Gli aerei elettrici sono qui, ma non risolveranno il problema del carbonio volante

Gli aerei elettrici sono qui, ma non risolveranno il problema Co2 di Flying
Prototipo Alice di Eviation. Ian Langsdon / EPA

Il governo del Regno Unito prevede di vietare la vendita di nuove auto convenzionali a benzina e diesel by 2040. Chiaramente il piano prevede che tutti i cittadini guidino auto elettriche o ibride elettriche o, meglio ancora, guidino biciclette. Ma l'elettrificazione può contribuire a ridurre le emissioni dell'altra forma ad alta intensità di carbonio del trasporto passeggeri, il volo?

Questa è una domanda complessa e in cui le dimensioni contano. È possibile che i piccoli aeromobili siano alimentati dall'elettricità. In effetti diverse compagnie stanno già sviluppando piccoli velivoli elettrici e potrebbero entrare sul mercato all'interno i prossimi anni.

Ma per gli aeromobili di grandi dimensioni che usiamo tutti più frequentemente, è improbabile che accada presto. Il problema non è la tecnologia di propulsione ma l'accumulo di energia. Il carburante per jet contiene circa 30 volte più energia per chilogrammo rispetto alla più avanzata batteria agli ioni di litio attualmente disponibile.

L'aereo passeggeri più grande del mondo, l'Airbus A380, può volare passeggeri 600 15,000 chilometri in un solo volo. Ma, secondo i miei calcoli, con le batterie poteva volare solo poco più di 1,000 chilometri. Anche se tutti i passeggeri e le merci fossero sostituiti con batterie, l'autonomia sarebbe comunque inferiore a 2,000 chilometri. Per mantenere la sua portata attuale, l'aereo avrebbe bisogno di batterie che pesano 30 volte più della sua attuale presa di carburante, il che significa che non si staccherebbe mai da terra.

Questo compromesso è particolarmente negativo per i voli a lungo raggio perché il carburante costituisce la metà del peso dell'aeromobile al decollo. Inoltre, un aereo convenzionale diventa più leggero man mano che il carburante viene consumato, ma un aereo elettrico dovrebbe trasportare lo stesso peso della batteria per l'intero volo. Come ho già detto, le dimensioni contano.

Per un aereo leggero da cinque a dieci posti, è probabile che il carburante rappresenti da 10% a 20% del peso del velivolo. La semplice sostituzione del carburante con le batterie potrebbe ridurre la distanza che l'aereo può percorrere di una quantità impraticabile. Ma sostituire due o tre passeggeri con batterie aggiuntive porterebbe un raggio di 500 chilometri a 750 chilometri, rispetto a un raggio di carburante di oltre 1,000km.

Primo modello commerciale

Tuttavia, potrebbe esserci un'altra opzione. Ditta israeliana Eviation ha recentemente rivelato una versione prototipo di quello che afferma sarà il primo aereo passeggeri completamente elettrico commerciale al mondo. L'aeromobile, di nome Alice, non si limita a scambiare carburante per jet con batterie ma è un concetto di design completamente nuovo che migliora il modo in cui il sistema di propulsione è integrato nella cellula. Trasportando nove passeggeri con una gamma di 1,000km, Alice dovrebbe entrare in servizio in 2022.


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Alice può essere un'alternativa pratica per i piccoli viaggi regionali, ma non per la maggior parte dei voli passeggeri di linea, anche quelli a corto raggio. Quindi, come può l'elettrificazione aiutare qui? Il miglioramento della tecnologia della batteria è un'opzione. Una nuova tecnologia conosciuta come batterie al litio-aria può teoricamente raggiungere la stessa densità di energia del carburante per jet. Tuttavia, sono ancora nella fase di laboratorio. Data la natura estremamente attenta alla sicurezza dell'industria aeronautica, è improbabile che pianifichi aeromobili futuri con tecnologia non dimostrata.

Ciò che è più probabile che vedremo per i voli a corto raggio nei prossimi anni da 20 a 30 sono gli aerei ibridi che combinano gli attuali motori turbofan con nuovi sistemi di propulsione elettrici. Questo sistema ibrido più flessibile potrebbe essere ottimizzato per fornire l'elevata spinta richiesta per il decollo e la densità di energia necessaria per una lunga crociera.

Gli aerei elettrici sono qui, ma non risolveranno il problema Co2 di Flying
L'ibrido E-Fan X. Airbus

Questa è un'area che viene attivamente perseguita nel E-fanx progetto, che coinvolge Airbus, Rolls-Royce e Siemens insieme per sviluppare un dimostratore di volo a propulsione ibrido-elettrica. Utilizzando un aereo BAe 146, che di solito trasporta passeggeri 100, hanno in programma di sostituire uno dei quattro motori turbofan Honeywell del velivolo con un ventilatore propulsore azionato da un motore elettrico da due megawatt.

Nelle fasi iniziali del progetto, l'elettricità sarà effettivamente fornita da una turbina a gas Rolls-Royce AE2100 alloggiata nella fusoliera dell'aeromobile (corpo principale). Ma l'E-FanX sarà ancora un passo importante nell'evoluzione della tecnologia elettrica ibrida. Dice Airbus vuole rendere questa tecnologia disponibile per gli aeromobili 100 con sedile 2030.

È anche possibile equipaggiare un aereo con più piccoli propulsori elettrici in un cosiddetto sistema di propulsione distribuito che è più efficiente dei progetti tradizionali che utilizzano due grandi turbofan. Questa idea può essere ulteriormente sviluppata combinando la fusoliera e le ali separate in un unico "mescolato-wing-body", Integrando in modo più efficiente i propulsori con la cellula in un design più aerodinamico. Ciò potrebbe ridurre la quantità di energia di cui il velivolo avrebbe bisogno del 20%.

Ma nessuno dei due principali produttori di aeromobili del mondo, Boeing e Airbus, sta perseguendo attivamente la tecnologia delle ali miste. Un cambiamento di progettazione così importante presenta troppe sfide tecniche per renderlo commercialmente praticabile proprio adesso. Ad esempio, la maggior parte degli aeroporti non sarebbe in grado di ospitare un aereo ad ala blended.

Senza alternative

Sfortunatamente, per il tipo di voli che molti di noi fanno attualmente non esiste alternativa pratica ai turbofan alimentati a jet. Per questo motivo, i principali produttori di motori per aeromobili stanno investendo molto per migliorare la loro attuale tecnologia dei motori. La International Air Transport Association lo stima ogni nuova generazione di aeromobili è in media 20% più efficiente in termini di carburante rispetto al modello che sostituisce e che le compagnie aeree investiranno $ 1.3 trilioni di dollari in nuovi aerei nel prossimo decennio.

Ad esempio, il motore più recente di Rolls-Royce, il Trento XWB che alimenta il nuovo Airbus A350, è commercializzato come "il più grande motore aeronautico più efficiente al mondo". Airbus afferma che il motore aiuterà A350 a raggiungere "25% in meno di costi operativi, consumo di carburante ed emissioni di CO lower rispetto ai velivoli della generazione precedente".

La prossima generazione di motori Rolls-Royce, la UltraFanTM, offrirà un'ulteriore riduzione da 20% a 25% nel consumo di carburante e nelle emissioni di CO₂ e dovrebbe entrare in servizio in 2025.

Ma vale la pena ricordare che l'aviazione contribuisce attualmente solo dallo 2% allo 3% delle emissioni globali di CO₂. Questo è paragonabile a circa 30% a 35% per l'intero settore dei trasporti, e un altro 30% a 35% per la generazione di elettricità.

Il numero di passeggeri aerei è dovrebbe raddoppiare nel corso dei prossimi due decenni, ma lo sono anche le emissioni totali, quindi è improbabile che questo costituisca il problema dell'aviazione. Ridurre le emissioni del trasporto aereo di 20% per generazione di aeromobili probabilmente non potrebbe essere un miglioramento sostenibile. Ma se i velivoli ibridi diventassero realtà, allora volare davvero potrebbe contribuire in misura ancora minore alle emissioni totali di quanto lo sia oggi.

Circa l'autore

Duncan Walker, docente senior di aerodinamica applicata, Loughborough University

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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