Se i motori elettrici riuscissero a complementare, o addirittura sostituire, i combustibili fossili che attualmente alimentano gli aerei, viaggiare senza inquinare potrebbe diventare la norma. Tuttavia, per quanta fiducia si possa nutrire nell’innovazione, raggiungere questo traguardo comporta considerevoli difficoltà. Le batterie sono ancora troppo ingombranti e hanno una durata troppo bassa per poter sostituire i motori tradizionali nei voli che non siano di breve tratta, mentre le soluzioni a idrogeno, quali le celle a combustibile, sono in una fase ancora troppo embrionale.
Aviazione, un cambiamento necessario
Ciò che è chiaro a tutti, è la necessità di un cambiamento. Il trasporto aereo è responsabile di un miliardo di tonnellate di emissioni annue di diossido di carbonio, ovvero il 2% circa del totale delle emissioni. Considerando che, da attese, il settore dell’aviazione continuerà a crescere e che la domanda di trasporto aereo salirà in media del 4,3% annuo nei prossimi 20 anni, esso dovrà darsi “una ripulita” per raggiungere i target dell’ONU nella lotta al cambiamento climatico. Parliamo principalmente di trasporto passeggeri che, secondo le stime della International Air Transport Association, peserà nel 2023 il 67% del totale (con un 33% legato al trasporto merci).
Secondo le analisi di André Borschberg, co-fondatore di Solar Impulse, un progetto per la realizzazione di un velivolo alimentato esclusivamente a energia solare in grado di effettuare il giro del globo, “i motori a combustione non sono efficienti: più della metà del combustibile non impiegato per la propulsione va infatti persa. Inoltre, richiedono molta manutenzione. Di contro, i motori elettrici sono efficienti quasi al 100%, necessitano di poca manutenzione e permettono diverse configurazioni con soluzioni plurimotore”.
Uno dei principali ostacoli che si ravvedono nella transizione dell’aviazione verso modelli ottimizzati e a basso impatto è, invece, il peso: l’energia contenuta nel carburante degli aerei è di 12.000 watt/ora per kg, contro i 250 watt/ora per kg delle batterie al litio, che per eguagliare la potenza arriverebbero quindi a raggiungere pesi ben più elevati. Tuttavia, i motori a combustione tradizionale sono efficienti un terzo rispetto ai motori elettrici quando si tratta di convertire l’energia in potenza. Sempre i motori elettrici, inoltre, sono meno costosi: secondo BloombergNEF, nel 2022 i costi dell’energia per gli aerei alimentati a batteria sono stati inferiori ai prezzi del carburante per gli aerei tradizionali.
L’innovazione tecnologica per gli aerei elettrici
In linea generale, la rapida innovazione tecnologica accelererà l’elettrificazione dei trasporti, come quella di edifici e fabbriche. Una maggiore consapevolezza da parte di consumatori e aziende e maggiori economie di scala da sfruttare nella fase di produzione di apparecchi sostenibili, amplierà questo universo di investimento che ha ancora importanti sfide da affrontare.
Ad esempio, i tempi di ricarica dovranno essere contenuti e questo metterà sotto pressione la rete elettrica. Per gestire i picchi di ricarica saranno necessarie opere di ingegneria civile o “batterie tampone” in grado di ovviare al problema in loco. Inoltre, le batterie degli aerei dovranno essere cambiate di frequente per soddisfare requisiti di sicurezza sempre più stringenti, ponendo quindi i problemi del riutilizzo e dello smaltimento. Se con riferimento al secondo punto rimangono diversi fronti di discussione aperti, riguardo al primo punto, le batterie sostituite potranno essere sfruttate a terra per lo stoccaggio di energia.
Il tema della sicurezza resta inoltre centrale per la parte che contempla l’integrazione di nuovi software capaci di migliorare i sistemi di controllo, ma anche di sviluppare tecnologie in grado di simulare situazioni critiche risolvendole a monte.
Voli ibridi, elettrici e a idrogeno
Un’alternativa al più efficiente motore elettrico potrebbe essere rappresentata dai motori ibridi, che hanno il potenziale per ridurre il consumo energetico del 30% sui voli fino a 50 posti; secondo Matheu Parr, le soluzioni ibride sono in grado di migliorare l’efficienza delle turbine a gas di circa il 2-4%. In base alle stime di Borschberg, nei prossimi 20 anni gli aeromobili elettrici saranno utilizzati esclusivamente per i voli di breve tratta. Per le lunghe tratte si passerà invece a soluzioni ibride e infine si arriverà a volare in elettrico. Iniziare dai mezzi più piccoli permetterà di raccogliere dati fondamentali, fornendo agli ingegneri un’esperienza in materia che si rivelerà di grande valore.
Un’altra soluzione vede, invece, l’entrata in scena dell’idrogeno, che può essere bruciato come accade nei motori a combustione o usato nelle celle a combustibili (che potrebbero affiancare i motori esistenti). L’uso di idrogeno liquido risulta comunque particolarmente complesso, poiché richiede temperature di stoccaggio estremamente basse e quindi difficili da raggiungere. Vi è poi un’altra questione: quella della sostenibilità dell’idrogeno e delle sue modalità d’estrazione.
Mentre l’idrogeno rappresenta oggi un progetto dall’alto potenziale, i motori elettrici hanno già fatto la loro comparsa nel mondo dell’aviazione. Per esempio, gli idrovolanti canadesi, usati a Vancouver per i voli passeggeri fino ai 30 minuti, stanno passando all’elettrico. Aerei elettrici vengono, inoltre, utilizzati per l’addestramento dei piloti.
Il passaggio a voli completamente sostenibili richiederà ancora un po’ di tempo, ma si sta andando nella giusta direzione.
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