El día que los taxis vuelen

Por Iván Rivera, el 12 junio, 2019. Categoría(s): Ciencia • Divulgación • Escepticismo • Ingeniería • Tecnología
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Prototipo de taxi volador eléctrico CityAirbus.
Prototipo de taxi volador eléctrico CityAirbus. (Foto: Airbus).

A principios de mayo de este año CityAirbus, el prototipo de vehículo eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing) de Airbus, despegó por primera vez del suelo en un pequeño salto. Para una máquina voladora, la capacidad de actuar en modo VTOL es algo así como un santo grial en cuestiones aeronáuticas. Un grial caro, como saben en el gran conglomerado aeronáutico europeo, que también fabrica helicópteros. Para los más baratos, a partir de los mil euros por hora. Pero ¿quien no querría «saltarse» el tráfico y volar de helipuerto a helipuerto, sobre los rascacielos de una gran ciudad?

Algo similar han pensado en la Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP, el administrador de los transportes públicos de la región de París). En colaboración con Airbus se ha propuesto determinar hasta qué punto un transporte aéreo realizado mediante vehículos voladores sostenibles y no contaminantes puede integrarse en una red de transportes multimodal. Tren de cercanías, metro, tranvía, autobús, taxi… ¿y taxi volador?

CityAirbus es una máquina interesante. Un prototipo capaz de despegar y aterrizar en vertical, que transporta cuatro pasajeros de forma autónoma, diseñado, según sus creadores, «para la movilidad aérea urbana, con los los objetivos de eficiencia en costes, gran volumen de producción y baja huella medioambiental». Dispone de cuatro baterías con una capacidad de almacenamiento energético de 110 kW·h y capaces de desarrollar una potencia de 140 kW. Esta potencia alimenta el giro de ocho hélices dispuestas por parejas contrarrotatorias en cuatro carenados tubulares, como si se tratara de un dron gigante. Un dron capaz de mover a sus pasajeros a 120 km/h entre helipuertos.

Y con una autonomía de 15 minutos.

Quince minutos de oro

Centro de Atlanta con sistemas de movilidad aérea. (Imagen: NASA).

No creo que esa cifra sorprenda a nadie. Un dron de última generación de alrededor de un kilogramo de masa tiene una autonomía de alrededor de media hora, y aquí estamos hablando de un artefacto considerablemente mayor. Quizá os sorprendáis un poco más —pero no demasiado— si os cuento que podemos hacer el 80% del informe de la RATP con los datos que os he contado hasta ahora. Vamos a ello, centrándonos en una pregunta: ¿cuánto tardaría CityAirbus en completar una «carrera» óptima a plena carga? Sacad un lápiz y una servilleta, y al ataque.

Empecemos por una prueba elemental, una «prueba de cordura» (sanity check). A 120 km/h podemos recorrer 30 kilómetros en un cuarto de hora. Esto nos indica que la funcionalidad básica de taxi la tendríamos cubierta: la mayor parte de los servicios urbanos son más cortos que esa distancia. Soslayado ese aspecto clave, vamos a fijarnos ahora en el ciclo de servicio del sistema. Esto requiere conocer un dato que no tenemos: el tiempo de carga de las baterías.

Una técnica muy común cuando nos encontramos ante una situación como esta es recurrir a un análogo: un sistema similar del que sí conozcamos suficientes datos como para poder extrapolar respuestas sobre nuestro problema. Aunque no hay taxis voladores en producción en ningún lugar del mundo, podemos establecer una comparación significativa con un vehículo terrestre del que sí tenemos una hoja de características técnicas bastante completa. Sabemos que tendrá que ser eléctrico y con una capacidad de transporte similar para que la analogía tenga el máximo sentido. ¿Se os ocurre?

El sistema análogo

Tesla Model X
Tesla Model X. (Foto: Pål-Kristian Hamre, Flickr.)

El Tesla Model X tiene una batería de 100 kW·h, tan solo un 9% más pequeña que nuestro CityAirbus, y se carga de vacío a lleno (0-100%) en alrededor de 6 horas. Parece mucho tiempo, pero lo cierto es que para todos los vehículos eléctricos actualmente a la venta, el tiempo de recarga que se anuncia en los concesionarios no es el 0-100%, sino el 20-80%. Esto es así porque las baterías de litio-ión solo pueden cargarse a su máxima potencia entre esos umbrales de carga. Por debajo del 20% o por encima del 80% es necesario reducir la potencia drásticamente para evitar dañar la batería.

Así, el Model X necesita media hora para realizar una carga 20-80% con un cargador rápido de 150 kW —esto ya se parece más a la cifra que nos suena haber leído por ahí. Nada hace suponer que las baterías del CityAirbus serán fundamentalmente distintas; para empezar, que en los últimos años no ha entrado en producción ninguna nueva tecnología de baterías capaz de almacenar más energía en menos peso, o hacerlo con una curva de carga-descarga más pronunciada. Por tanto, y haciendo una regla de tres, el CityAirbus podría cargarse en 33 minutos para un ciclo 20-80%. La disponibilidad del sistema para cada ciclo de servicio, calculada como el tiempo útil (15 minutos) dividido por el tiempo total (la suma del tiempo útil más el de carga, 15 + 33 minutos) será entonces de un 31%.

Medir es comparar

Para poner en valor esa cifra necesitamos compararla con otra. ¿Cuál será la disponibilidad de un Model X si lo ponemos a funcionar como taxi? Vamos a necesitar inventarnos su tiempo útil dentro de su ciclo de servicio, porque el dato que nos ofrecen en los concesionarios respecto de su autonomía es la máxima distancia que puede recorrer entre cargas. En particular, la carga 20-80% de un Model X ofrece un rango esperado de 245 km. Vamos a suponer que una velocidad promedio razonable para su uso como taxi urbano sería de 30 km/h. Una simple división nos ofrece el tiempo útil: algo más de ocho horas.

Ya podemos calcular la disponibilidad de nuestro taxi eléctrico. Haciendo los mismos números que antes, nos sale que sería del 94%. Intuitivamente parece aceptable: ocho horas es una jornada laboral completa, y perder solo un 6% del tiempo en el proceso de carga no parece demasiado cuando en un uso realista hay muchos otros factores que reducen la disponibilidad real del sistema. Sin pensarlo demasiado se me ocurren dos: descansos y tiempos de traslado en vacío. Así que el Model X es viable como taxi urbano, al menos desde el punto de vista de la disponibilidad. Pero nuestro taxi volador arrojaba un 31%: más de las dos terceras partes del tiempo estaría parado, conectado a una estación de carga.

Hagamos una pirueta más: ¡hop! Si el coste de inversión (lo que llaman capital expense o CAPEX) de CityAirbus fuera igual que el del Tesla, y olvidándonos de momento de la otra fuente de costes (los operativos u OPEX), la amortización por minuto de uso tendría que ser tres veces superior en el caso del taxi volador que en el terrestre. Pero —¡hop!— como dicen en mi pueblo, ni el que asó la manteca se creería tal cosa. Un helicóptero convencional cuesta varios millones de euros. Por ponernos en modo optimista-tope-max, podríamos decir que CityAirbus, si llega algún día a ser producido en serie, tendría un CAPEX diez veces superior al del Model X. Eso supone alrededor de millón y medio de euros, lo que lo convertiría en el helicóptero más barato del mercado por plaza. Pero supongamos que es posible: después de todo un helicóptero es un cacharro alarmantemente complejo, y este dron gigante tendría muchísimas menos piezas móviles. En ese caso, estaríamos hablando de una amortización por minuto treinta veces superior para CityAirbus que para el Tesla.

Contar con las infraestructuras

Helipuerto de Manhattan, Nueva York
Helipuerto de Manhattan, Nueva York. (Foto: David Jones, Flickr).

Y eso que estamos pasando de considerar en la ecuación el coste de infraestructuras, igual que con los taxis convencionales. Pero las flotas de taxi pueden permitirse el lujo de obviar esto en sus cuentas: las carreteras ya están ahí y solo necesitan que el regulador local les reserve zonas de parada y recogida de viajeros —y en el caso de los taxis «modernos» como Cabify o Uber, ni eso, con negativas consecuencias para el tráfico en su conjunto. CityAirbus, o en realidad cualquier otro taxi volador, necesitará su red de mini-helipuertos desde la que operar. ¿No pensaríais que un taxi volador podría aterrizar en cualquier sitio, en medio de la calle?

Todo esto parece suficientemente revelador, pero ¡es el mejor de los casos! Si los 15 minutos de autonomía de CityAirbus no estuvieran referidos a un ciclo de carga 20-80% sino a un vacío-lleno, su tiempo de recarga completa pasaría a superar las seis horas y media y la disponibilidad resultante se quedaría en un irrisorio 3,6%. La amortización por minuto subiría a 258 veces la de un taxi eléctrico con ruedas. Y no hace falta decir mucho más.

El diablo está en los detalles. Puede que con lo que os he contado hasta aquí le hayamos hecho el 80% de su estudio a la autoridad de transportes parisina, pero el 20% restante, como ya sabía Pareto, es la parte que realmente da trabajo. Números más exactos, análisis de diferentes ciclos de operación con distintas cargas, diseño de infraestructuras, y lo que es más importante: una determinación precisa de en qué punto del desarrollo de la tecnología de baterías el taxi volador sería viable.

Tengo una fama, quizá merecida, de Grinch de la tecnología. Os aseguro que no es cierto: a nadie le gustaría más que a mí ver taxis zumbando entre los edificios de nuestras ciudades —y tubos al vacío con cápsulas llenas de gente de aquí para allá a velocidades cercanas a la del sonido, ya que estamos. Pero, amigos, el escepticismo también es esto. ¿Veremos taxis voladores alguna vez en nuestras vidas? Primero tenemos que ver baterías con mucha mayor capacidad de almacenamiento de energía y curvas de carga-descarga lo suficientemente pronunciadas. Mañana no va a ser.

Y, energéticamente hablando, tiene más posibilidades de conseguirlo un convertiplano eléctrico eléctrico como Lilium. Al menos puede ahorrar energía durante la etapa central de su vuelo gracias a la sustentación de sus alas. Aunque un convertiplano es un animal complejo: hay muy pocos ejemplos de aparatos voladores de hélices basculantes —el más conocido es el híbrido militar de avión y helicóptero V-22 Osprey. ¿Lo conseguirá una empresa que, esencialmente, es una startup?



Por Iván Rivera, publicado el 12 junio, 2019
Categoría(s): Ciencia • Divulgación • Escepticismo • Ingeniería • Tecnología
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