Autores: Christopher A. Figueroa y  Héctor A. Suárez 

A diario vemos como ciertas áreas del mundo se convierten cada vez más verdes. Verdes, refiriéndose al movimiento enfocado en la preservación del medio ambiente. En nuestros días la demanda por la energía renovable incrementa a diario. Algunos ejemplos de sus aplicaciones son los paneles solares o la energía eólica. El movimiento verde para ahorrar combustible está desarrollándose principalmente en el mundo de los autos, pero, ¿será posible aplicarlo a gran escala al mundo de los aviones, o tal vez, hasta los cohetes espaciales?

La industria aeroespacial es una  multibillonaria. Según la NASA, el costo de cada misión espacial es alrededor de $450 millones, más el costo de la nave que es alrededor de $1.7 billones. En un mundo con tanta inversión monetaria tienen que haber personas enfocadas en el ahorro de dinero, y la incrementación de eficiencia con la reducción de gastos. Los materiales con los cuales se hacen las naves ya están en su nivel óptimo de balance entre gasto y eficiencia, lo cual deja poca tela de donde recortar. Una de las áreas en la que se podría ahorrar dinero e incrementar eficiencia sería en el área del combustible. Para calcular el uso de combustible se tiene que tomar en cuenta el peso de la nave, la eficiencia del motor, y la fuerza de arrastre.

El ahorro de combustible espacial está enfocado en combatir la fuerza de arrastre. Se cree que esto puede ser llevado a cabo con el uso de la nanotecnología. Para entender esto mejor tenemos que definir dos cosas: ¿Qué es la fuerza de arrastre?  Y ¿Qué es la nanotecnología? Según la Iniciativa Nacional de Nanotecnología Estadounidense (NNI por sus siglas en inglés), la nanotecnología es, “el estudio y la aplicación de materiales extremadamente pequeños.” Y según la NASA, la fuerza de arrastre o de fricción es “una fuerza mecánica que se genera cuando un sólido viaja a través de un fluido.”

El problema es el material del cual está hecha la nave, el cual es poroso; dichos poros son agujeros extremadamente pequeños los cuales hacen que el blindaje de la nave se llenen de partículas, las cuales  crean una fuerza que aguanta a la nave al despegar y al volar, la fuerza de arrastre. La compañía Easyjet está conduciendo experimentos con un material claro, parecido a la pintura, que está diseñado para rellenar estos poros. La hipótesis es la siguiente, si los poros de la nave pueden ser sellados con nanopartículas, entonces la nave se moverá con mayor facilidad, reduciendo la fuerza de arrastre y por consecuente, reduciendo el uso de combustible.

Todo esto suena muy bien, pero no es tan fácil como parece. Aunque la hipótesis sea correcta, en otras palabras, aunque el experimento funcione, esto representa sólo una pequeña fracción de la fuerza de arrastre. Hay otros factores que se tienen que tomar en cuenta y dichos factores aún no se han podido resolver. El uso del combustible se estima que es usado de la siguiente manera: alrededor de la mitad del combustible es perdido en la energía de combustión química, en la resistencia interna de los motores y al mantenimiento de sistemas de emergencia, otro cuarto es absorbido por la presión del aire y las ondas, y la mitad de lo que queda es utilizado para combatir la turbulencia. Pero no todo está perdido en el ahorro de combustible. Birch, quien conduce los experimentos, piensa que hay diferentes maneras para seguir reduciendo el uso de combustible. Estas maneras varían desde cambiar los tornillos, hasta cambiar los controles de las aeronaves, pero todas estas ideas están todavía están en desarrollo, y tomará tiempo experimentarlas. Los estudios de Birch estiman que si estos experimentos son exitosos, podrían reducir la fuerza de arrastre por un 30%.

Más allá de las soluciones nanotecnológicas para la problemática del gasto de combustible en naves espaciales se encuentran en desarrollo una serie de proyectos cuyo propósito es aplicar la nanotecnología para crear máquinas y materiales que posibiliten un mejor funcionamiento de aviones comerciales, cohetes y aeronaves por igual. En tiempos recientes se han destacado cuatro tecnologías; la primera de éstas siendo la elaboración de recubrimientos delgados para instrumentos y superficies. Los recubrimientos diseñados para filtros ópticos deben ser compatibles con frecuencias de radiación específicas. Ciertos grupos de investigadores se encuentran desarrollando glaseados de silicato y cristales orgánicos para la formación de nanocapas de entre 3 y 10 nanómetros de grosor. Las nanocapas más eficientes, en conjunto con mejores filtros, han permitido la reducción de los niveles de radiación a los cuales se exponen los trabajadores de algunas industrias y la radiación solar recibida por la tripulación de las aeronaves. Aviones militares Sukhoi y Miyokan-Gurevich ya cuentan con cristales con nanocapas que reducen el paso de radiación. Un enfoque multidisciplinario ha llevado a la aplicación de esta tecnología a materiales para empaque resistentes a al crecimiento de bacterias.

Actualmente se encuentran en desarrollo plantas para producir electrolitos sólidos en la forma de soluciones de zirconio y oxígeno combinadas con ciertos óxidos. Estos electrolitos poseen propiedades termomecánicas y conductivas particulares que los hacen idóneos para aplicaciones en dispositivos electroquímicos que operan a altas temperaturas. Algunos instrumentos que podrían ser mejorados son los controladores de oxígeno para las cabinas, electrolizadores de agua para la producción de oxígeno e hidrógeno, controladores de combustión y bombas de oxígeno. Otro material importante en el desarrollo de gran cantidad de objetos es el plástico. Existe un área de estudio que tiene como meta la elaboración de plásticos reforzados con fibra de carbono que tengan mayor elasticidad a través del uso de epóxicos modificados con nanopartículas. Estos nuevos materiales compuestos son de 20% a 30% más flexibles que materiales tradicionales, su elasticidad, fuerza y ligereza tienen como consecuencia el surgimiento de nuevas posibilidades para la creación de piezas y secciones de fuselaje para aviones.

Por último, se ha implementado la nanotecnología en la creación de nanomateriales que conducen el calor con menor eficiencia que el aire; para lograrlo se han utilizado nanoestructuras extremadamente dispersivas con grandes cantidades de poros de menor tamaño en comparación con superficies tradicionales. Esta reducción se debe a que el diámetro de los poros de los nanomateriales es menor al diámetro de las moléculas de aire, por lo que éstas se deslizan por la superficie del material sin chocar con espacios abiertos, reduciendo la transferencia de energía a través de impactos. Experimentos han demostrado que materiales nanotecnológicos son aislantes térmicos más efectivos que materiales fibrosos comunes, haciéndolos prácticos para aplicaciones en dispositivos que pueden estar sujetos a condiciones extremas incluyendo grabadoras de datos para aviones y helicópteros, motores tradicionales, cohetes y equipos para trabajar con metales u aleaciones de éstos.