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Novo estudo avaliou os impactos da sustentabilidade ambiental de carros voadores
Foto: Dave Brenner / Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da Universidade de Michigan
No seriado animado "The Jetsons", criado na década de 1960, o pai da família, George Jetson dirigia seu carro voador todos os dias para o trabalho.
Na vida real, os carros voadores serão um pouco diferentes. Um novo estudo da Universidade de Michigan, em parceria com a Ford Motor, publicado na revista Nature Communications, avaliou os impactos da sustentabilidade ambiental de carros voadores, cujo nome técnico é "veículo elétrico de decolagem e pouso vertical" (eVTOL, na sigla em inglês).
Em resumo, o artigo defende que os eVTOLs não seriam sustentáveis para viagens curtas no estilo Jetsons. Porém os carros voadores poderiam ser adequados para trajetos mais longos.
Os VTOLs combinam a conveniência da decolagem e da aterrissagem vertical como um helicóptero com o voo aerodinâmico de um avião, mais eficiente. Existem várias empresas ao redor do mundo que estão desenvolvendo protótipos desse tipo de veículo.
Os carros voadores seriam especialmente importantes em cidades congestionadas, ou em lugares onde há restrições geográficas, como parte de um serviço de táxi compartilhado, de acordo com os autores do estudo.
Para Gregory Keoleian, diretor do Centro de Sistemas Sustentáveis ​​da Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da Universidade de Michigan, foi muito surpreendente ver que as VTOLs são competitivos em relação ao uso de energia e emissões de gases de efeito estufa em certos cenários. "Um VTOL com ocupação completa poderia superar (em sustentabilidade) carros terrestres em um trajeto de São Francisco a San Jose, na Califórnia, por exemplo", disse ele. Esse trajeto equivale a uma distância de cerca de 78 km.
O estudo analisou o uso de energia, as emissões de gases de efeito estufa e a economia de tempo dos VTOLs em comparação com carros convencionais. Embora os VTOLs produzam emissões zero durante o vôo, suas baterias requerem eletricidade gerada nas usinas elétricas.
Os pesquisadores descobriram que para viagens de 100 quilômetros, um VTOL totalmente carregado transportando um piloto e três passageiros tinham emissões de gases de efeito estufa mais baixas do que os carros terrestres com uma ocupação média de 1,54. As emissões vinculadas ao VTOL foram 52% mais baixas que os veículos a gasolina e 6% inferiores aos veículos com bateria elétrica.
Para Akshat Kasliwal, outro autor do estudo, com os VTOLs, há uma oportunidade de alinhar sustentabilidade e negócios. "Não só a ocupação de passageiros é melhor para as emissões, mas também favorece a economia dos carros voadores. Além disso, os consumidores podem ser incentivados a compartilhar viagens, dada a significativa economia de tempo entre voar e dirigir", diz.
Nas próximas décadas, o setor de transporte global enfrenta o desafio de atender à crescente demanda por mobilidade conveniente de passageiros, reduzindo o congestionamento, melhorando a segurança e mitigando as mudanças climáticas.
Os veículos elétricos e a direção automatizada podem contribuir para alguns desses objetivos, mas são limitados pelo congestionamento das rodovias existentes. Os VTOLs poderiam potencialmente superar algumas dessas limitações, permitindo serviços de táxi pilotados ou outros serviços de viagens aéreas urbanas e regionais.
Várias corporações aeroespaciais e empresas – veteranas e iniciantes – como Airbus, Boeing, Joby Aviation, Lilium, e a brasileira Embraer, por exemplo – e agências como a NASA, estão desenvolvendo protótipos de VTOL. Um facilitador de eficiência crítica para essas aeronaves é a propulsão elétrica distribuída, ou DEP, que envolve o uso de vários pequenos propulsores acionados eletricamente.
Os pesquisadores da UM e da Ford usaram informações disponíveis publicamente dessas fontes e outras para criar um modelo baseado em física que calcula o uso de energia e as emissões de gases de efeito estufa para VTOLs elétricos.
"Nosso modelo representa tendências gerais no espaço do VTOL e usa parâmetros de múltiplos estudos e projetos de aeronaves para especificar peso, razão de sustentação / resistência e energia específica da bateria", disse Noah Furbush, co-autor do estudo e mestrando do Instituto de Tecnologia da Faculdade de Engenharia da UM.
"Além disso, realizamos análises de sensibilidade para explorar os limites desses parâmetros, juntamente com outros fatores, como intensidade de carbono da grade e velocidade do vento", disse Furbush.
Os pesquisadores analisaram o uso de energia primária e as emissões de gases de efeito estufa durante as cinco fases do vôo VTOL: pairar, pairar, descer, pairar, pairar, pousar, cruzeiro e decolagem. Essas aeronaves usam muita energia durante a decolagem e a subida, mas são relativamente eficientes durante a fase de cruzeiro, viajando a 150 mph. Como resultado, as VTOLs são mais eficientes em termos de energia em viagens longas, quando a fase de cruzeiro domina o total de milhas de voo.
Mas para viagens mais curtas – menos de 35 quilômetros – os veículos de motor de combustão interna com um único ocupante consumiam menos energia e produziam menos emissões de gases de efeito estufa do que os VTOLs com um único ocupante. Essa é uma consideração importante, porque o deslocamento médio de veículos terrestres é de apenas 17 quilômetros.
"Como resultado, as viagens em que os VTOLs são mais sustentáveis ​​do que os carros a gasolina representam apenas uma pequena fração do total de quilômetros percorridos no solo", disse o co-autor do estudo Jim Gawron, estudante da Escola de Meio Ambiente da UM. "Consequentemente, os VTOLs serão limitadas em sua contribuição e em seu papel em um sistema de mobilidade sustentável".
Não surpreendentemente, o VTOL completou a viagem de 100 quilômetros mais rápida que os veículos terrestres. Uma trajetória de voo VTOL ponto-a-ponto, associada a velocidades mais altas, resultou em economia de tempo de cerca de 80% em relação aos veículos terrestres.
"A eletrificação de aeronaves, em geral, deverá mudar fundamentalmente a indústria aeroespacial no futuro próximo", disse Furbush.
Os autores do estudo observam que muitas outras questões precisam ser abordadas para avaliar a viabilidade dos VTOLs, incluindo custo, ruído e aceitação social e do consumidor.