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Quando decollano gli aerei all’idrogeno? Report Economist

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american airlines AEREI IDROGENO

Ecco le aziende che lavorano sugli aerei all’idrogeno, secondo un approfondimento del settimanale The Economist

Nelle paludi della Florida degli anni Cinquanta, un forte ruggito a volte disturbava la serenità degli alligatori locali. In condizioni di massima segretezza, gli ingegneri della Pratt & Whitney, un’azienda aerospaziale, stavano testando un nuovo tipo di motore alimentato da una strana sostanza apparentemente proveniente da un impianto di fertilizzanti della vicina città di Apix. In realtà, la città era solo un nome su una mappa e lo stabilimento di fertilizzanti era uno stratagemma per ingannare i russi. I rumori erano il risultato del Progetto Suntan, un tentativo dell’aviazione americana di costruire un aereo alimentato a idrogeno. Ha quasi funzionato. I motori funzionavano con successo, ma lo stoccaggio e la fornitura dell’idrogeno stesso si è rivelato troppo costoso per continuare la produzione.

Suntan è stato solo il primo di una serie di tentativi falliti di usare l’idrogeno per alimentare velivoli. Il fascino è grande. L’idrogeno contiene una quantità di energia per chilogrammo tre volte superiore a quella del cherosene, l’attuale carburante standard per l’aviazione, e la leggerezza è di gran lunga superiore. La Tupolev, in quella che allora era l’Unione Sovietica, c’ha provato negli anni Ottanta. La Boeing ci ha provato negli anni 2000. Un piccolo aereo dimostratore ha volato in Germania. Ma niente è decollato davvero. L’idrogeno, anche se leggero, è ingombrante, il che lo rende scomodo da immagazzinare a bordo. Deve essere pressurizzato o liquefatto, entrambe le cose portano complicazioni. Inoltre, non esiste un’infrastruttura consolidata per la sua produzione e distribuzione.

QUESTA VOLTA E’ DIVERSO

Ora, però, le cose sono cambiate – scrive The Economist. L’aviazione è sotto pressione per ridurre le emissioni di anidride carbonica bruciando meno cherosene. E parlare di costruire infrastrutture per la produzione e la consegna dell’idrogeno per altri scopi, come il riscaldamento e il trasporto terrestre, sta diventando una cosa seria, il che significa che l’idrogeno potrebbe diventare disponibile come merce, invece di dover essere prodotto in modo speciale. L’equilibrio del vantaggio può quindi spostarsi. Così alcune anime coraggiose guardano ancora una volta all’idea del volo a idrogeno.

Il progetto Suntan ha usato questa roba nel modo in cui il cherosene viene usato per creare il calore necessario per alimentare un motore a reazione. Questo è un modo per andare avanti. Ma molti aerei sono spinti da eliche, e questo permette un secondo approccio, perché le eliche possono essere girate da motori elettrici. Utilizzando le celle a combustibile, una tecnologia del XIX secolo che ora sta prendendo piede, è possibile generare l’elettricità necessaria per farlo con l’idrogeno.

Questa è la strada intrapresa da ZeroAvia, un’azienda con sede a Cranfield, nel sud della Gran Bretagna. A settembre gli ingegneri di ZeroAvia hanno presentato un aereo a sei posti alimentato da celle a combustibile che potrebbe decollare, completare due circuiti dell’aeroporto e atterrare. L’aereo in questione è un Piper M modificato di classe M, un velivolo ad elica singola che normalmente è azionato da un motore a pistoni. Gli ingegneri hanno sostituito questo con un motore elettrico, e hanno installato un banco di celle a combustibile per alimentare quel motore e un set di serbatoi per contenere l’idrogeno che fa funzionare le celle a combustibile.

Val Miftakhov, il capo di ZeroAvia, spera di vedere questo dimostratore fare un viaggio di 400 km, provvisoriamente previsto per la settimana del 21 dicembre, seguito da un volo più lungo dalle Orcadi, un arcipelago al largo della punta settentrionale della Gran Bretagna, la prossima primavera. (Le autorità delle Orkney sono interessate ad aerei “hopper” che possano collegare le isole dell’arcipelago). L’azienda prevede anche di avere un prototipo da 20 posti pronto nel 2021. La certificazione per uso commerciale potrebbe arrivare nel 2023.

Sulla scia di ZeroAvia c’è H2Fly, uno spin-off della dlr, il centro di ricerca aeronautica tedesco. Nel 2016 questa azienda ha aggiunto le celle a combustibile ad un aliante motorizzato Pipistrel, che poi è rimasto in volo per 15 minuti. Il piano è quello di estendere questo approccio ad un aereo ad elica di produzione in versione ad elica nei test che saranno condotti a breve. Nel frattempo, in America, un produttore di motori elettrici chiamato magniX ha annunciato una partnership con la Universal Hydrogen, un’azienda di Los Angeles, per convertire un Dash 8-300 da 40 posti di Havilland Canada Dash 8-300 a celle a combustibile. Questo, sperano, sarà pronto entro il 2025.

Tali approcci sembrano funzionare in linea di principio. Dovranno però competere in pratica con gli aerei elettrici alimentati a batterie. A maggio, un’azienda americana chiamata Aerotec ha fatto volare una carovana Cessna Caravan a nove posti che è stata convertita a batteria attraverso i cieli sopra lo stato di Washington. Il dicembre precedente, magniX ha collaborato con la Harbour Air, una compagnia canadese, per pilotare un idrovolante de Havilland convertito nella Columbia Britannica. Le due aziende sono ora impegnate nella preparazione di questo aereo per la certificazione commerciale. Più ambiziosamente, diverse compagnie, come la Eviation, una compagnia israeliana, stanno cercando di costruire aerei a batteria partendo da zero piuttosto che convertire le cellule esistenti.

BATTERIE NON INCLUSE

I sostenitori delle celle a combustibile affermano, tuttavia, che queste sono migliori delle batterie per l’alimentazione del volo, perché le celle più il carburante ad esse associato immagazzinano molta più energia per chilogrammo di quanta ne possano gestire le batterie. “Le batterie danno davvero l’accelerazione. Ma non ti danno l’autonomia”, dice Robert Steinberger-Wilckens, ingegnere chimico dell’Università di Birmingham, in Gran Bretagna. La tecnologia delle batterie sta migliorando, ma saranno necessari grandi progressi prima che siano possibili viaggi più lunghi con passeggeri e merci a bordo.

L’installazione di fonti di energia elettrica in un aereo esistente, sia sotto forma di batterie che di celle a combustibile, è un inizio. Ma tale propulsione potrebbe portare a ridisegnazioni significative, come quella che Eviation sta progettando per il suo prodotto putativo, Alice. Questa ha tre eliche, tutte rivolte all’indietro. Anche se una volta popolari, le eliche rivolte all’indietro sono passate di moda da decenni. I droni elettrici per il decollo e l’atterraggio verticale – i droni per il trasporto di persone che trasportano persone, a volte pubblicizzati come il futuro del trasporto personale – sono spesso alimentati anche da più motori elettrici più piccoli, il che li rende adatti all’alimentazione a idrogeno a celle a combustibile.

Le macchine più grandi hanno problemi più grandi. Richiede molta più energia per il decollo e l’atterraggio di un aereo che per la crociera, e né le batterie né le celle a combustibile hanno ancora la forza di farlo per altri velivoli diversi da quelli piccoli. Se quelli più grandi devono essere alimentati a idrogeno, ciò richiederà almeno una parte del lavoro da fare tornando sulla rotta del Progetto Suntan e impiegando motori a turbina che bruciano la roba come gas.

Questo approccio è ora adottato da Airbus, un’azienda europea che condivide con Boeing of America un duopolio sui grandi aerei passeggeri. A settembre Airbus ha presentato zeroe, un progetto incentrato su tre aerei a idrogeno. Sebbene si tratti di modelli a corridoio singolo a corto raggio, sono un passo avanti rispetto a tutto ciò che potrebbe essere alimentato esclusivamente da celle a combustibile.

Tutti e tre sono progettati per unire le due tecnologie basate sull’idrogeno, con motori a turbina a idrogeno che potenziano il decollo e celle a combustibile che alimentano la crociera. Uno dei concetti è un turboelica che potrebbe trasportare fino a 100 passeggeri per distanze fino a 2.000 km. Una versione turbofan più grande porterebbe il doppio di quel carico. Il terzo approccio è più sperimentale: un modello “ad ala mista”, in cui fusoliera e aerofoil fanno parte della stessa struttura aerodinamica triangolare. Il vantaggio è che crea un volume extra per l’immagazzinamento dell’idrogeno.

Le sfide dell’utilizzo dell’idrogeno vanno però oltre la forma del corpo. Riprogettare un motore a turbina per funzionare su questo materiale sarà un’impresa multimiliardaria. L’idrogeno brucia più velocemente del cherosene, e anche più caldo. Ciò significa che i materiali esposti alla sua combustione subiscono maggiori sollecitazioni. Rischia anche di aumentare l’inquinamento generato sotto forma di ossidi di azoto, che negherebbe in parte i benefici ambientali della combustione dell’idrogeno. E sarebbe utile anche organizzare le cose in modo che una parte dell’energia utilizzata per comprimere o liquefare l’idrogeno per lo stoccaggio possa essere recuperata e messa in funzione.

Per i prossimi anni, Airbus si concentrerà sullo sviluppo delle tecnologie gemelle delle celle a combustibile e delle turbine a idrogeno in parallelo con la progettazione dei loro futuri aerei. Se i test a terra avranno successo, l’azienda spera di avere dei dimostratori aerei – che Glenn Llewellyn, vice-presidente di Airbus per i velivoli a emissioni zero, chiama i banchi prova volanti – a poppa entro il 2025. Entro la fine del decennio seguirà un prototipo in scala reale, con l’entrata in servizio del primo aereo di linea commerciale a emissioni zero entro il 2035. Non è ancora chiaro chi fornirà i motori per un aereo di questo tipo. Ma Safran, un costruttore di motori francese che spesso lavora con Airbus, ha confermato che sta cercando l’idrogeno per gli aerei di linea.

Finora la Boeing non ha seguito l’esempio. Questa divisione geografica può non essere una coincidenza. la politica pubblica dell’UE è decisamente verde, così come la politica pubblica in Gran Bretagna, non più membro dell’UE, ma sede di diverse strutture di Airbus. la politica dell’UE, in particolare, si traduce in denaro reale per la ricerca in materia attraverso il programma Clean Sky 2 dell’Unione.

Nessun sostegno di questo tipo, né morale né finanziario, è stato offerto in America negli ultimi quattro anni. L’amministrazione entrante di Joe Biden, tuttavia, sembra essere d’accordo con l’Europa sulle questioni ambientali. E questa nuova direzione è probabilmente, come in Europa, accompagnata dal denaro pubblico. Boeing, inoltre, scommetterebbe lasciando l’energia a idrogeno ad Airbus. Se la tecnologia avesse successo, rischierebbe di perdere una parte importante del suo mercato – e questo è qualcosa che non può certo permettersi di fare.

Articolo tratto dalla rassegna stampa estera di Eprcomunicazione

 

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