Verde para decolar - por dentro da indústria de aviões elétricos

Por que a United reduziu sua revista de bordo em uma onça

Em 2018, a United Airlines começou a imprimir sua revista de bordo em papel mais leve, cortando 1 onça de cada revista para 6,85 onças. Na época, a United operava 744 aeronaves da linha principal com capacidade média de aproximadamente 210 assentos. Isso se traduz em uma redução de apenas ~ 13 libras por voo - aproximadamente o mesmo peso de um Cavalier King Charles magricela. No entanto, a United disse que isso gerou 170.000 galões de economia de combustível anualmente, traduzindo-se em US$ 290.000 em custos de combustível.

As margens de lucro da indústria aérea são algumas das mais finas de qualquer indústria do mundo. E o combustível é quase metade do custo para operar uma companhia aérea. Portanto, não é surpresa que as companhias aéreas estejam constantemente buscando maneiras novas e criativas de reduzir essa despesa “incontrolável” e grande.

Digite: o avião elétrico.

O avião elétrico promete reduzir significativamente os custos de combustível (quanto ainda está em debate), ao mesmo tempo que salva o planeta (um pouco) do desperdício de combustível perigoso. No entanto, se Tesla é um indicador, o caminho do combustível fóssil para o elétrico não é bem pavimentado; bateria, infraestrutura, segurança e questões regulatórias são abundantes.

Este artigo analisa as razões pelas quais o avião elétrico está ganhando destaque agora, as tecnologias e obstáculos, o tamanho do mercado e o cenário competitivo. Também vamos adivinhar quando você estará voando em seu primeiro avião elétrico.

Por que os aviões elétricos estão decolando agora?

A principal resposta para a questão de por que os aviões elétricos estão tendo seu momento ao sol agora é a regulação do clima. Recentemente, reguladores americanos e estrangeiros fizeram apelos sérios para reduzir as emissões. Embora “apenas” 2-3% das emissões mundiais venham do voo, de acordo com Roland Berger, isso pode chegar a 10% até 2050 ou até 24% se outros setores ficarem mais limpos mais rapidamente, como alguns especialistas estão prevendo. A Organização da Aviação Civil Internacional (ICAO), uma agência das Nações Unidas, está pedindo um limite para as emissões líquidas de CO2 da aviação a partir de 2020 (crescimento neutro em carbono). Com maior adoção de propulsão elétrica, isso pode permanecer relativamente estável em 2-5%.

Previsões de crescimento e emissões de viagens aéreas da IATA

E, claro, há o elemento econômico. O business case para aeronaves elétricas baseia-se essencialmente em 3 pilares:

1. Custos operacionais mais baixos
2. Desencadeando um novo mercado regional de viagens
3. Capacidade de atender aos padrões obrigatórios de emissões de carbono

De acordo com a startup de aviões elétricos Ampaire, uma aeronave elétrica versus uma aeronave de combustível fóssil pode ter uma redução de 90% nos custos de combustível, 50% na manutenção, decolagens e aterrissagens 66% mais silenciosas e 0% nas emissões do tubo de escape. Esses custos reduzidos serão uma benção para o mercado de curta distância de US$ 26 bilhões (~30% de todos os voos atualmente) - criando serviço entre pequenos aeroportos regionais que atualmente são antieconômicos.

Dean Donovan, diretor administrativo da empresa de investimentos em aviação e viagens DiamondStream Partners, vê como os aviões elétricos podem salvar o dia para destinos regionais atualmente antieconômicos, estimando que cerca de 8.000 aeroportos adicionais poderiam ser atendidos com lucratividade.

Aviões elétricos devem abrir rotas regionais anteriormente não rentáveis

Além disso, graças a muitos dos avanços tecnológicos de empresas automotivas que trabalham com veículos elétricos, novas soluções de baixo custo, peso leve e alta potência estão chegando ao mercado.

No entanto, embora todos os fatores mencionados tenham se desenvolvido lentamente nos últimos anos, nada é exatamente novo. O que realmente levou as coisas a um ponto de inflexão, de acordo com o CEO da Wright Electric, Jeffrey Engler, foram os fornecedores de Nível 1 e os players de suporte anunciando seus compromissos com aviões elétricos. “Por exemplo, no ano passado, o aeroporto de Heathrow anunciou que vai dispensar as taxas de pouso no primeiro ano, para os primeiros aviões elétricos híbridos ou aviões elétricos. No ano anterior, a easyJet anunciou que estava a trabalhar connosco. Por si só, é apenas uma peça, mas se você somar, é significativo.”

A pele real está agora no jogo.

Em abril de 2019, a Collins Aerospace revelou planos para desenvolver o mercado de voos elétricos, incluindo uma instalação de alta potência e alta tensão de US$ 50 milhões para projetar e testar o “motor de propulsão mais potente e eficiente do setor” em Rockford, Illinois. Em junho de 2019, a Rolls-Royce acelerou sua estratégia de eletrificação adquirindo o negócio de propulsão aeroespacial elétrica e híbrida-elétrica da Siemens. Finalmente, o último anúncio em julho de 2019 veio da BAE Systems, que anunciou que trabalhará com a start-up de aeronaves elétricas Wright Electric em “controles de voo e sistemas de gerenciamento de energia”.

Um enorme mercado regional esperando para inflamar (análise do tamanho do mercado)

O mercado de aeronaves elétricas é pequeno atualmente – estimado em US$ 99 milhões em 2018. A MarketsandMarkets prevê que isso cresça para modestos ~ $ 122 milhões até 2023, um CAGR de ~ 4%. Para efeito de comparação, o mercado de veículos elétricos é de cerca de US$ 119 bilhões e o mercado global de aeronaves comerciais é de US$ 840 bilhões . Portanto, as batatas são atualmente pequenas. Para ser franco, não há aeronaves elétricas em operação comercial hoje.

Olhando mais longe, o futuro parece... bem, elétrico. O UBS prevê um mercado de aviação elétrica híbrida de US$ 178 bilhões até 2040 , com um crescimento particularmente forte a partir de 2028, quando a primeira aeronave elétrica híbrida de 50 a 70 lugares deverá ser entregue. Isso pressupõe cerca de 16.077 entregas com um preço médio de cerca de US$ 11 milhões. Espera-se que o apelo do mercado permaneça limitado até 2028 com a falta de produtos competitivos, no entanto, à medida que novos participantes como Eviation, Ampaire e Wright Electric lançam produtos viáveis, o mercado deve começar a decolar.

Espera-se que o mercado regional, definido como viagens com menos de 500 quilômetros (km) ou ~310 milhas, lidere o crescimento de aviões elétricos e híbridos. Isso se deve (1) à capacidade limitada da bateria e (2) à nova viabilidade econômica de servir essas rotas anteriormente deficitárias.

A Siemens prevê uma cronologia relativamente semelhante com a expectativa de pousos de aeronaves ultraleves e militares primeiro (devido a regras de certificação menos rígidas), seguido por um ramp-up para sistemas certificados em 2022, voos programados baseados em aeronaves híbridas em 2030 e, finalmente, , até 2050, a Siemens prevê que a propulsão elétrica será a “solução padrão” para todos os segmentos de aeronaves. A previsão do painel de especialistas aeroespaciais da Roland Berger está em um hemisfério semelhante – prevendo que a primeira aeronave elétrica híbrida com mais de 50 assentos entrará em serviço comercial até 2032.

Mapa de previsão de propulsão elétrica da Siemens: e-propulsão será o padrão até 2050

Vamos olhar para o mercado de uma perspectiva de utilização. O CEO da Ampaire, Kevin Noertker, estima: “As principais operadoras atendem ~ 150 aeroportos nos Estados Unidos. As companhias aéreas comerciais dos EUA atendem cerca de 500 aeroportos, no entanto, existem cerca de 5.000 aeroportos municipais que podem apoiar a aviação comercial. Isso significa que a quantidade de aeroportos que podem ser atendidos comercialmente pode aumentar 10 vezes.”

Outra maneira de pensar sobre isso é olhar para o número esperado de aeronaves regionais que serão aposentadas e, portanto, precisam ser substituídas. Os principais OEMs preveem que cerca de 10.000 aeronaves de 9 passageiros precisarão ser substituídas, assumindo zero expansão de mercado. Assumindo um preço de aeronave de US$ 5 a US$ 10 milhões, isso dimensiona o mercado em US$ 50 a US$ 100 bilhões. No entanto, muitos na indústria, incluindo Noertker, esperam uma expansão significativa no mercado regional “impulsionada por preços reduzidos nas rotas existentes, mas especialmente impulsionada pela abertura de novas rotas que nunca foram realmente lucrativas antes”. Noertker continua observando: “Os grupos mais conservadores estão dizendo o dobro do número de aeronaves necessárias. Alguns estão chegando ao ponto de dizer que o número de aeronaves atendendo ao mercado aumentou 10 vezes. O aumento da demanda é o fator determinante.”

Em seguida, vamos dar uma olhada nos players individuais que conduzem esse mercado.

Grandes OEMs mergulhando suas asas na eletricidade

Grandes OEMs como Boeing e Airbus mergulharam no mercado de aviões elétricos. A Boeing fez parceria com a startup Zunum (mais em Startups chocantes abaixo) para ajudar a se expor ao setor e a Airbus experimentou projetos como Vahana, City Airbus e E Fan X.

Além do investimento na Zunum, a Aurora Flight Sciences, da Boeing, empresa de pesquisa em aviação e aeronáutica adquirida em 2017, está trabalhando no desenvolvimento de uma rede de táxis voadores com uma parceria da Uber. Em janeiro de 2019, a Aurora Flight Sciences realizou seu primeiro voo de teste de seu veículo aéreo autônomo de passageiros totalmente elétrico (foto abaixo).

O teste foi relativamente pequeno, no entanto, já que a aeronave de decolagem e pouso vertical (VTOL) pairou apenas por alguns segundos antes do pouso. É um progresso ver, no entanto, que um grande OEM como a Boeing está investindo no futuro dos “táxis voadores” elétricos e autônomos, criando um modo de transporte totalmente novo para a mobilidade urbana (pense: saltos de arranha-céus).

A Airbus também está interessada em lançar sua própria rede de táxis voadores. No ano passado, a Airbus demonstrou sua aeronave Vahana VTOL. Em março de 2019, a Airbus e a Audi apresentaram seu táxi aéreo de 4 passageiros CityAirbus como parte do projeto Urban Air Mobility da iniciativa da UE e twittaram “voo inaugural em breve”.

No entanto, existem muitas incertezas – economia eventual, questões regulatórias, questões de segurança, questões de infraestrutura (como um sistema de controle de tráfego aéreo já em dificuldades lida com um aumento de 10 vezes no número de aviões de 9 lugares?) e muito mais. Essas incógnitas dificultam que grandes OEMs de capital aberto invistam capital significativo e, portanto, abram o mercado para startups empreendedoras e espirituosas em busca de alfa.

Dean Donovan, diretor administrativo da empresa de investimentos em aviação e viagens DiamondStream Partners, observa: “Os OEMs estão muito interessados ​​no espaço, mas veem o valor de trabalhar com startups para complementar suas habilidades existentes. Eles reconhecem os pontos fortes de seus modelos existentes, em muitos casos, complementam em vez de competir diretamente com as ideias iniciais. Não é óbvio como isso vai acontecer, então as startups permitem que elas participem de algumas áreas de maneira de baixo risco.”

Então, vamos dar uma olhada nesses novos jogadores desconexos.

Start-ups chocantes eletrificam uma indústria sonolenta (modelo financeiro e análise do cenário competitivo)

Roland Berger estima que existam cerca de 170 conceitos de aviação elétrica em andamento atualmente. No entanto, apesar da demanda significativa dos clientes, poucos dos 170 negócios que receberam financiamento foram financiados em grande escala, de acordo com Dean Donovan. Donovan ressalta que, se cada uma dessas 170 empresas precisasse de aproximadamente US$ 100 milhões em financiamento, a indústria em geral precisaria de US$ 17 bilhões em financiamento - uma quantidade relativamente grande de capital em comparação com o tamanho do setor.

A razão, argumenta Donovan, por que esse dinheiro é tão difícil de obter no nível do investidor institucional é porque o perfil de investimento de uma start-up de aeronaves é muito mais difícil de suportar em comparação com o campo de oportunidade atual, focado principalmente em software. As startups de software podem chegar a um produto mínimo viável com bastante facilidade. No entanto, problemas de certificação para startups aeroespaciais geram enormes custos iniciais. Enquanto isso, a empresa gera receita zero. Isso significa que o argumento para uma empresa de capital de risco é que você tem um produto muito legal que o governo pode deixar você vender eventualmente. Enquanto isso, a empresa provavelmente precisa gastar US$ 2 milhões por mês.

Então, como podemos preencher essa lacuna de financiamento? Com base na experiência passada, você precisa do coração e da alma de um bilionário disposto a investir em um projeto de paixão por animais de estimação. À la Paul Graham e o Stratolaunch (uma aeronave construída para transportar foguetes para o espaço) ou o mais óbvio, Elon Musk e carros elétricos e viagens espaciais. Se essa é a resposta, parece que a Eviation tem a maior vantagem neste momento com o apoio do bilionário Richard Chandler. Mas vamos dar uma olhada em todos os jogadores mais a fundo.

Ampaire - De Olho no Prêmio: Foco Agressivo no Regional

Estratégia

A startup Ampaire , com sede em Los Angeles, está se concentrando inicialmente em aeronaves de seis, nove e 19 passageiros. A Ampaire está usando uma estrutura existente e adaptando uma solução – elogiada pelo relatório da IDTechEx como um “andar antes de tentar executar a estratégia”. O CEO da Ampaire, Kevin Noertker, acredita que “a abordagem mais eficiente em termos de capital e eficiência de tempo é começar com as fuselagens existentes”.

Ampaire recentemente testou com sucesso uma aeronave de cinco passageiros com um motor elétrico adaptado que aciona uma hélice na parte de trás do avião com um motor de combustão normal acionando a hélice na frente do avião. O retrofit, originalmente um Cessna Skymaster, pode viajar até 200 milhas com uma única carga e usa 55% menos combustível do que um avião não modificado e custa até 50% menos para manter. O CEO da Ampaire, Kevin Noertker, diz: “É como um carro híbrido plug-in. Estamos realmente seguindo os passos dos veículos elétricos terrestres aqui.”

Clientes

A partir do final deste ano, a Mokulele Airlines do Havaí começará a testar uma aeronave híbrida com Ampaire em sua rota entre os aeroportos de Kahului e Hana, no Havaí. O plano atual, segundo Noertker, é ter o serviço híbrido disponível comercialmente até 2021.

Além de Mokulele, Ampaire tem 14 cartas de interesse (LOIs) de companhias aéreas regionais. Para Noertker, esses são os clientes mais importantes que ele pode conquistar.

[As companhias aéreas regionais] são as empresas que conhecem os prós e contras. Eles lutaram para ser rentáveis ​​devido ao custo do combustível. Eles precisam de aviões agora. E é aí que estamos focados.

Kevin Noertker, CEO da Ampaire

Financiamento

Ampaire levantou dinheiro de uma variedade de VCs, subsídios do governo e de players do setor de aviação, como o fabricante de motores Continental Aerospace.

Wright Electric - Blitzscaling para aviões de 150 lugares

Estratégia

A Wright Electric é outra startup sediada em Los Angeles que ataca o mercado de aviões elétricos. O plano de negócios da Wright é se tornar uma empresa de construção de aeronaves, semelhante à Airbus e Boeing, por meio do qual projetam e integram sistemas. No entanto, para começar, Wright está pegando um avião comum de 9 passageiros existente e fazendo um retrofit. Ao contrário de Ampaire, o objetivo final de Wright, no entanto, é ir atrás do avião de passageiros mais tradicional – um avião de 150 lugares.

Clientes

Em 2017, a Wright Electric e a easyJet se uniram para construir uma aeronave elétrica de 180 assentos para voar rotas de até 300 milhas a partir de 2027. inovação de aeronaves de baixa emissão e, claro, redução de despesas. No entanto, criar um jato totalmente elétrico desse tamanho parece um grande esforço – e provavelmente não acontecerá por pelo menos uma década.

Os futuros aviões da easyJet podem ser equipados com baterias intercambiáveis ​​com química de célula aprimorada.

Financiamento

Em 2017, a Wright Electric estreou sua ideia para uma aeronave de 150 lugares sem gás no Y Combinator Demo Day no Vale do Silício com o objetivo de voos de curta distância nos próximos 10 a 20 anos. De acordo com a Crunchbase, a empresa levantou um total de US$ 120 mil com a Y Combinator como seu principal investidor.

Zunum Aero - Visão enorme, mas sem financiamento

No estado de Washington, a Zunum Aero , apoiada pela Boeing e JetBlue, estava preparando voos de teste para seu avião híbrido em algum momento de 2019, no entanto, admitiu recentemente que está tendo um pouco de dificuldade em levantar uma nova rodada de financiamento. Zunum parece ter cometido o erro de ir direto para aviões híbridos-elétricos maiores. A Forbes informou em julho de 2019 que a Zunum havia fechado sua sede em Bothell, Washington, fechado escritórios em Indianápolis e Illinois e demitido quase todos os 70 funcionários. O Seattle Times informou que Zunum “ficou sem dinheiro e grande parte da operação entrou em colapso”. Em seu site, a Zunum está solicitando investidores para uma Série B de US$ 50 milhões. Zunum estima que será necessário um capital adicional de US$ 80 milhões líquido de depósitos de clientes e empréstimos de produção para levar seu ZA10 ao mercado (isso inclui uma unidade de produção de 150 unidades/ano ).

Enquanto alguns no campo acreditam que Zunum mordeu mais do que poderia mastigar tentando fazer propulsão e fuselagem ao mesmo tempo, Dean Donovan, diretor administrativo da empresa de investimentos em aviação e viagens DiamondStream Partners, não vê muita diferença em termos de capital necessário, “Se você precisa de US$ 100 milhões e quatro anos para começar a voar ou US$ 75 milhões e três anos para começar a voar… isso realmente faz diferença?” Donovan ficou realmente impressionado com a equipe Zunum, observando que eles tinham “visão incrível”.

Se a Zunum, apoiada pela Boeing e Jet Blue, está lutando para manter seu financiamento, como uma startup com economia incerta e inúmeros obstáculos tecnológicos e regulatórios pode ter sucesso? Talvez a resposta esteja por trás de ter um enorme apoiador bilionário – como é o caso da Eviation , com sede em Israel.

Eviation - The Belle of the Paris Air Show captura pedidos reais

Eviation fez um grande sucesso no Paris Air Show em junho. A empresa recebeu pedidos de “dois dígitos” para seu avião elétrico de US$ 4 milhões, Alice. Alice pode voar até 650 milhas a ~ 500 milhas por hora com um motor elétrico na cauda e nas pontas das asas. A companhia aérea regional Cape Air é considerada uma das primeiras companhias aéreas a fazer pedidos de aviões elétricos comerciais.

Em fevereiro de 2019 (que é, sem dúvida, anos-luz neste setor em rápida evolução), a Eviation era uma empresa de 35 funcionários com cerca de US$ 200 milhões em financiamento garantido para obter a certificação – um baú de guerra relativamente sólido. A maior parte do financiamento veio do fundo de investimento privado do bilionário Richard Chandler, Clermont Group. Clermont investiu US$ 76 milhões em troca de notas conversíveis em uma participação de 70% na Eviation, de acordo com um documento da SEC.

Adoção de avião comercial elétrico: um toque de turbulência para chegar aos céus azuis

Aeronaves totalmente elétricas usam baterias (ou algum dispositivo de armazenamento de energia como células de combustível) para alimentar um motor elétrico em vez de combustível de jato para alimentar um motor. Os tipos modernos de baterias para alimentar motores elétricos geralmente são baseados em lítio, no entanto, dada a resistência limitada entre as cargas, eles têm alcance limitado.

As atuais baterias de íon de lítio só seriam capazes de gerar uma velocidade máxima de ~ 200 mph versus uma velocidade de cruzeiro atual de aeronaves de passageiros de ~ 500 mph. Embora a indústria automotiva tenha feito grandes progressos nas baterias de íons de lítio, a indústria automobilística provavelmente ficaria satisfeita com uma densidade gravimétrica de ~350-400 Wh/kg, enquanto os atuais sistemas de propulsão de aeronaves precisariam de aproximadamente ~500 Wh/kg. Portanto, caberá à indústria da aviação assumir o bastão a partir daqui. Roland Berger propôs um roteiro razoável para baterias de 500 Wh/kg aqui.

A segunda opção, e a mais provável de decolar no curto prazo, é o modelo elétrico híbrido que combina uma turbina a gás com um sistema de armazenamento de energia que aciona um motor elétrico durante certas partes do voo . Afinal, automóveis totalmente elétricos foram precedidos por híbridos por cerca de 20 anos.

A Ampaire adaptou o Cessnas para seu conceito híbrido com seu Ampaire 337, em que um dos dois motores é substituído por um motor elétrico. Além das restrições tecnológicas, a adaptação de modelos híbridos é um caminho atraente para as partes interessadas em aviões elétricos, já que a supervisão regulatória provavelmente será menos rigorosa.

Avião Elétrico Híbrido

A NASA foi uma das primeiras a investigar a propulsão de aeronaves elétricas (EAP) em um esforço para reduzir as emissões e a poluição sonora. A NASA tem uma aeronave semielétrica em que células de combustível, em vez de baterias, geram energia elétrica que espera poder ser introduzida em serviço em 2035. Essencialmente, eles estão desenvolvendo sistemas de energia muito mais leves e eficientes, que devem permitir EAP para um único aeronaves de corredor como um Boeing 737. No entanto, uma aeronave tão grande quanto um 737 provavelmente está muito distante, pois as soluções iniciais se concentrarão em aeronaves regionais mais adequadas para atender aeroportos de Nível 2.

Plano de propulsão de aeronaves eletrificadas (EAP) da NASA para aeronaves maiores

O CEO da Ampaire, Kevin Noertker, observou um desafio interessante em perseguir essa tecnologia – quando as peças de um sistema de propulsão eletrificado passarem por um processo de aprovação da FAA, ele estará desatualizado. Como tal, eles precisam estar continuamente pensando 10 passos à frente. Noertker equipara a inovação necessária a um ciclo de atualização do iPhone. “Temos que olhar para atualizações regulares, quase como lançamentos do iPhone para esses aviões e seja no software, nos sistemas de controle ou na tecnologia da bateria, essa é uma área interessante onde você nunca espera. Não estamos esperando por tecnologia. Certamente estamos nos movendo com o que está disponível, mas temos que ser resilientes a essas mudanças. E essa é uma oportunidade e um desafio interessantes.”

Dean Donovan também observa alguns obstáculos significativos para a adoção de aviões comerciais elétricos: “Você precisa resolver o tempo de carregamento da bateria, problemas de controle de tráfego aéreo, problemas de piloto e segurança. Do ponto de vista da segurança, cada voo individual pode realmente ser mais seguro porque você pode criar redundância em um motor elétrico que não está disponível em motores tradicionais, portanto, se você perder uma parte, não perderá tudo… voando como aviões de 9 passageiros levam um número cada vez maior de passageiros, o número de acidentes pode aumentar.”

A maior barreira para a adoção, segundo alguns dos executivos com quem conversamos, é a indiferença. Sem que os executivos de aviões acreditem que este é um investimento que vale a pena, a indústria não vai decolar. O CEO da Wright Electric, Jeff Engler, acredita que um maior investimento em P&D do topo irá diminuir para acelerar muitos desafios de aviões elétricos. “Imagine se 100x o número de engenheiros estivesse trabalhando [na questão da bateria], quanta inovação teríamos.”

Então, quando estamos iluminando os céus?

O aumento do desejo de reduzir as emissões, reduzir os custos e abrir um mercado regional são fatores determinantes do mercado elétrico híbrido. Parece provável que o mercado aborde os seguintes mercados cronologicamente: (1) aeronaves pequenas de pulverização de culturas/saltos em ilhas/paraquedismo/salto de arbustos em ~2020, (2) pequenos fretamentos e carga em ~2025 e (3) 50-70 lugares até ~2030.

Tudo o que precisamos agora é a tecnologia da bateria (e a infraestrutura). Chamando o Sr. Musk.