Progettati aerei con propulsori a idrogeno ed emissioni zero

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Il futuro dell’aviazione è a idrogeno. Qualche settimana fa parlavamo di come sia necessario, a breve, iniziare lo sviluppo di nuovi tipi di aerei; pochi giorni dopo, per coincidenza, Airbus ha svelato al mondo la sua visione per gli aerei a corto/medio raggio, da concretizzarsi entro il 2035 (qui la discussione su Aviazione Civile). In un evento online la compagnia ha introdotto tre dimostratori chiamati ZEROe: un turboprop simile agli ATR, un turbofan che ricorda l’A220 e un blended wing (BWB), ossia ad ala volante. Al di là delle forme inusuali dell’ultimo concetto, ciò che rende questi aerei diversi da quelli di oggi è il fatto che, come carburante, useranno idrogeno liquido (LH2).

25 September 2020, Hamburg: An Airbus 319 belonging to the airline Eurowings is being briefed by an airport employee on the new apron at Hamburg Airport. After a total construction period of 4 years, the apron was opened on 25 September. Photo: Axel Heimken/dpa (Photo by Axel Heimken/picture alliance via Getty Images)
25 September 2020, Hamburg: An Airbus 319 belonging to the airline Eurowings is being briefed by an airport employee on the new apron at Hamburg Airport. After a total construction period of 4 years, the apron was opened on 25 September. Photo: Axel Heimken/dpa (Photo by Axel Heimken/picture alliance via Getty Images)

L’idrogeno è al centro dei piani di Airbus: per Tolosa solo l’LH2 può sostituire il jet fuel A1, garantendo un futuro carbon-neutral al trasporto aereo. L’annuncio di settembre promette di passare dai disegni al computer ad aerei in servizio entro il 2035: in questo articolo parleremo dei pro e contro dell’idrogeno, delle sfide che Airbus dovrà vincere e di perché, malgrado tutto ciò, penso che potrebbero farcela.

Sulla carta, LH2 sembra una scelta ovvia: la sua densità energetica (quantità di energia immagazzinata) di 140 MJ/kg è più che tripla rispetto a quella del Jet-A1 (45 MJ/kg), e 200 volte più grande di quella delle batterie in uso sulle auto elettriche. A maggior densità energetica corrisponde una miglior efficienza e, quindi, meno carburante per compiere lo stesso compito; un aereo ad idrogeno potrebbe consumare il 65% in meno rispetto a uno classico. Inoltre, la combustione di LH2 produce come scarto soltanto H2O. In soldoni, un aereo ad LH2 sarebbe tre volte più efficiente di uno a Jet-A1 ed emetterebbe soltanto scie di vapore acqueo.

Fin qui i pregi; veniamo ora ai difetti. Per prima cosa, alzi la mano chi non sta pensando all’Hindenburg. Per quanto sia logico pensare ad esplosioni catastrofiche, numerosistudi (nonché il fatto che LH2 venga usato in razzi spaziali come Ariane e Delta IV) dimostrano che LH2 non è intrinsecamente più pericoloso del Jet-A1. Più problematici sono, invece, volume e temperatura di stoccaggio.

La densità del Jet-A1 in condizioni standard è di 810 kg/m3, quella dell’H2 gassoso è 0,082 kg/m3. Per essere usabile nel mondo dell’aviazione, l’idrogeno deve essere stoccato in densità molto maggiori, raggiungibili soltanto liquefacendolo. Per arrivarci, H2 deve essere mantenuto a una temperatura tra 259C e -253C e anche in questo caso la sua densità sarà assai minore di quella del kerosene (71 kg/m3): di conseguenza, i serbatoi di un aereo ad idrogeno dovranno avere una capacità volumetrica maggiore di quella di un aereo tradizionale.

Questo problema ha ripercussioni immediate in materia di design. Gli aerei moderni conservano il carburante in serbatoi alari e nella wingbox centrale (il punto di raccordo delle ali sotto la “pancia” della fusoliera), in modo da essere il più vicino possibile al centro di gravità del mezzo. Il tank per l’LH2 dovrà essere sferico o cilindrico per incrementarne l’isolamento termico e dovrà, verosimilmente, essere locato nella fusoliera. Airbus stessa, al lancio di ZEROe, ha notato come quasi un terzo della fusoliera dei due modelli più standard sarebbe occupata dai serbatoi per l’LH2 anziché da passeggeri e cargo, cosa che effettivamente limiterebbe questa tecnologia agli aerei a medio raggio. Un tank così grosso in posizione arretrata avrà importanti ripercussioni sul bilanciamento (trim) dell’aereo in volo, quando i serbatoi si svuotano; un modello ad ala volante, come quello presentato nella webcast, avrebbe forme più ottimali per lo stoccaggio del carburante.

Malgrado questi innegabili difetti, penso che Airbus sia sulla strada giusta. La compagnia ha scelto di puntare su LH2 per motivi scientifici ed è ben conscia delle sfide che la attendono, prima tra tutte la necessità di sviluppare un ecosistema che consenta la commercializzazione dell’H2. L’appello lanciato durante la webcast non poteva essere più chiaro: per aver successo, serve una rete di produzione e distribuzione dell’LH2 a costi simili di quelli del kerosene (oggi il prezzo del Jet-A1 è $330/tonnellata; quello dell’LH2 è dieci volte maggiore per il cosiddetto H2 grigio”, prodotto da combustibili fossili col rilascio di gas serra). Governi e aziende stanno rispondendo: l’UE ha promesso investimenti da 140 miliardi di euro e un numerose multinazionali del settore chimico-energetico, da Aramco a BP a Chevron, si sono riunite nell’Hydrogen Council con lo scopo di espanderne l’uso.

Riusciremo, nel 2035, ad imbarcarci su un volo ad idrogeno? Io credo di si. Le sfide sono enormi ma la tecnologia è nota, ha chiari vantaggi e c’è un forte sostegno pubblico e privato. Da un punto di vista operativo ritengo che un futuribile aereo ad idrogeno debba volare usando le infrastrutture (aeroporti, hangar, mezzi) in uso oggi. Uno dei motivi del fallimento dell’A380, come abbiamo visto, è stata la necessità di avere equipaggiamenti specifici. Se gli aeroporti del futuro non potranno servire un aereo a LH2 nello stesso modo di uno convenzionale allora il successo di questa tecnologia sarà più difficile.

Questo è l’anno più difficile per l’aviazione civile e sembra quasi appropriato che, in un momento così buio, venga annunciato un nuovo corso, una possibilità per un futuro sostenibile. Per quel che vale, io sono ottimista e spero di poter imbarcarmi, tra una quindicina d’anni, su un aereo a zero emissioni a quasi un secolo dal primo test di un motore a getto. Curiosamente, anch’esso propulso ad idrogeno.

LIVE – Introducing #ZEROe

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