Infraestructura aeronáutica para propulsión alternativa

Como la búsqueda de soluciones Para abordar el impacto climático de la aviación se vuelve más urgente, existe un gran interés en tecnologías de propulsión alternativa, como aviones de hidrógeno, eléctricos de batería y eléctricos híbridos. Los aviones que funcionan con hidrógeno y sistemas de propulsión eléctricos de batería podrían representar entre el 21 y el 38 por ciento de la flota mundial de aviones comerciales y de carga para 2050, según las estimaciones de energía de Mission Possible Partnership para el sector de la aviación.1 Hacer posible la aviación neta cero: una iniciativa respaldada por la industria , Estrategia de transición alineada con 1,5°C, Mission Possible Partnership, julio de 2022. Si bien los plazos pueden parecer distantes, las nuevas tecnologías comenzarán a aparecer en esta década.

Existe incertidumbre sobre lo que implican estos cambios de infraestructura y cómo los aeropuertos y otras partes interesadas pueden comenzar a prepararse para ellos. Target True Zero: Entrega de infraestructura para vuelos propulsados ​​por baterías e hidrógeno es un informe elaborado por Target True Zero, una iniciativa del Foro Económico Mundial que reúne a líderes de todas las industrias aeroespacial y de aviación, con el apoyo de los socios de conocimiento Aviation Environment Federation, McKinsey. y el Acelerador de Impacto de la Aviación de la Universidad de Cambridge. Su objetivo es ayudar a arrojar luz sobre algunas de las consideraciones clave que afectan la propulsión alternativa.

El informe tiene tres objetivos:

Los hallazgos del informe, resumidos aquí, se basan en diez conocimientos clave desarrollados a través del análisis de McKinsey y fundamentados en conversaciones con líderes de la industria y talleres realizados por Target True Zero.

La demanda de energía limpia en la aviación podría alcanzar nuevas alturas. Estimamos la demanda de energía necesaria para soportar aviones que utilicen propulsión alternativa en 2050 y luego examinamos las implicaciones para la infraestructura de la aviación.

Los aviones propulsados ​​por baterías eléctricas y por hidrógeno podrían representar entre el 21 y el 38 por ciento de todos los aviones para 2050, lo que representa entre el 15 y el 34 por ciento de las necesidades energéticas generales del sector. La propulsión alternativa podría requerir entre 600 y 1.700 teravatios-hora de energía limpia para 2050, a nivel mundial, lo que equivale a la energía generada por entre diez y 25 de los parques eólicos más grandes del mundo o un parque solar del tamaño de Bélgica. Alrededor del 89 al 96 por ciento de la energía se utilizaría para aviones propulsados ​​por hidrógeno, mientras que sólo del 4 al 11 por ciento se utilizaría para impulsar aviones más pequeños propulsados ​​por baterías eléctricas, como turbohélices, jets regionales y aviones más pequeños de fuselaje estrecho ( Exhibición 1).

A medida que la propulsión alternativa gane terreno, los aeropuertos necesitarán más energía para sus operaciones in situ que la que necesitan hoy. Para un aeropuerto que es un gran centro que busca invertir en licuefacción de hidrógeno in situ y carga para aviones propulsados ​​por baterías eléctricas, el consumo total de electricidad in situ para terminales, apoyo en tierra y otros usos podría estar entre 1.250 y 2.450 gigavatios. horas al año, lo que supone entre cinco y diez veces más electricidad de la que consume actualmente el aeropuerto Heathrow de Londres. Para satisfacer estas demandas, los aeropuertos deberán tomar medidas para mejorar las conexiones de la red, la infraestructura de distribución de energía local y sus propias centrales eléctricas.

La propulsión alternativa requerirá dos nuevas cadenas de valor de infraestructura. Uno involucrará aviación propulsada por baterías eléctricas y el otro será para aviación propulsada por hidrógeno. Estas cadenas de valor pueden incluir muchos socios nuevos que actualmente no forman parte del ecosistema de la aviación y coexistirán con la infraestructura necesaria para el combustible de aviación sostenible y el combustible convencional. El sector necesitará nuevos procedimientos para la adquisición, almacenamiento, procesamiento y gestión de energía, así como medios para distribuir esa energía a las aeronaves.

La mayoría de los aeropuertos tienen espacio para infraestructura de licuefacción y almacenamiento de hidrógeno, pero no suficiente terreno para generar la energía limpia necesaria para impulsar aviones mediante baterías eléctricas y medios de hidrógeno. Si bien los aeropuertos han sido promocionados como posibles centros energéticos, la escala de la demanda de energía para la propulsión alternativa hará extremadamente difícil realizar toda la producción de energía en los aeropuertos. Por ejemplo, si el aeropuerto París-Charles De Gaulle se utiliza como ejemplo de un importante centro internacional, se necesitarían aproximadamente 5.800 hectáreas de paneles solares para generar suficiente electricidad para satisfacer sus demandas en el escenario prudente de Mission Possible Partnership. Esto supera con creces el tamaño del propio aeropuerto, que ahora ocupa 3.300 hectáreas. Dados estos importantes requisitos de espacio, la mayoría de los aeropuertos probablemente dependerán de asociaciones con otros proveedores de electricidad dentro de sus ecosistemas regionales para satisfacerlos.

Proporcionar la infraestructura necesaria dentro y fuera del aeropuerto para la propulsión alternativa requerirá una inversión significativa por parte de los aeropuertos y otras partes interesadas. Nuestro análisis descubrió múltiples ideas relacionadas con esta inversión.

El cambio a la propulsión alternativa requerirá una inversión de capital de entre 700 mil millones de dólares y 1,7 billones de dólares en toda la cadena de valor para 2050 (Anexo 2). Aproximadamente el 90 por ciento de esta inversión se destinará a infraestructura fuera del aeropuerto, principalmente generación de energía y electrólisis y licuefacción de hidrógeno. Los gastos de capital en generación de energía verde para la aviación por sí solos duplicarían las proyecciones actuales para los gastos de capital en aeropuertos globales ($1,68 billones para 2040, a $84 mil millones por año). Esto hace que sea casi seguro que los actores de la aviación necesitarán formar asociaciones con empresas de otras industrias, como proveedores de energía y aquellas de industrias consumidoras de hidrógeno, para asegurar la inversión necesaria.

Los gastos de capital en infraestructura aeroportuaria, que representan el 10 por ciento restante del total de los gastos de capital, ascenderán a un total más modesto de entre 66.000 y 114.000 millones de dólares, en total, para 2050. Esto representa el equivalente de 0,8 a 1,4 años de inversión incremental en reconstrucción y ampliación del aeropuerto, sobre la base del gasto medio actual.

La inversión necesaria en infraestructura aeroportuaria en el cambio hacia la propulsión alternativa será significativamente mayor para los aeropuertos grandes que para los aeropuertos más pequeños, pero de magnitud similar a otras inversiones importantes, como la construcción de una nueva terminal. Un centro intercontinental podría esperar invertir un total de aproximadamente 3.900 millones de dólares para 2050 en toda la cadena de valor, incluida la adquisición de energía y la producción de hidrógeno, mientras que la inversión para un importante aeropuerto regional sería de alrededor de 1.300 millones de dólares.

Poniendo esto en perspectiva, los gastos de capital para un centro internacional o un aeropuerto regional importante serían aproximadamente equivalentes a los de la ampliación de la terminal del aeropuerto LaGuardia, o alrededor del 20 por ciento del costo del proyecto de la tercera pista del aeropuerto de Heathrow. Los costos para los aeropuertos más pequeños serán mucho menores, ya que no tendrán que soportar aviones más grandes, que requieren una infraestructura más avanzada.

Se espera que los operadores de propulsión alternativa paguen primas del 76 al 86 por ciento sobre el precio de mercado de la electricidad verde, lo que refleja costos operativos adicionales de la infraestructura de aviación. Otra consideración importante para los aeropuertos y operadores se relaciona con sus gastos operativos, en particular el costo de la energía, ya que esto determinará el grado en que se adopten los aviones propulsados ​​por baterías eléctricas y por hidrógeno. Los costos adicionales para procesar y entregar hidrógeno y electricidad a los aeropuertos crearán una prima por el uso de estos tipos de propulsión, similar conceptualmente a la diferencia de “crack spread” entre el precio de un barril de petróleo crudo y el de los productos derivados del petróleo refinados. .

Las inversiones necesarias para cumplir los objetivos de infraestructura relacionados con la propulsión alternativa para 2050 deben comenzar ahora. Los primeros elementos de la infraestructura aeroportuaria deben estar instalados en 2025 para satisfacer la demanda energética esperada. Desde la inversión hasta la instalación, los plazos de desarrollo de la infraestructura eléctrica de baterías podrían ser de entre dos y cuatro años (Anexo 3). Los aeropuertos ya están conectados a redes eléctricas y es posible que cuenten con equipos eléctricos de apoyo en tierra y cargadores de vehículos eléctricos. Si bien es probable que se requieran mejoras en la conexión a la red y sistemas de almacenamiento de energía a medida que los aviones propulsados ​​por baterías eléctricas se vuelvan más populares, la infraestructura eléctrica por baterías será relativamente fácil de ampliar.

Por el contrario, es mucho menos probable que la infraestructura de hidrógeno sea incremental. Es posible que los aeropuertos necesiten reconstruir la infraestructura de hidrógeno interna a medida que aumenta la adopción de aviones propulsados ​​por hidrógeno, o pueden omitir ciertos pasos, según las previsiones de crecimiento.

La transición a la propulsión alternativa de los aviones es compleja y costosa, por lo que los aeropuertos no pueden realizar este trabajo de forma aislada.

Para aprovechar el poder de los efectos de la red y la conectividad regional, será necesaria la coordinación de la inversión en infraestructura para hacer factible la operación de propulsión alternativa. Si bien los grandes aeropuertos soportarán los costos más altos en el cambio a la propulsión alternativa, los casos de uso iniciales de los combustibles probablemente involucrarán aeropuertos más pequeños para vuelos propulsados ​​por baterías eléctricas o rutas únicas de punto a punto entre aeropuertos grandes y medianos para aviones propulsados ​​por hidrógeno. Por lo tanto, será necesaria la coordinación de la inversión en aeropuertos más pequeños dentro de regiones geográficas más pequeñas para el funcionamiento de aviones propulsados ​​por baterías eléctricas. Para las aeronaves propulsadas por hidrógeno, será necesaria la coordinación entre aeropuertos grandes y pequeños (posiblemente entre múltiples jurisdicciones nacionales), lo que por lo tanto representa un desafío mayor. Para tener éxito, los aeropuertos, los operadores y otras partes interesadas deben unirse para catalizar acciones dentro y entre las regiones.

La industria de la aviación necesitará asociarse con otras industrias para asegurar suficiente electricidad verde e hidrógeno para una propulsión alternativa en un entorno de oferta limitada y para tener voz en el futuro del ecosistema del hidrógeno. Los aeropuertos podrían adquirir suficientes reservas de hidrógeno y ayudar a dar forma al futuro de la industria explorando asociaciones con proveedores de energía verde para la generación de electricidad y la producción de hidrógeno. También podrían conectarse con consumidores de hidrógeno de alta demanda, como refinerías y fabricantes de acero y fertilizantes, y con productores de combustibles de aviación sostenibles para suministrar hidrógeno como combustible directo a los aeropuertos. Este enfoque también permitiría a los aeropuertos invertir en el desarrollo de tecnología eficiente de electrólisis y licuefacción, con el objetivo de reducir costos y acercar la producción al aeropuerto.

La introducción y el crecimiento de la propulsión alternativa dentro del sector de la aviación requerirán cambios significativos en las cadenas de valor actuales, lo que requerirá enormes inversiones en producción de energía limpia, inversión en aeropuertos y coordinación entre múltiples partes interesadas dentro y fuera del sector de la aviación tradicional. Los primeros cambios pueden ocurrir pronto; sin embargo, los cambios significativos resultantes del cambio a la propulsión alternativa se producirán gradualmente, lo que permitirá a los aeropuertos y a sus electores prepararse en consecuencia.

sarina carteres analista de capacidades y conocimientos en la oficina de McKinsey en Waltham, Massachusetts;Jonathan Leees consultor en la oficina de Washington, DC;Adam Mitchelles socio asociado en la oficina de Toronto, dondeMichael Saposnikes consultor;Robin Riedel es socio de la oficina del Área de la Bahía; yDavid Hydees el líder de proyectos aeroespaciales en el Foro Económico Mundial.

Este artículo fue editado por Alexandra Mondalek, editora de la oficina de Nueva York.