Economía de combustible en los aviones

El ahorro de combustible en los aviones es la medida de la eficiencia energética de transporte de los aviones . El ahorro de combustible se incrementa con una mejor aerodinámica y mediante la reducción de peso , y con un consumo de combustible específico del freno del motor y una eficiencia de propulsión mejoradas o un consumo de combustible específico del empuje . La resistencia y el alcance se pueden maximizar con la velocidad aerodinámica óptima , y ​​la economía es mejor a altitudes óptimas , generalmente más altas. La eficiencia de una aerolínea depende del consumo de combustible de su flota, la densidad de asientos , la carga aérea y el factor de carga de pasajeros , mientras que los procedimientos operativos como el mantenimiento y la planificación de rutas pueden ahorrar combustible.

El consumo medio de combustible de los nuevos aviones se redujo un 45% entre 1968 y 2014, lo que supone una reducción anual compuesta del 1,3% con una tasa de reducción variable. En 2018, las emisiones de CO₂ ascendieron a 747 millones de toneladas en el transporte de pasajeros, por 8,5 billones de pasajeros-kilómetro (RPK), lo que arroja un promedio de 88 gramos de CO₂ por RPK; ^[2] esto representa 28 g de combustible por kilómetro, o un consumo de combustible de 3,5 L/100 km (67 mpg _‑US ) por pasajero, en promedio. Los vuelos con peor rendimiento son los viajes cortos de entre 500 y 1500 kilómetros porque el combustible utilizado para el despegue es relativamente grande en comparación con la cantidad gastada en el segmento de crucero, y porque los aviones regionales menos eficientes en cuanto al consumo de combustible suelen utilizarse en vuelos más cortos. ^[2]

Las nuevas tecnologías pueden reducir el consumo de combustible del motor, como mayores relaciones de presión y derivación , turbofán con engranajes , rotores abiertos , propulsión híbrida eléctrica o totalmente eléctrica , y la eficiencia de la estructura del avión con modificaciones, mejores materiales y sistemas y una aerodinámica avanzada.

Un avión propulsado contrarresta su peso mediante la sustentación aerodinámica y contrarresta su resistencia aerodinámica con empuje . El alcance máximo del avión está determinado por el nivel de eficiencia con el que se puede aplicar el empuje para superar la resistencia aerodinámica .

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La aerodinámica , un subcampo de la dinámica de fluidos , estudia la física de un cuerpo que se mueve por el aire. Como la sustentación y la resistencia son funciones de la velocidad del aire, sus relaciones son determinantes principales de la eficiencia del diseño de una aeronave.

La eficiencia de la aeronave aumenta maximizando la relación sustentación-resistencia , que se logra minimizando la resistencia parásita y la resistencia inducida generada por la sustentación , los dos componentes de la resistencia aerodinámica. A medida que la resistencia parásita aumenta y la resistencia inducida disminuye con la velocidad, existe una velocidad óptima en la que la suma de ambas es mínima; esta es la mejor relación de planeo . Para las aeronaves con motor, la relación de planeo óptima debe equilibrarse con la eficiencia de empuje.

La resistencia parasitaria está constituida por la resistencia de forma y la resistencia de fricción superficial , y crece con el cuadrado de la velocidad en la ecuación de resistencia . La resistencia de forma se minimiza al tener el área frontal más pequeña y al racionalizar la aeronave para lograr un coeficiente de resistencia bajo , mientras que la fricción superficial es proporcional al área de la superficie del cuerpo y se puede reducir al maximizar el flujo laminar .

La resistencia inducida se puede reducir disminuyendo el tamaño de la estructura del avión , el peso del combustible y de la carga útil , y aumentando la relación de aspecto del ala o utilizando dispositivos en las puntas de las alas a costa de aumentar el peso de la estructura. ^{[ cita requerida ]}

Al aumentar la eficiencia, una velocidad de crucero más baja aumenta el alcance y reduce el impacto ambiental de la aviación ; sin embargo, una velocidad de crucero más alta permite volar más millas por pasajero por día.

En el vuelo supersónico , la resistencia aumenta a Mach 1,0, pero vuelve a disminuir después de la transición. Con un avión diseñado específicamente, como el Aerion AS2 (que ya no se fabrica) , el alcance a Mach 1,1 a 3700 millas náuticas es el 70 % del alcance máximo de 5300 millas náuticas a Mach 0,95, pero aumenta a 4750 millas náuticas a Mach 1,4 durante el 90 % antes de volver a caer. ^[3]

Los dispositivos de punta de ala aumentan la relación de aspecto efectiva del ala , reduciendo la resistencia inducida por la sustentación causada por los vórtices de la punta de ala y mejorando la relación sustentación-resistencia sin aumentar la envergadura. (La envergadura está limitada por el ancho disponible en el Código de Referencia de Aeródromos de la OACI ). Airbus instaló vallas de punta de ala en sus aviones desde el A310-300 en 1985, y los winglets combinados Sharklet para el A320 se lanzaron durante el Salón Aeronáutico de Dubái de noviembre de 2009. Su instalación agrega 200 kilogramos (440 lb) pero ofrece una reducción del consumo de combustible del 3,5% en vuelos de más de 2800 km (1500 millas náuticas). ^[4]

En promedio, entre los grandes aviones comerciales, los Boeing 737-800 son los que más se benefician de los winglets. En promedio, aumentan su eficiencia en un 6,69%, pero, según la ruta, tienen una distribución de ahorro de combustible que va del 4,6% al 10,5%. Los Airbus A319 obtienen los ahorros de combustible y emisiones más consistentes gracias a los winglets. Los Airbus A321 tienen una mejora promedio del 4,8% en el consumo de combustible, pero tienen la variación más amplia según las rutas y los aviones individuales, con una mejora que va desde el 0,2% hasta el 10,75%. ^[5]

Como el peso genera indirectamente una resistencia inducida por la sustentación, su minimización conduce a una mejor eficiencia de la aeronave. Para una carga útil dada, una estructura más liviana genera una menor resistencia. La minimización del peso se puede lograr mediante la configuración de la estructura, la ciencia de los materiales y los métodos de construcción. Para obtener una mayor autonomía, se necesita una fracción de combustible mayor del peso máximo de despegue , lo que afecta negativamente la eficiencia. ^{[ cita requerida ]}

El peso muerto de la estructura del avión y el combustible no es una carga útil que se deba elevar hasta la altitud y mantenerse en el aire, lo que contribuye al consumo de combustible. Una reducción en el peso de la estructura del avión permite el uso de motores más pequeños y ligeros. El ahorro de peso en ambos permite una carga de combustible más ligera para una autonomía y una carga útil determinadas. Una regla general es que una reducción en el consumo de combustible de aproximadamente el 0,75 % resulta de cada reducción del 1 % en el peso. ^[6]

La fracción de carga útil de los aviones modernos de dos pasillos es del 18,4% al 20,8% de su peso máximo de despegue, mientras que los aviones de pasillo único están entre el 24,9% y el 27,7%. El peso de un avión se puede reducir con materiales ligeros como el titanio , la fibra de carbono y otros plásticos compuestos si el gasto se puede recuperar durante la vida útil del avión. Las ganancias de eficiencia de combustible reducen el combustible transportado, lo que reduce el peso de despegue para una retroalimentación positiva . Por ejemplo, el diseño del Airbus A350 incluye una mayoría de materiales compuestos ligeros. El Boeing 787 Dreamliner fue el primer avión de pasajeros con una estructura de fuselaje principalmente compuesta . ^[7]

En los vuelos de larga distancia , el avión necesita llevar combustible adicional, lo que genera un mayor consumo de combustible. Por encima de una cierta distancia, resulta más eficiente en términos de combustible hacer una parada a mitad de camino para repostar, a pesar de las pérdidas de energía en el descenso y el ascenso . Por ejemplo, un Boeing 777 -300 alcanza ese punto a 3000 millas náuticas (5600 km). Es más eficiente en términos de combustible hacer un vuelo sin escalas a una distancia menor y hacer una parada cuando se cubre una distancia total mayor. ^[8]

Los vuelos de pasajeros sin escalas muy largos sufren la penalización de peso del combustible adicional requerido, lo que significa limitar el número de asientos disponibles para compensar. Para tales vuelos, el factor fiscal crítico es la cantidad de combustible quemado por asiento-milla náutica. ^[9] Por estas razones, los vuelos comerciales más largos del mundo se cancelaron alrededor de  2013. Un ejemplo es el antiguo vuelo de Singapore Airlines de Nueva York a Singapur, que podía transportar solo 100 pasajeros (todos en clase ejecutiva) en el vuelo de 10,300 millas (16,600 km). Según un analista de la industria, "[Era] prácticamente un avión cisterna de combustible en el aire". ^[10] Los vuelos 21 y 22 de Singapore Airlines se relanzaron en 2018 con más asientos en un A350-900 ULR.

A finales de la década de 2000 y principios de la de 2010, el aumento de los precios del combustible junto con la Gran Recesión provocaron la cancelación de muchos vuelos de larga distancia sin escalas. Esto incluyó los servicios proporcionados por Singapore Airlines desde Singapur a Newark y Los Ángeles, que finalizaron a fines de 2013. ^{[11] [12]} Pero como los precios del combustible han disminuido desde entonces y han entrado en servicio aviones más eficientes en cuanto al consumo de combustible, se han restablecido o programado nuevas rutas de larga distancia ^[13] (ver Vuelos más largos ).

La eficiencia puede definirse como la cantidad de energía que se transmite al avión por unidad de energía del combustible. La velocidad a la que se transmite la energía es igual al empuje multiplicado por la velocidad aerodinámica. ^{[ cita requerida ]}

Para obtener empuje, un motor de avión es un motor de eje ( motor de pistón o turbohélice) , con una eficiencia inversamente proporcional a su consumo de combustible específico para el freno  , acoplado a una hélice que tiene su propia eficiencia propulsiva ; o un motor a reacción con su eficiencia dada por su velocidad aerodinámica dividida por el consumo de combustible específico para el empuje y la energía específica del combustible. ^{[14] [ necesita cita para verificar ]}

Los turbohélices tienen una velocidad óptima por debajo de las 460 millas por hora (740 km/h). ^[15] Esto es menos que los jets utilizados por las principales aerolíneas en la actualidad, sin embargo, los aviones de hélice son mucho más eficientes. ^{[16] [ se necesita cita para verificar ]} El turbohélice Bombardier Dash 8 Q400 se utiliza por esta razón como avión de pasajeros regional. ^{[17] [18] [ se necesita verificación ]}

El costo del combustible para aviones y la reducción de las emisiones han renovado el interés en el concepto de propulsor de hélice para aviones comerciales, con énfasis en la eficiencia del motor y la estructura del avión, que podría entrar en servicio más allá del Boeing 787 y el Airbus A350 XWB. Por ejemplo, Airbus ha patentado diseños de aeronaves con propulsores gemelos contrarrotativos montados en la parte trasera. ^[19] Los propulsores de hélice cubren la brecha entre los turbohélices, que pierden eficiencia más allá de Mach 0,5-0,6, y los turbohélices de alto bypass, más eficientes más allá de Mach 0,8. La NASA ha llevado a cabo un Proyecto de Turbohélice Avanzado (ATP), donde investigaron un propulsor de hélice de paso variable que producía menos ruido y alcanzaba altas velocidades. ^[20]

En Europa en 2017, el consumo medio de combustible de las aerolíneas por pasajero fue de 3,4 L/100 km (69 mpg _‑US ), un 24% menos que en 2005, pero a medida que el tráfico creció un 60% a 1.643 billones de pasajeros-kilómetros , las emisiones de CO₂ aumentaron un 16% a 163 millones de toneladas para 99,8 g/km de CO₂ por pasajero. ^[21] En 2018, las aerolíneas estadounidenses tuvieron un consumo de combustible de 58 mpg _‑US (4,06 L/100 km) por pasajero de ingresos para vuelos nacionales, ^[22] o 32,5 g de combustible por km, generando 102 g de CO₂ / RPK de emisiones.

En 2013, el Banco Mundial evaluó la huella de carbono de la clase ejecutiva como 3,04 veces mayor que la de la clase económica en aviones de fuselaje ancho , y la de la primera clase 9,28 veces mayor, debido a que los asientos premium ocupan más espacio, factores de peso más bajos y mayores franquicias de equipaje (asumiendo factores de carga del 80% para la clase económica, 60% para la clase ejecutiva y 40% para la primera clase). ^[23]

Con una eficiencia de propulsión constante, la velocidad máxima de alcance se alcanza cuando la relación entre velocidad y resistencia es mínima, ^{[24] mientras que} la resistencia máxima se alcanza con la mejor relación sustentación-resistencia.

La densidad del aire disminuye con la altitud, lo que reduce la resistencia aerodinámica, suponiendo que la aeronave mantenga una velocidad aerodinámica equivalente constante . Sin embargo, la presión y la temperatura del aire disminuyen con la altitud, lo que hace que la potencia máxima o el empuje de los motores de la aeronave se reduzcan. Para minimizar el consumo de combustible, una aeronave debe volar cerca de la altitud máxima a la que puede generar suficiente sustentación para mantener su altitud. A medida que el peso de la aeronave disminuye durante el vuelo, debido al consumo de combustible, su altitud de crucero óptima aumenta.

En un motor de pistón , la disminución de presión a mayores altitudes se puede mitigar mediante la instalación de un turbocompresor .

La disminución de la temperatura a mayores altitudes aumenta la eficiencia térmica . ^{[ cita requerida ]}

Desde principios de 2006 hasta 2008, Scandinavian Airlines voló más lento, de 860 a 780 km/h, para ahorrar costos de combustible y reducir las emisiones de dióxido de carbono. ^[25]

Entre 2010 y 2012, la aerolínea nacional estadounidense más eficiente en términos de consumo de combustible fue Alaska Airlines , debido en parte a que su filial regional Horizon Air utiliza turbohélices. ^[17] En 2014, MSCI clasificó a Ryanair como la aerolínea con menor intensidad de emisiones en su índice ACWI con 75 g de CO2e _/ pasajero -kilómetro transportado (por debajo de Easyjet con 82 g, el promedio con 123 g y Lufthansa con 132 g) al utilizar Boeing 737-800 de alta densidad con 189 asientos . En 2015, Ryanair emitió 8,64 mil millones de toneladas de CO2 _en 545.034 sectores volados: 15,85 t por 776 mi (674 nmi; 1.249 km) de promedio por sector (o 5,04 t de combustible: 4,04 kg/km) lo que representa 95 kg por cada 90,6 millones de pasajeros (30,4 kg de combustible: 3,04 L/100 km o 76 g de CO2 _/ km). ^[26]

En 2016, en las rutas transpacíficas, el consumo promedio de combustible fue de 31 pax-km por L (3,23 L/100 km [73 mpg ‑US _] por pasajero). Las más eficientes en combustible fueron Hainan Airlines y ANA con 36 pax-km/L (2,78 L/100 km [85 mpg _‑US ] por pasajero) mientras que Qantas fue la menos eficiente con 22 pax-km/L (4,55 L/100 km [51,7 mpg _‑US ] por pasajero). ^[27] Los impulsores clave para la eficiencia fueron la participación del transporte aéreo de carga con un 48%, la densidad de asientos con un 24%, el consumo de combustible de las aeronaves con un 16% y el factor de carga de pasajeros con un 12%. ^[27] Ese mismo año, Cathay Pacific y Cathay Dragon consumieron 4.571.000 toneladas de combustible para transportar 123.478 millones de pasajeros por kilómetro , o 37 g/RPK, un 25% mejor que en 1998: 4,63 L/100 km (50,8 mpg _‑US ). ^[28] Nuevamente en 2016, el consumo de combustible del Grupo Aeroflot es de 22,9 g/ ASK , o 2,86 L/100 km (82 mpg _‑US ) por asiento, 3,51 L/100 km (67,0 mpg _‑US ) por pasajero en su factor de carga del 81,5%. ^[29]

El ahorro de combustible en el transporte aéreo se obtiene a partir de la eficiencia de combustible del modelo de avión + motor, combinada con la eficiencia de la aerolínea: configuración de asientos , factor de ocupación de pasajeros y carga aérea . En la ruta transatlántica , el mercado intercontinental más activo, el consumo promedio de combustible en 2017 fue de 34 pax-km por L (2,94 L/100 km [80 mpg _‑US ] por pasajero). La aerolínea más eficiente en combustible fue Norwegian Air Shuttle con 44 pax-km/L (2,27 L/100 km [104 mpg _‑US ] por pasajero), gracias a su eficiente Boeing 787 -8, un alto factor de ocupación de pasajeros del 85% y una alta densidad de 1,36 asientos/m ² debido a un bajo 9% de asientos premium. Por otro lado, la menos eficiente fue British Airways con 27 pax-km/L (3,7 L/100 km [64 mpg _{‑US ] por pasajero), utilizando} Boeing 747-400 ineficientes en combustible con una baja densidad de 0,75 asientos/m ² debido a un alto 25% de asientos premium, a pesar de un alto factor de carga del 82%. ^[30]

En 2018, las emisiones de CO₂ ascendieron a 918 Mt, de las cuales el 81 % correspondió al transporte de pasajeros, o 744 Mt, para 8,2 billones de kilómetros de pasajeros transportados : ^[31] un consumo medio de combustible de 90,7 g/RPK CO₂ - 29 g/km de combustible (3,61 L/100 km [65,2 mpg _‑US ] por pasajero)

En 2019, Wizz Air declaró unas emisiones de CO₂ de 57 g/RPK (equivalentes a 18,1 g/km de combustible, 2,27 L/100 km [104 mpg _‑US ] por pasajero), un 40% más bajas que IAG o Lufthansa (95 g CO₂/RPK - 30 g/km de combustible, 3,8 L/100 km [62 mpg _‑US ] por pasajero), debido a sus clases ejecutivas , asientos de menor densidad y conexiones de vuelo . ^[32]

En 2021, la mayor densidad de asientos en su A330neo , con 459 asientos de clase única, permitió a Cebu Pacific reclamar la huella de carbono más baja con 1,4 kg (3 lb) de combustible por asiento cada 100 km, ^[33] equivalente a 1,75 L/100 km [134 mpg _‑US ] por asiento.

Los enfoques de descenso continuo pueden reducir las emisiones. ^{[34] Más allá del} rodaje con un solo motor , el rodaje eléctrico podría permitir el rodaje solo con energía de la APU , con los motores principales apagados, para reducir el consumo de combustible. ^{[35] [36]}

Airbus presentó las siguientes medidas para ahorrar combustible, en su ejemplo de un Airbus A330 volando 2.500 millas náuticas (4.600 km) en una ruta como Bangkok-Tokio: la ruta directa ahorra 190 kg (420 lb) de combustible al volar 40 km (25 mi) menos; se consumen 600 kg (1.300 lb) más de combustible si se vuela 600 m (2.000 ft) por debajo de la altitud óptima sin optimización del perfil de vuelo vertical; navegar a Mach 0,01 por encima de la velocidad óptima consume 800 kg (1.800 lb) más de combustible; 1.000 kg (2.200 lb) más de combustible a bordo consumen 150 kg (330 lb) más de combustible, mientras que 100 litros (22 imp gal; 26 US gal) de agua potable sin usar consumen 15 kg (33 lb) más de combustible. ^[37]

Los procedimientos operacionales pueden ahorrar 35 kg (77 lb) de combustible por cada 10 minutos de reducción en el uso de la unidad de potencia auxiliar (APU), 15 kg (33 lb) con una aproximación de flaps reducida y 30 kg (66 lb) con una inversión de empuje reducida en el aterrizaje. ^[37] El mantenimiento también puede ahorrar combustible: se consumen 100 kg (220 lb) más de combustible sin un programa de lavado del motor; 50 kg (110 lb) con un espacio de aparejo de slat de 5 mm (0,20 in), 40 kg (88 lb) con un espacio de aparejo de spoiler de 10 mm (0,39 in) y 15 kg (33 lb) con un sello de puerta dañado. ^[37]

La gestión del rendimiento permite optimizar el factor de carga , beneficiando la eficiencia del combustible , al igual que la optimización de la gestión del tráfico aéreo . ^[38]

Aprovechando la corriente ascendente de aire como las aves migratorias ( biomimetismo ), Airbus cree que un avión puede ahorrar entre un 5 y un 10% de combustible volando en formación , a 1,5-2 millas náuticas (2,8-3,7 km) detrás del precedente. ^[39] Después de que las pruebas del Airbus A380 mostraran un ahorro del 12%, se programaron vuelos de prueba para 2020 con dos Airbus A350 , antes de las pruebas de vuelo transatlánticas con aerolíneas en 2021. ^[39] La certificación para una separación más corta está habilitada por ADS-B en el espacio aéreo oceánico, y la única modificación requerida sería el software de los sistemas de control de vuelo . ^[39] La comodidad no se vería afectada y las pruebas se limitan a dos aviones para reducir la complejidad, pero el concepto podría ampliarse para incluir más. ^[39] Las operaciones comerciales podrían comenzar en 2025 con ajustes en los horarios de las aerolíneas , y se podrían incluir aviones de otros fabricantes. ^[39]

Si bien las rutas son hasta un 10% más largas de lo necesario, los sistemas de control de tráfico aéreo modernizados que utilizan tecnología ADS-B como el NextGen de la FAA o el SESAR europeo podrían permitir un enrutamiento más directo, pero existe resistencia por parte de los controladores de tráfico aéreo . ^[40]

Los aviones a reacción modernos tienen el doble de eficiencia de combustible que los primeros aviones a reacción . ^[41] Los aviones de pasajeros de pistón de finales de la década de 1950, como el Lockheed L-1049 Super Constellation y el DC-7, consumían entre un 1% y un 28% más de energía que los aviones a reacción de la década de 1990, que volaban entre un 40 y un 80% más rápido. ^[42] Los primeros aviones a reacción se diseñaron en una época en la que los costes laborales de la tripulación eran más altos en relación con los costes de combustible. A pesar del alto consumo de combustible, debido a que el combustible era barato en esa época, la mayor velocidad resultó en retornos económicos favorables ya que los costes de la tripulación y la amortización de la inversión de capital en la aeronave podían distribuirse entre más millas por asiento voladas por día. ^[43] La productividad, incluida la velocidad, pasó de alrededor de 150 ASK /MJ*km/h para el DC-3 de la década de 1930 a 550 para el L-1049 en la década de 1950, y de 200 para el DH-106 Comet 3 a 900 para el B737-800 de la década de 1990. ^[44]

Los aviones de pasajeros con turbohélice de hoy tienen una mejor eficiencia de combustible que los aviones a reacción actuales, en parte debido a sus hélices . En 2012, el uso de aviones de pasajeros con turbohélice se correlacionó con la eficiencia de combustible de las aerolíneas regionales estadounidenses . ^[17]

Los aviones a reacción se volvieron un 70% más eficientes en el consumo de combustible entre 1967 y 2007, ^[46] un 40% debido a mejoras en la eficiencia del motor y un 30% debido a las estructuras. ^[47] Las ganancias de eficiencia fueron mayores al principio de la era de los aviones a reacción que más tarde, con un aumento del 55-67% entre 1960 y 1980 y un aumento del 20-26% entre 1980 y 2000. ^[42] El consumo promedio de combustible de los aviones nuevos cayó un 45% entre 1968 y 2014, una reducción anual compuesta del 1,3% con una tasa de reducción variable. ^[48]

El Concorde , un avión de transporte supersónico , logró aproximadamente 17 millas-pasajero por galón imperial, lo que equivale a 16,7 l/100 km por pasajero; similar a un jet de negocios, pero mucho peor que un avión de turbofán subsónico. Airbus afirma que el consumo de combustible de su A380 es inferior a 3 l/100 km por pasajero (78 millas-pasajero por galón estadounidense). ^[49]

Los aviones más nuevos, como el Boeing 787 Dreamliner , el Airbus A350 y el Bombardier CSeries , son un 20% más eficientes en cuanto a consumo de combustible por pasajero-kilómetro que los aviones de la generación anterior. En el caso del 787, esto se logra mediante motores más eficientes en cuanto a consumo de combustible y fuselajes de materiales compuestos más ligeros , y también mediante formas más aerodinámicas , winglets , sistemas informáticos más avanzados para optimizar las rutas y la carga de los aviones. ^{[50] [ verificación necesaria ]} Una evaluación del ciclo de vida basada en el Boeing 787 muestra un ahorro de emisiones del 20% en comparación con los aviones de pasajeros de aluminio convencionales, del 14-15% en toda la flota cuando se abarca una penetración de la flota por debajo del 100%, mientras que la demanda de viajes aéreos aumentaría debido a los menores costos operativos. ^[51]

Lufthansa , cuando ordenó ambos, declaró que el Airbus A350 -900 y el Boeing 777X -9 consumirán un promedio de 2,9 L/100 km (81 mpg _‑US ) por pasajero. ^[52] El Airbus A321 con dispositivos Sharklet en las puntas de las alas consume 2,2 L/100 km (110 mpg _‑US ) por persona con un diseño de 200 asientos para WOW Air . ^[53]

Los aviones Airbus entregados en 2019 tuvieron una intensidad de carbono de 66,6 g de CO2e por pasajero-kilómetro, cifra que mejoró a 63,5 g en 2020. ^[54]

La densidad del combustible de aviación utilizado es de 6,7 lb/gal estadounidense o 0,8 kg/L.

Para vuelos de 300 millas náuticas (560 km):

Para vuelos de 500 a 700 millas náuticas (930 a 1300 km)

Para vuelos de 1.000 millas náuticas (1.900 km):

Para vuelos de alrededor de 2000 a 3000 millas náuticas (3700 a 5600 km), transcontinentales (por ejemplo, Washington Dulles – Seattle-Tacoma son 2000 millas náuticas) hasta vuelos transatlánticos cortos (por ejemplo, Nueva York JFK – Londres-Heathrow son 3000 millas náuticas). ^[95]

Para vuelos de entre 5.000 y 7.000 millas náuticas (9.300 y 13.000 km), incluidos los vuelos transpacíficos (por ejemplo, el aeropuerto internacional de Hong Kong a San Francisco es de 6.000 millas náuticas). ^[106]

En comparación con el transporte terrestre (mucho más lento y de menor alcance que el aéreo), un autobús Volvo 9700 consume en promedio 0,41 L/100 km (570 mpg _‑US ) por asiento para 63 asientos. ^[113] En viajes por carretera, un automóvil promedio tiene un potencial de 1,61 L/100 km (146 mpg _‑US ) ^{[114] por asiento (suponiendo 4 asientos) y para un} Toyota Prius 2014 de 5 asientos , 0,98 L/100 km (240 mpg _‑US ). ^[115] Si bien esto muestra las capacidades de los vehículos, los factores de carga (porcentaje de asientos ocupados) pueden diferir entre el uso personal (comúnmente solo el conductor en el automóvil) y los promedios sociales para el uso del automóvil en largas distancias, y entre los de determinadas aerolíneas.

Para las aeronaves privadas de aviación general , los registros actuales de eficiencia de los aviones de la FAI son: ^[116]

• 33,92 km/kg de combustible o 3,9 L/100 km en un biplaza Aeroprakt -40 para aviones de 300– 500 kg MTOW (clase C-1a) (1,95 L/100 km por asiento).
• 37,22 km/kg de combustible o 3,56 L/100 km en un avión de carreras monoplaza Monnett Sonerai para aviones de 500-1.000 kg MTOW (clase C-1b)
• 9,19 km/kg o 13,6 L/100 km en un Cessna 182 de cuatro asientos con motor diésel para aviones de 1.000 a 1.750 kg de peso máximo al despegue (clase C-1c) (3,4 L/100 km por asiento).
• 3,08 km/kg o 40,6 L/100 km en un avión de siete plazas Cirrus SF50 para aviones de 1,75-3 t MTOW (clase C-1d) (5,8 L/100 km por asiento).

Un Dyn'Aéro MCR4S de cuatro plazas propulsado por un Rotax 914 consume 8,3 L/100 km a 264 km/h ^[117] (2,1 L/100 km por asiento).

La NASA y Boeing probaron en vuelo un demostrador X-48B con cuerpo de ala combinada (BWB) de 500 lb (230 kg) desde agosto de 2012 hasta abril de 2013. Este diseño proporciona una mayor eficiencia de combustible , ya que toda la nave produce sustentación, no solo las alas. ^[119] El concepto BWB ofrece ventajas en eficiencias estructurales, aerodinámicas y operativas sobre los diseños actuales más convencionales de fuselaje y alas. Estas características se traducen en mayor alcance, economía de combustible, confiabilidad y ahorros en el ciclo de vida, así como menores costos de fabricación. ^{[120] [121]} La NASA ha creado un concepto STOL (CESTOL) de crucero eficiente.

El Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación e Investigación de Materiales Aplicados (IFAM) ha investigado una pintura que imita la piel de tiburón y que reduciría la resistencia a través de un efecto de ribetes. ^[122] La aviación es una importante aplicación potencial para nuevas tecnologías como la espuma de metal de aluminio y la nanotecnología .

La hoja de ruta tecnológica de la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) prevé mejoras en la configuración y la aerodinámica de las aeronaves. Proyecta las siguientes reducciones en el consumo de combustible de los motores, en comparación con las aeronaves de referencia en servicio en 2015: ^[123]

• 10-15% de relaciones de presión y derivación más altas , materiales más livianos, implementados entre 2010 y 2019
• 20-25 % de núcleo de alta presión + turbofán con engranajes de relación de derivación ultraalta , de ~2020-25
• 30% de rotores abiertos (propfans), a partir de ~2030
• Entre el 40 y el 80 % de la energía eléctrica híbrida (dependiendo del uso de la batería) se obtendrá entre 2030 y 2040.
• hasta el 100% gracias a la propulsión totalmente eléctrica (energía primaria procedente de fuentes renovables), entre ~2035-40.

Además, proyecta las siguientes ganancias para las tecnologías de diseño de aeronaves : ^[123]

• Entre el 6 y el 12 % de las modificaciones de fuselaje (winglets, riblets, equipamiento de cabina ligero) actualmente disponibles
• Del 4 al 10 % de materiales y estructura (estructura compuesta, tren de aterrizaje ajustable, fly-by-wire) también disponible actualmente
• Entre el 1 y el 4 % de los taxis eléctricos a partir de 2020
• Entre el 5 y el 15 % de la aerodinámica avanzada ( flujo laminar híbrido/natural , comba variable , punta de ala espiroide ) de 2020 a 2025
• 30% de alas reforzadas con puntales (con motores turbofán avanzados, ~2030-35)
• 35% de un fuselaje de doble burbuja como el Aurora D8 (con motores turbofán avanzados, ~2035)
• 30-35% de una caja/ ala cerrada unida (con motores turbofán avanzados, ~2035-40)
• Entre el 27 y el 50 % de un diseño de fuselaje con ala combinada (con propulsión híbrida, ~2040)
• Hasta el 100% con aviones totalmente eléctricos (corto alcance, ~2035-45)

La configuración actual de tubo y ala podría seguir en uso hasta la década de 2030 debido a las reducciones de arrastre de la supresión activa del aleteo para alas delgadas y flexibles y flujo laminar natural e híbrido . ^[124] Los motores grandes de derivación ultra alta necesitarán alas de gaviota en flecha hacia arriba o góndolas sobre el ala a medida que Pratt & Whitney continúa desarrollando su turbofán engranado para ahorrar un 10-15% proyectado en costos de combustible para mediados de la década de 2020. ^[124] La NASA indica que esta configuración podría ganar hasta un 45% con aerodinámica avanzada, estructuras y turbofán engranados, pero a más largo plazo sugiere ahorros de hasta un 50% para 2025 y un 60% para 2030 con nuevas configuraciones ultraeficientes y arquitecturas de propulsión: cuerpo de ala híbrido , ala arriostrada con armadura, diseños de cuerpo sustentador , motores integrados e ingestión de capa límite . ^[124] Para 2030, las arquitecturas híbridas-eléctricas podrían estar listas para 100 asientos y la propulsión distribuida con una integración más estrecha de la estructura del avión podría permitir mejoras adicionales en la eficiencia y las emisiones. ^[124]

Los proyectos de investigación como el programa ecoDemonstrator de Boeing han buscado identificar formas de mejorar el ahorro de combustible en las operaciones de los aviones comerciales. El gobierno de los Estados Unidos ha fomentado este tipo de investigaciones a través de programas de subvenciones, incluido el programa de reducción continua de emisiones, ruido y energía (CLEEN) de la FAA y el proyecto de aviación ambientalmente responsable (ERA) de la NASA. ^{[ cita requerida ]}

Se proyectan múltiples conceptos para reducir el consumo de combustible: ^[125]

• El Airbus / Rolls-Royce E-Thrust es un híbrido eléctrico con un motor de turbina de gas y ventiladores eléctricos canalizados con almacenamiento de energía que permite la máxima potencia para el despegue y el ascenso, mientras que para el descenso el motor se apaga y los ventiladores recuperan energía para recargar las baterías; ^[125]
• Empirical Systems Aerospace (ESAero) está desarrollando el concepto ECO-150 de 150 asientos para propulsión distribuida turboeléctrica con dos motores de turboeje montados en el ala y generadores que impulsan ventiladores canalizados integrados en las secciones interiores del ala, lo que aumenta de manera efectiva la relación de derivación y la eficiencia propulsiva para un ahorro de combustible del 20 al 30 % en comparación con el Boeing 737 NG , al tiempo que proporciona cierta sustentación motorizada ; ^[125]
• El avión turboeléctrico de pasillo único con propulsor de capa límite de popa (STARC-ABL) de la NASA es un avión de pasajeros convencional de tubo y ala del tamaño de un 737 con un ventilador eléctrico montado en popa que absorbe la propulsión híbrida-eléctrica de capa límite del fuselaje, con 5,4 MW de potencia distribuidos a tres motores eléctricos: el diseño será evaluado por Aurora Flight Sciences ; ^[126]
• El fuselaje de ala combinada (BWB) de Boeing con un fuselaje ancho acoplado a alas de alta relación de aspecto es más eficiente aerodinámicamente porque todo el avión contribuye a la sustentación y tiene menos área de superficie , lo que produce menos resistencia y ofrece ahorros de peso debido a una menor carga alar , mientras que el ruido se protege al ubicar los motores en la superficie superior trasera; ^[125]
• Desarrollado con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. y refinado con la NASA, el cuerpo de ala híbrida (HWB) de Lockheed Martin combina un fuselaje y un ala delanteros combinados con un fuselaje trasero convencional y cola en T para compatibilidad con la infraestructura existente y el lanzamiento desde el aire ; los motores en las góndolas sobre el ala sobre puntales sobre el borde de salida permiten motores con una relación de derivación más alta con un 5 % menos de resistencia, proporcionan protección acústica y aumentan la sustentación sin una penalización de empuje o resistencia a baja velocidad; ^[125]
• La empresa alemana Bauhaus-Luftfahrt, respaldada por Airbus, diseñó el concepto de fuselaje propulsor, que reduce la resistencia con un ventilador en la cola que absorbe el aire que fluye sobre el fuselaje a través de una entrada anular (en forma de anillo) y reenergiza la estela, impulsado con una caja de cambios o como una configuración turboeléctrica; ^[125]
• Concebido por el Instituto Tecnológico de Massachusetts para la NASA, Aurora Flight Sciences desarrolló el D8 de "doble burbuja", un avión de 180 asientos con un fuselaje ancho y elevable, cabina de doble pasillo para reemplazar los aviones de fuselaje estrecho A320 y B737, e ingestión de capa límite con motores en la cola que impulsan ventiladores tolerantes a la distorsión para una reducción del consumo de combustible del 49% sobre el B737NG; ^[125]
• El concepto de ala reforzada con armazón (TBW) de Boeing fue desarrollado para el programa de investigación de aeronaves ultraverdes subsónicas financiado por la NASA con una relación de aspecto de 19,5 en comparación con 11 para el Boeing 787 : el puntal alivia parte del momento de flexión y un ala reforzada puede ser más ligera que un ala en voladizo o más larga para el mismo peso, con una mejor relación sustentación-resistencia al reducir la resistencia inducida y ser más delgada, lo que facilita el flujo laminar natural y reduce la resistencia de las olas a velocidades transónicas ; ^[125]
• Dzyne Technologies reduce el grosor del cuerpo del ala combinada para un superregional de 110 a 130 asientos, una configuración que normalmente es demasiado gruesa para un reemplazo de fuselaje estrecho y más adecuada para aviones grandes, al colocar el tren de aterrizaje hacia afuera y almacenar el equipaje en las raíces del ala, lo que permite un ahorro de combustible del 20 %; ^[125]
• La agencia de investigación francesa ONERA diseñó dos conceptos para un avión comercial de 180 asientos, Versatile Aircraft (NOVA), que incluye turbofán con mayores relaciones de derivación y diámetro de ventilador: un ala de gaviota con un diedro aumentado en el interior para acomodar turbofán con engranajes más grandes debajo sin alargar el tren de aterrizaje y el otro con motores integrados en la cola para absorber el flujo de la capa límite del fuselaje de baja energía y reenergizar la estela para reducir la resistencia; ^[127]
• Junto con la Universidad de Cranfield , Rolls-Royce desarrolló el rotor abierto distribuido (DORA) con alas de alta relación de aspecto y cola en V para minimizar la resistencia, y turbogeneradores en el ala que impulsan hélices eléctricas a lo largo del borde de ataque interior con rotor abierto de alta eficiencia propulsiva y que aumentan la relación de derivación efectiva. ^[125]

El crecimiento de los viajes aéreos supera las mejoras en el ahorro de combustible y las emisiones de CO2 correspondientes _, lo que compromete la sostenibilidad climática . Aunque la mayor densidad de asientos de las aerolíneas de bajo coste aumenta el ahorro de combustible y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero por pasajero-kilómetro , las tarifas aéreas más bajas provocan un efecto rebote de más vuelos y mayores emisiones generales. La industria del turismo podría cambiar el énfasis hacia la ecoeficiencia de las emisiones en CO2 _por unidad de ingresos o ganancias en lugar del ahorro de combustible, favoreciendo los viajes más cortos y el transporte terrestre en lugar de los viajes largos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. ^[128]

• Eficiencia energética en el transporte
• Alcance (aeronáutica)

• Departamento de Transporte Aéreo, Universidad de Cranfield (2008). "Combustible y transporte aéreo" (PDF) . Comisión Europea.
• "Hoja de ruta de la tecnología aeronáutica hasta 2050" (PDF) . IATA. 2019.
• Scott W. Ashcraft; Andres S. Padron; Kyle A. Pascioni; Gary W. Stout Jr.; Dennis L. Huff (octubre de 2011). "Revisión de tecnologías de propulsión para conceptos de vehículos subsónicos N+3" (PDF) . Centro de Investigación Glenn, Cleveland, Ohio . NASA.
• "Transporte aéreo y eficiencia energética" (PDF) . Banco Mundial. Febrero de 2012.
• Elyse Moody (1 de marzo de 2012). "Enfoque en el ahorro de combustible". Revisión y mantenimiento . Aviation Week.
• Yongha Park; Morton E. O'Kelly (diciembre de 2014). "Tasas de consumo de combustible de aviones comerciales de pasajeros: variaciones según la configuración de asientos y la distancia entre etapas". The Ohio State University. Journal of Transport Geography . 41 : 137–147. doi :10.1016/j.jtrangeo.2014.08.017.
• Irene Kwan y Daniel Rutherford (noviembre de 2015). «Ranking de eficiencia de combustible de las aerolíneas transatlánticas, 2014» (PDF) . Consejo Internacional de Transporte Limpio .
• James Albright (27 de febrero de 2016). "Cómo aprovechar al máximo su Jet-A". Aviación comercial y de negocios . Aviation Week.