hasta 10 horas. Cuando evolucionan hacia formas irregulares, se denominan contrails cirrus y no se distinguen fácilmente de los cirros naturales, persistiendo durante periodos de tiempo más largos.

Las estelas de condensación pueden seguir formándose fuera de la ISSR en un aire más seco o cálido, pero sólo duran poco, cubren áreas pequeñas y, por tanto, tienen un impacto insignificante en el clima. Los cirros de las estelas de condensación tienen un impacto similar en nuestro clima al de los cirros naturales que se forman a gran altitud (15000-30000 pies). Los cirros reflejan hacia el espacio una pequeña parte de la radiación solar entrante y atrapan una gran parte de la radiación infrarroja de la Tierra, produciendo un efecto neto de calentamiento, frente al efecto neto de enfriamiento de las nubes bajas (véase un esquema simplificado en la Figura 2).


Figura 1: Formación de estelas de condensación

Fuente: Kärcher 2018


Figura 2: Efecto de las nubes en la radiación terrestre

Fuente: NASA


¿Cuál es el forzamiento radiativo de las estelas de condensación?

El forzamiento radiativo (FR) es una medida de la diferencia entre la radiación entrante y saliente de la Tierra y es el término utilizado habitualmente por los científicos para cuantificar el calentamiento global. Cuando un factor de forzamiento climático (por ejemplo, el CO2) hace que la energía entrante sea mayor que la saliente, el planeta se calentará (RF positivo); y cuando la energía saliente sea mayor, se enfriará (RF negativo).

Los modelos climáticos han demostrado que la radiofrecuencia asociada a los cirros de las estelas de condensación es unas nueve veces mayor que la de las estelas de condensación lineales persistentes. Un estudio reciente que evaluó la radiofrecuencia de los diferentes efectos de CO2 y no CO2 de la aviación mundial, estimó que la radiofrecuencia de los cirros de las estelas de condensación es el componente más importante de todos, y mayor que la radiofrecuencia del CO2 acumulado en toda la historia de la aviación, representando más de la mitad del forzamiento radiativo total en este sector (véase la Figura 3). Sin embargo, también es el término con mayor incertidumbre, ya que depende de muchos factores.


Figura 3: Términos del forzamiento radiativo efectivo (ERF) de la aviación mundial

Fuente: Lee et al. 2021


Contenido aromático en el combustible de aviación

El combustible para reactores se compone de n-parafinas (o n-alcanos), iso-parafinas, ciclo-parafinas y aromáticos, distribuidos de forma aproximadamente normal en el intervalo de números de carbono C8 - C16 (véase la figura 4). La formación de hollín parece estar asociada en gran medida al contenido aromático del combustible de aviación, que favorece la nucleación del hollín en las zonas ricas en combustible de la cámara de combustión. A su vez, el contenido aromático depende del petróleo crudo o de las mezclas de crudos a partir de los cuales se produce el combustible para reactores. Dado que existe una gran variación en la composición del petróleo crudo en función de lo que compra una refinería, también puede haber una gran variación en el contenido aromático de los distintos lotes de combustible de aviación suministrados en todo el mundo. Por lo general, se desconoce la composición exacta del combustible utilizado en un avión concreto, ya que los diferentes lotes de combustible se mezclan en las instalaciones de almacenamiento del aeropuerto. En la actualidad, las normas internacionales sobre carburorreactores fijan un límite máximo del 25% en volumen de contenido aromático (con un contenido medio real del 15%-20% en los carburorreactores vendidos en Europa). También se ha establecido históricamente un mínimo del 8% de contenido aromático por consideraciones de seguridad, ya que se sabe que los aromáticos provocan el hinchamiento de los sellos, lo que proporciona una mayor protección contra las fugas y evita daños en el sistema de combustible. Sin embargo, hoy en día no existe un consenso claro en la industria sobre la necesidad de este límite mínimo, y varios aviones y motores de última generación utilizan actualmente juntas que no parecen requerir aromáticos en el combustible. Además, un estudio del DOE (Departamento de Energía) de Estados Unidos en 2020 afirma que los aromáticos son necesarios sólo para garantizar el hinchamiento de las juntas que han estado expuestas previamente a combustible que contiene aromáticos, y que las juntas que no han estado expuestas previamente a combustible, no los necesitan. El estudio hace referencia a un vuelo de prueba en el que se utilizó HEFA al 100% en un Boeing 777, aunque no se ofrecen más detalles. No obstante, debería alcanzarse una solución de transición para la flota heredada del mercado que seguirá necesitando aromáticos.


Figura 4: Composición de un Jet A1 medio

Fuente: Estados Unidos DOE 2020


Los aromáticos del combustible de aviación consisten en moléculas de un solo anillo (monoaromáticos) y aromáticos de dos anillos (diaromáticos), como el naftaleno. En comparación con los monoaromáticos y los hidrocarburos parafínicos, los diaromáticos (por ejemplo, el naftaleno) son los que más tendencia tienen a formar hollín durante la combustión. El impacto del naftaleno se demostró en una campaña DLR-NASA en 2021 que realizó mediciones en los gases de escape de un A320 que quemaba diferentes tipos de combustible para reactores. Algunos combustibles probados tenían un contenido total de aromáticos similar, pero diferente contenido de naftaleno. El combustible con menor contenido de naftaleno mostró la menor formación de hollín y el menor número de partículas de hielo (~8% de reducción de hollín por una reducción del 0,3% de naftaleno) en comparación con otros con mayor contenido de naftaleno. Un estudio anterior realizado en un motor turbofán mostró una reducción del hollín de ~3% para una sustitución del 0,3% de naftaleno por monoaromáticos a un empuje del motor del 65% (típico durante el crucero, cuando se forman las estelas de condensación). Al 100% de empuje (típico durante el despegue), el efecto del naftaleno era indistinguible. El régimen del motor también influye en la producción de hollín, en particular la relación combustible/aire y la presión y temperatura de combustión. A altos empujes, otros productos de la combustión incompleta influyen más que los aromáticos en la formación de hollín, mientras que los aromáticos adquieren relevancia a empujes más bajos. Estas pruebas sugieren que un combustible para reactores que contenga la especificación mínima de monoaromáticos exigida por las normas actuales sobre combustibles para reactores (adecuada para la flota heredada), pero que no contenga naftaleno, ya reduciría significativamente la formación de hollín. En la actualidad, las normas sobre carburorreactores fijan un límite máximo del 3% en volumen de naftaleno, con un contenido medio real del 2-3% en el carburorreactores vendido en Europa.

Los investigadores han calculado que quemar un combustible de aviación poco aromático puede reducir la formación de hollín entre un 50% y un 70% (la mayor reducción se debe al bajo contenido en naftaleno). A su vez, una reducción del 80% de las partículas de hollín en el tubo de escape de un avión podría reducir la formación de estelas de condensación en un 50%, aunque existe una gran incertidumbre sobre la magnitud del efecto que requiere mejores mediciones y modelizaciones. Cuando la concentración de hollín es baja, se forman menos cristales de hielo y de mayor tamaño, lo que aumenta la velocidad de sedimentación y, por tanto, reduce la vida útil de la estela de condensación y su RF global. Por lo tanto, la reducción del contenido de aromáticos y, concretamente, de naftaleno en el combustible de aviación reduciría la formación de estelas de condensación.

¿Cómo pueden los combustibles de aviación sostenibles ayudar a reducir las estelas de condensación?

Combustibles de aviación sostenibles (SAF) es un término genérico utilizado para definir un conjunto de combustibles no fósiles producidos de forma sostenible que suelen ser compatibles con los motores a reacción y las tecnologías de almacenamiento de combustible existentes, ya que sus propiedades químicas y físicas son muy parecidas a las del combustible de aviación convencional. Los SAF, que pueden fabricarse a partir de biomasa o de sistemas de conversión de energía en líquido (PtL), prácticamente no contienen aromáticos y, por tanto, producen mucho menos hollín que el combustible convencional para reactores cuando se queman. Esto significa que el uso de SAF tendría un efecto similar a la reducción del contenido aromático en el combustible de aviación convencional.

Como se indica en el informe 2022 de CATF, los biocombustibles por sí solos no podrán cubrir toda la demanda de combustible para la aviación debido a la escasez de biomasa y a otros usos competidores (los automóviles y los camiones consumen actualmente la mayor parte de los combustibles derivados de la biomasa, pero existe una demanda creciente en los sectores marítimo, de la industria pesada y de la energía). Mientras tanto, los PtL aún están en pañales y tardarán en ampliarse. El escaso HEFA disponible actualmente para mezclar con el combustible convencional para reactores puede contribuir a reducir la formación de hollín. Por ejemplo, se ha comprobado que la mezcla de un 50% de HEFA con combustible de aviación convencional reduce el hollín en un 50-70%. Dado que el SAF tiene un mayor contenido de hidrógeno que el combustible de aviación convencional, también puede aumentar la aparición de estelas de condensación debido a la mayor cantidad de emisiones de vapor de agua que se forman durante la combustión. Sin embargo, el efecto de la mayor aparición de estelas de condensación se ve compensado con creces por las menores emisiones de hollín. Por ejemplo, si todos los vuelos en la región del Atlántico Norte estuvieran propulsados al 100% por SAF, observaríamos un aumento del +5% en la aparición de estelas de condensación, pero una reducción del -52% en hollín. El resultado es una disminución anual del forzamiento radiativo neto de alrededor del -44%.

Si se mantiene la especificación mínima del 8% de aromáticos en el combustible para reactores, el 100% de SAF que no contiene aromáticos no puede utilizarse (todavía) como combustible para reactores. Para volar con un 100% de SAF, los aromáticos deben mezclarse de tal manera que la mezcla cumpla el mínimo del 8% de aromáticos. Esto puede conseguirse mezclando SAF con combustible convencional para reactores (por ejemplo, una mezcla 50/50 de SAF (~0% de aromáticos) con combustible convencional para reactores (~20% de aromáticos) tendría un contenido total de ~8-9% de aromáticos), aunque la mezcla seguiría conteniendo algo de naftaleno procedente del combustible fósil para reactores. Como alternativa, los productores podrían intentar sintetizar los aromáticos menos nocivos (monoaromáticos) evitando el naftaleno y mezclarlos con SAF para cumplir las normas. Además, si el objetivo es volar totalmente con SAF, estos aromáticos deben producirse a partir de fuentes no fósiles. Podemos ver un ejemplo de esto en Virent. Gracias a su tecnología Bioforming, Virent produce aromáticos sintéticos renovables (queroseno aromático sintetizado o SAK, que contiene un 98% de monoaromáticos y sólo un 0,1% de naftaleno) a partir de azúcares de origen vegetal que pueden añadirse al SAF para alcanzar los mismos niveles de aromáticos que en el combustible de aviación convencional sin necesidad de mezclar ningún combustible de aviación fósil para cumplir las normas. La mezcla puede adaptarse para cumplir todas las especificaciones del combustible de aviación y permite utilizarlo como combustible de sustitución para vuelos 100% SAF. Virent afirma que se ha conseguido una reducción de hollín del 50-70% en varias campañas de pruebas de vuelo a diferentes altitudes y proporciones de mezcla, similar a la reducción de hollín obtenida mezclando SAF con combustible fósil. Cabe señalar que la mayoría de los vuelos con SAF al 100% anunciados en los últimos años son de este tipo. Sólo unos pocos se realizan con SAF 100% parafínico puro (es decir, sin añadir aromáticos), generalmente con aviones nuevos que no necesitan aromáticos.

Además de reducir las estelas de condensación, el SAF también puede reducir las emisiones de CO2 en comparación con el combustible convencional. Es preciso evaluar el ciclo de vida completo de las SAF para asegurarse de que los beneficios de la reducción de las estelas de condensación no se ven contrarrestados por el aumento de las emisiones en la producción y el suministro de SAF (por ejemplo, mayor consumo de energía para la producción de hidrógeno y la síntesis de combustible, largas rutas de transporte, etc.).

¿Supondrán los aviones de hidrógeno el fin de las estelas de condensación?

Más allá de las FAE, el hidrógeno puede desempeñar un papel importante en la descarbonización de la aviación a largo plazo. En los próximos 10-15 años, podríamos ver disponibles comercialmente aviones de pasajeros, regionales y de corto alcance propulsados por hidrógeno. Los dos primeros utilizarían pilas de combustible, mientras que los aviones de corto alcance podrían ser propulsados por un sistema híbrido de pilas de combustible y turbinas de hidrógeno, en el que la pila de combustible se utiliza en crucero y las turbinas durante el despegue para proporcionar el mayor empuje necesario. A medida que el hidrógeno se convierte en una opción viable en la aviación, es razonable preguntarse por la formación de estelas de condensación de los aviones propulsados por hidrógeno. El principal subproducto de las pilas de combustible de hidrógeno es el vapor de agua, mientras que las turbinas de hidrógeno producen tanto vapor de agua como óxidos de nitrógeno. Las emisiones de vapor de agua son 4,3 veces superiores en los aviones de hidrógeno que en los de combustible convencional; según un estudio reciente, la superficie mundial cubierta por estelas de condensación aumentaría un 70% en los aviones de combustión de hidrógeno líquido y de pilas de combustible. Sin embargo, al no producirse hollín, los cristales de hielo creados serían más grandes y habría menos. Como en los casos del combustible de aviación poco aromático y del SAF, la velocidad de sedimentación es más rápida con cristales de hielo grandes, lo que da lugar a estelas de condensación de corta duración. El efecto neto es una reducción de ~25% y ~20% en la radiofrecuencia de los cirros de las estelas de condensación para las turbinas de hidrógeno y las pilas de combustible, respectivamente, en comparación con los aviones convencionales de queroseno. Sin embargo, se necesitan más análisis y mediciones en vuelo para obtener una mejor caracterización de las estelas de condensación de hidrógeno. Como parte de la hoja de ruta de Airbus ZEROe, en 2022 la empresa lanzó el programa de pruebas "Blue Condor " en colaboración con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) para comparar las estelas de condensación formadas por turbinas de hidrógeno y queroseno, con la esperanza de arrojar algo de luz sobre los impactos. En marzo de 2023, Airbus y el DLR también lanzaron la nueva campaña de ensayos en vuelo VOLCAN para recabar información sobre las emisiones de CO2 no contaminantes y la creación de estelas de condensación de un A321neo propulsado al 100% con SAF.

¿Cómo se pueden reducir los aromáticos en las refinerías de queroseno convencional?

Los aromáticos de los combustibles pueden reducirse mediante un proceso denominado hidrotratamiento. Este proceso ya se utiliza ampliamente para reducir y eliminar el azufre y los aromáticos del gasóleo. En el hidrotratamiento, se utiliza hidrógeno para saturar los hidrocarburos aromáticos del combustible en presencia de un catalizador. Este proceso también reduce el contenido de azufre del combustible, mejorando la calidad del aire como efecto secundario positivo (al reducir la formación de SOx y, por tanto, la lluvia ácida). El gasóleo no tratado tiene un contenido significativamente mayor de mono-, di- y tri- aromáticos. Se dispone de catalizadores y tecnologías para reducir significativamente el total de aromáticos en el gasóleo si es necesario. Estos mismos catalizadores y tecnologías pueden aplicarse para reducir el contenido aromático del combustible de aviación (por ejemplo, hasta un 8% de aromáticos y casi un 0% de naftaleno). Sin embargo, es importante señalar que la reducción de aromáticos/naftaleno durante el proceso de hidrotratamiento tiene las siguientes consecuencias para las refinerías:

  1. Para saturar los monoaromáticos se requieren condiciones más severas (p. ej., presiones más altas, tasas de alimentación más bajas). Sin embargo, la mayoría de los hidrotratadores de queroseno de las refinerías funcionan en condiciones relativamente suaves para eliminar el azufre y/o mejorar la estabilidad del color y el almacenamiento. Esto significa que será necesario invertir para modernizar las unidades existentes o construir nuevas unidades que funcionen a mayor severidad.
  2. En algunas unidades existentes, puede ser posible aumentar la severidad operativa para reducir aún más los aromáticos, pero debido a unas condiciones operativas más severas, se necesitará más catalizador para mantener la misma tasa de producción de combustible de aviación y el mismo tiempo de funcionamiento del catalizador; sin aumentar la cantidad de catalizador, se necesitaría un cambio más frecuente de catalizador nuevo; podría haber limitaciones de diseño y metalúrgicas/operativas en el reactor de hidrotratamiento debido a una mayor liberación de calor resultante de una mayor saturación de aromáticos.
  3. Una mayor saturación de aromáticos significa que se necesita más hidrógeno. Se calcula que se necesita entre 7 y 8 veces más hidrógeno para reducir un queroseno con un 20% de aromáticos al 8%.

El suministro de hidrógeno puede ser uno de los retos para la reducción de aromáticos, ya que es un elemento costoso del refinado y la mayoría de las refinerías suelen tener escasez de suministro. La producción actual de hidrógeno también emite cantidades significativas de GEI que deberán reducirse mediante métodos de producción de hidrógeno bajos en carbono (por ejemplo, electrolizadores alimentados con electricidad baja en carbono o aplicando la captura y almacenamiento de carbono a los procesos de reformado del gas natural y un control estricto de las emisiones de metano aguas arriba para minimizar las fugas). Como ya se ha mencionado, también sería necesario aumentar la cantidad de catalizador utilizado para el hidrotratamiento del queroseno a fin de mantener la misma tasa de producción de combustible de aviación en la refinería. Esto podría hacerse comprando más reactores (o renovando los que están parados), o sustituyendo el catalizador más a menudo, lo que exigiría parar la unidad con más frecuencia, aumentando el coste de producción.

Desde el punto de vista económico, la sustitución de catalizadores necesaria para reducir el contenido aromático del combustible de aviación no debería tener repercusiones importantes en las refinerías. En la actualidad, la duración típica del ciclo de los hidrotratadores de combustible de aviación oscila entre cuatro y seis años. Reducir aún más el contenido aromático reduciría la duración de este ciclo a dos o tres años, de forma similar a las unidades de gasóleo. Además, las cantidades de catalizadores aplicadas en las unidades de queroseno son significativamente inferiores a las de las unidades diésel. No obstante, sería necesario invertir tiempo y dinero en las refinerías para reducir el contenido aromático del combustible de aviación, y actualmente no existen incentivos legales o financieros para disminuir aún más la cantidad de estos componentes. Independientemente de los beneficios medioambientales y del contenido energético ligeramente superior de un combustible bajo en aromáticos, es posible que las aerolíneas no encuentren incentivos significativos para comprar
un combustible más caro. Limitar y controlar el contenido aromático exigiría establecer nuevas normativas y políticas. Sin embargo, si no se hace bien, existe el riesgo de que los productores de combustible decidan no vender en los mercados regulados, produciendo escasez de combustible, o de que las aerolíneas decidan repostar en aeropuertos situados fuera de las regiones reguladas.

Por último, es importante tener en cuenta que la reducción del contenido aromático del combustible fósil para reactores afectaría a los índices de mezcla de SAF. Como se ha explicado anteriormente, una mezcla del 50% de SAF con un combustible fósil para reactores que contenga normalmente un ~20% de aromáticos, produciría una mezcla de combustible con un total de ~8-9% de aromáticos. La mezcla con SAF de un combustible fósil para reactores con bajo contenido en aromáticos que contenga ~10% de aromáticos (la mitad del contenido típico) produciría un combustible con un contenido total de aromáticos muy inferior al mínimo del 8%. Esto limitaría la cantidad de SAF que puede mezclarse con un combustible fósil para reactores que haya sido tratado con hidrógeno para reducir los aromáticos. El combustible fósil para reactores seguirá formando parte del mercado de la aviación a medio plazo, hasta que se disponga de otras opciones escalables de SAF no basadas en biomasa. Sin embargo, la reducción de las estelas de condensación no puede esperar hasta que el mercado del combustible para reactores sea 100% SAF. Por este motivo, paralelamente al desarrollo de las SAF al 100% y de las mezclas de SAF, es importante reducir los precursores de las estelas de condensación en el combustible fósil para reactores. Un análisis más detallado de los distintos escenarios, que incluya aeronaves antiguas y modernas, SAF, combustible fósil para reactores de bajo contenido aromático y monoaromáticos renovables, aportaría más claridad sobre las distintas vías y su viabilidad, teniendo en cuenta también la disponibilidad de biomasa. La solución más inmediata y conservadora, dadas todas las incógnitas, sería reducir el naftaleno a ~0% en el combustible fósil para reactores.

Factores atmosféricos que afectan a la formación de estelas de condensación

La formación de estelas de condensación depende no sólo de la cantidad de hollín emitida por el avión, sino también de las condiciones atmosféricas. El número de cristales de hielo iniciales formados es proporcional al número de partículas de hollín emitidas, pero las condiciones atmosféricas determinan la formación y persistencia de la estela de condensación. Se calcula que sólo el 12% de los vuelos sobre la región del Atlántico Norte son responsables del 80% del forzamiento energético anual de las estelas de condensación. Aparte de la cantidad de hollín en los gases de escape, las estelas de condensación de fuerte calentamiento/enfriamiento están asociadas a factores como los cambios estacionales en la radiación y la meteorología, la hora del día y las nubes de fondo. En la región del Atlántico Norte, las estelas de condensación de calentamiento intenso parecen formarse más comúnmente por la noche, durante el invierno y sobre nubes de bajo nivel. Por ejemplo, durante el día, las estelas de condensación reflejan hacia el espacio parte de la energía del sol añadiendo un componente de enfriamiento, efecto que no se produce durante la noche. En invierno, las ISSR son mayores en esta región, lo que aumenta el tiempo durante el cual un vuelo transatlántico puede crear estelas de condensación. Las ISSR suelen tener unos cientos de metros de espesor y pueden cubrir de decenas a cientos de kilómetros de ancho.

La optimización de la ruta para evitar estas regiones en las que pueden formarse estelas de condensación grandes y duraderas puede lograrse mediante una planificación eficaz del vuelo. Los datos atmosféricos (temperatura y humedad) y los buenos modelos de previsión pueden utilizarse para identificar y predecir la ubicación de las ISSR para desviar las rutas de vuelo en consecuencia. En 2021, el Centro de Control de la Zona Superior de Maastricht (MUAC) de EUROCONTROL, en colaboración con el DLR, llevó a cabo la primera prueba operativa del mundo para investigar la viabilidad de la prevención de estelas de condensación por parte de los controladores aéreos. Las pruebas se llevaron a cabo de enero a diciembre de 2021 entre las 15:00 y las 05:00 horas UTC (cuando la probabilidad de formación de estelas de condensación es mayor) y cubrieron el espacio aéreo del MUAC (Bélgica, Luxemburgo, Países Bajos y noroeste de Alemania) utilizado por el 16% de todos los vuelos que pasan por Europa. Los objetivos del ensayo eran evaluar si la formación de estelas de condensación puede predecirse con una precisión razonable y probar los procedimientos para evitar estelas de condensación persistentes en tiempo real modificando los niveles de vuelo. Durante el ensayo, se solicitó tácticamente a los vuelos que desviaran sus niveles de vuelo (~2000 pies / 600 metros hacia arriba o hacia abajo) basándose en las previsiones del ISSR. A pesar del bajo tráfico aéreo en 2021 debido a la pandemia COVID-19, los resultados del ensayo mostraron que la prevención de estelas de condensación es factible desde el punto de vista operativo, aunque se necesita una mejor predicción de ISSR. También es importante tener en cuenta que los desvíos de ruta tienen una penalización en términos de consumo de combustible, que se traduce en un mayor coste para la compañía aérea. Un mayor consumo de combustible también aumenta las emisiones de CO2 y, por lo tanto, el compromiso entre evitar las estelas de condensación y aumentar las emisiones de CO2 debe analizarse cuidadosamente en cada caso. Otra solución sugerida por algunos investigadores consiste en utilizar la escasa FAE disponible en la pequeña proporción de vuelos que provocan las estelas de condensación de calentamiento más intensas. Esta asignación inteligente (por ejemplo, aplicar una tasa de mezcla del 50% al 2% de los vuelos asociados a las estelas de condensación de calentamiento más intensas) multiplicaría entre 9 y 15 veces los beneficios climáticos.

¿Qué medidas pueden adoptarse para reducir las estelas de condensación?

Las estelas de condensación de la aviación calientan el planeta dos veces más que las emisiones de CO2 por término medio. A pesar de la elevada incertidumbre en las estimaciones del forzamiento radiativo, está bien establecido que las estelas de condensación producen un efecto de calentamiento positivo neto en la atmósfera, similar al de los cirros. Los dos factores responsables de la formación de estelas de condensación son la cantidad de hollín emitida por el escape del motor y las condiciones atmosféricas durante el vuelo. Una planificación optimizada del vuelo puede ayudar a reducir la formación de estelas de condensación evitando las ISSR, donde se crean las estelas de condensación más persistentes. Se ha demostrado que es posible predecir las ISSR y evitar la formación de estelas de condensación, aunque se necesita una mayor precisión en la modelización. Para mitigar la formación de hollín, las refinerías pueden reducir la cantidad de aromáticos (especialmente naftaleno) en el combustible de aviación o las aerolíneas pueden utilizar SAF, que tiene bajos niveles de aromáticos.

Los legisladores de todo el mundo deberían establecer medidas para aplicar normas de control adecuadas y limitaciones al contenido aromático del combustible de aviación como medida a corto plazo, al tiempo que impulsan medidas que promuevan o exijan la adopción de formas de SAE compatibles con el clima. Esto podría hacerse modificando las normas sobre combustibles de aviación (por ejemplo, ASTM) o creando otras nuevas. En algunas regiones se están empezando a estudiar los efectos no relacionados con el CO2, sobre todo para comprender mejor sus repercusiones.

De acuerdo con la Directiva sobre el RCCDE recientemente revisada, los operadores aéreos de la UE tienen que controlar y notificar los efectos no relacionados con el CO2 de cada avión que operen a partir de 2025. A partir de los datos recogidos, la Comisión Europea podrá presentar una propuesta legislativa para incluir las emisiones distintas del CO2 en el ámbito del RCCDE. El ReFuelEU Aviation revisado también incluye obligaciones de información para los proveedores de combustible sobre el contenido de aromáticos y naftaleno en el combustible de aviación suministrado en los aeropuertos de la UE a partir de 2025. Los datos recogidos servirán para mejorar el conocimiento de los efectos no relacionados con el CO2. En el Reino Unido, una de las seis medidas introducidas en la estrategia jet-zero se centra en colaborar estrechamente con el mundo académico y la industria para comprender mejor la ciencia y las posibles mitigaciones de los efectos distintos del CO2.

Del mismo modo, la Estados Unidos Federal Aviation Administration (FAA) dirige un programa de investigación destinado a mejorar la comprensión científica de las emisiones distintas del CO2 y sus repercusiones. Aunque gran parte de esta investigación implicará mediciones por satélite, la FAA "también apoyará las mediciones de las estelas de condensación en vuelos de aeronaves y socios de la industria para evaluar y validar el rendimiento de la herramienta [de predicción] de manera que la herramienta pueda utilizarse más ampliamente." La adopción de SAF que reduzcan las estelas de condensación en Estados Unidos podría lograrse gracias al crédito fiscal para combustible de aviación sostenible de la Ley de Reducción de la Inflación de 2022, que ofrece a los productores de SAF que cumplan los requisitos créditos fiscales por valor de entre 1,25 y 1,75 dólares estadounidenses por galón, en función de la intensidad de carbono del combustible.

Tanto en Europa como en Estados Unidos hay que seguir trabajando en el posible desarrollo de políticas y otras medidas que animen o exijan a las aeronaves evitar los ISSR siempre que sea factible, y/o priorizar el uso de SAF en las trayectorias de vuelo responsables de la mayor formación de estelas de condensación. Sin embargo, la eficacia de estas dos estrategias depende de la capacidad de los planificadores de vuelos para predecir la ubicación de las ISSR, por lo que es necesario que agencias gubernamentales como el DLR en Alemania y la NASA en Estados Unidos sigan investigando para mejorar las herramientas y técnicas de predicción de las ISSR.

CATF está ayudando a afrontar estos retos mediante un análisis riguroso, el diseño de políticas públicas, la educación pública y la promoción. Como parte de este esfuerzo, CATF está estudiando las oportunidades que ofrecen los sistemas de refinería existentes para reducir los precursores de las estelas de condensación en el combustible de aviación a los niveles necesarios con las tecnologías actuales.

Medidas clave para reducir las estelas de condensación

  • Implantar marcos MRV en la legislación para vigilar la formación de estelas de condensación
  • Limitar el contenido de aromáticos (especialmente naftaleno) en el combustible de aviación.
  • Acelerar la transición a SAF, naturalmente bajo en aromáticos
  • Modificar las rutas de vuelo para evitar las regiones atmosféricas propensas a producir estelas de condensación de fuerte calentamiento.