Arrivano gli aerei elettrici:tra qualche anno i voli regionali potrebbero funzionare a batterie

Gli aerei elettrici potrebbero sembrare futuristici, ma non sono poi così lontani, almeno per i voli brevi.

I Velis Electro a due posti lo sono già che ronza silenziosamente in giro per l’Europa, idrovolanti elettrici vengono testati nella Columbia Britannica e stanno arrivando aerei più grandi. Air Canada annunciato il settembreIl 15 gennaio 2022, ha annunciato che acquisterà 30 aerei regionali ibridi elettrici dalla svedese Heart Aerospace, che prevede di mettere in servizio il suo aereo da 30 posti entro il 2028.Analisti negli Stati UnitiIl National Renewable Energy Lab rileva che primo ibrido elettrico da 50 a 70 posti aereo pendolare potrebbe essere pronto non molto tempo dopo.Nel 2030, dicono, l’aviazione elettrica potrebbe davvero decollare.

Ciò è importante per la gestione del cambiamento climatico.Oggi circa il 3% delle emissioni globali proviene dall’aviazione e, con l’aumento previsto di passeggeri e voli con l’espansione della popolazione, l’aviazione potrebbe produrre da tre a cinque volte di più emissioni di anidride carbonica entro il 2050 rispetto a prima della pandemia di COVID-19.

Ingegnere aerospaziale e professore assistente Gökçin Çınar sviluppa concetti di aviazione sostenibile, compresi aerei ibridi-elettrici e alternative all'idrogeno, presso l'Università del Michigan.Le abbiamo chiesto quali sono i modi principali per ridurre le emissioni del trasporto aereo oggi e dove stanno andando tecnologie come l’elettrificazione e l’idrogeno.

Perché l’aviazione è così difficile da elettrificare?

Gli aerei sono tra i veicoli più complessi in circolazione, ma il problema più grande per elettrificarli è il peso della batteria.

Se provassi ad elettrificare completamente un 737 con le batterie di oggi, dovresti eliminare tutti i passeggeri e il carico e riempire quello spazio con le batterie solo per volare per meno di un’ora.

Il carburante per aerei può contenere circa 50 volte più energia rispetto alle batterie per unità di massa.Quindi, puoi avere 1 libbra di carburante per aerei o 50 libbre di batterie.Per colmare questo divario, dobbiamo rendere le batterie agli ioni di litio più leggere o sviluppare nuove batterie che trattengano più energia.Sono in fase di sviluppo nuove batterie, ma non sono ancora pronte per gli aerei.

UN alternativa elettrica sono ibridi.

Anche se potremmo non essere in grado di elettrificare completamente un 737, possiamo ottenere alcuni benefici in termini di consumo di carburante dalle batterie dei jet più grandi utilizzando sistemi di propulsione ibridi.Stiamo cercando di realizzare questo obiettivo a breve termine, con un obiettivo 2030-2035 per gli aerei regionali più piccoli.Meno carburante viene bruciato durante il volo, minori saranno le emissioni di gas serra.

Come funziona l’aviazione ibrida per ridurre le emissioni?

Gli aerei ibridi elettrici sono simili alle auto elettriche ibride in quanto utilizzano una combinazione di batterie e carburanti per l'aviazione.Il problema è che nessun altro settore ha le limitazioni di peso che abbiamo nel settore aerospaziale.

Ecco perché dobbiamo essere molto intelligenti su come e quanto ibridiamo il sistema di propulsione.

L'uso delle batterie come servoassistenza durante il decollo e la salita è un'opzione molto promettente.Rullare sulla pista utilizzando solo energia elettrica potrebbe anche far risparmiare una notevole quantità di carburante e ridurre le emissioni locali negli aeroporti.Esiste un compromesso tra il peso aggiunto della batteria e la quantità di elettricità che è possibile utilizzare per ottenere vantaggi netti in termini di carburante.Questo problema di ottimizzazione è al centro della mia ricerca.

Gli ibridi continuerebbero a bruciare carburante durante il volo, ma potrebbe essere notevolmente inferiore rispetto al semplice affidamento sul carburante per aerei.

Vedo l’ibridazione come un’opzione a medio termine per i jet più grandi, ma una soluzione a breve termine per gli aerei regionali.

Per il periodo 2030-2035, ci concentreremo sui turboelica ibridi, tipicamente aerei regionali con 50-80 passeggeri o utilizzati per il trasporto merci.Questi ibridi potrebbero ridurre il consumo di carburante di circa il 10%.

Con gli ibridi elettrici, anche le compagnie aeree potrebbero farlo utilizzare maggiormente gli aeroporti regionali, riducendo la congestione e il tempo che gli aerei più grandi trascorrono inattivi sulla pista.

Cosa ti aspetti di vedere nel breve termine dall’aviazione sostenibile?

Nel breve termine vedremo un maggiore utilizzo di carburanti sostenibili per l’aviazione, o SAF.Con i motori di oggi, è possibile scaricare carburante sostenibile per l’aviazione nello stesso serbatoio e bruciarlo.Combustibili a base di mais, semi oleosi, alghe e altri grassi sono già in uso.

I carburanti sostenibili per l’aviazione possono ridurre le emissioni nette di anidride carbonica di un aereo di circa l'80%, ma l’offerta è limitata e l’utilizzo di una maggiore biomassa come combustibile potrebbe competere con la produzione alimentare e portare alla deforestazione.

Una seconda opzione è l’utilizzo di carburanti sintetici sostenibili per l’aviazione, che implicano la cattura del carbonio dall’aria o da altri processi industriali e la sua sintesi con l’idrogeno.Ma si tratta di un processo complesso e costoso e non ha ancora una scala di produzione elevata.

Le compagnie aeree possono anche ottimizzare le proprie operazioni a breve termine, ad esempio pianificazione del percorso per evitare di far volare aerei quasi vuoti.Ciò può anche ridurre le emissioni.

L’idrogeno è un’opzione per l’aviazione?

Il carburante a idrogeno è in circolazione da molto tempo, e quando lo sarà idrogeno verde – prodotto con acqua ed elettrolisi alimentata da energia rinnovabile – non produce anidride carbonica.Può anche contenere più energia per unità di massa rispetto alle batterie.

Esistono due modi per utilizzare l'idrogeno in un aereo:sia al posto del normale carburante per aerei in un motore, sia combinato con l'ossigeno per alimentare celle a combustibile a idrogeno, che poi generano elettricità per alimentare l'aereo.

Il problema è il volume: l’idrogeno occupa molto spazio.Ecco perché gli ingegneri stanno cercando metodi come mantenerlo molto fresco in modo che possa essere conservato come liquido fino a quando non viene bruciato come gas.Esso occupa comunque più spazio del carburante per aerei, e i serbatoi di stoccaggio sono pesanti, quindi come immagazzinarlo, maneggiarlo o distribuirlo sugli aerei è ancora in fase di elaborazione.

Airbus sta facendo molte ricerche sulla combustione dell'idrogeno utilizzando motori a turbina a gas modificati con una piattaforma A380 puntare ad avere una tecnologia matura entro il 2025.La compagnia aerea australiana Rex prevede di iniziare testare un aereo a idrogeno elettrico da 34 posti per brevi spostamenti nei prossimi anni.

Data la varietà di opzioni, ritengo che l’idrogeno sia una delle tecnologie chiave per l’aviazione sostenibile.

Queste tecnologie saranno in grado di raggiungere gli obiettivi dell’industria aeronautica di riduzione delle emissioni?

Il problema con le emissioni del trasporto aereo non sono i livelli attuali, ma il timore che le loro emissioni aumentino rapidamente con l’aumento della domanda.Entro il 2050, potremmo vedere da tre a cinque volte più emissioni di anidride carbonica derivanti dal trasporto aereo rispetto a prima della pandemia.

IL Organizzazione per l'aviazione civile internazionale, un'agenzia delle Nazioni Unite, definisce generalmente gli obiettivi del settore, esaminando ciò che è fattibile e come l'aviazione può oltrepassare i limiti.

Il suo obiettivo a lungo termine è quello di ridurre le emissioni nette di anidride carbonica del 50% entro il 2050 rispetto ai livelli del 2005.Arrivarci richiederà un mix di diverse tecnologie e ottimizzazioni.Non so se saremo in grado di raggiungerlo entro il 2050, ma credo che dobbiamo fare tutto il possibile per rendere il futuro dell’aviazione sostenibile dal punto di vista ambientale.