Airbus spera di volare su aerei di linea alimentati a idrogeno con zero emissioni di carbonio entro il 2035

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Il gigante aerospaziale Airbus spera di mettere in cielo un aereo di linea commerciale alimentato a idrogeno che rilascerà zero emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera. Ma non prima del 2035.

Sebbene 15 anni possano sembrare lunghi per la ricerca e lo sviluppo, data l'urgente necessità di ridurre le emissioni di carbonio ai sensi dell'accordo di Parigi sul clima, l'elaborazione e lo stoccaggio di "idrogeno pulito" richiede la risoluzione di una serie di complesse sfide tecniche. Tre dei primi concetti di design che l'azienda sta studiando sarebbero a corto di idrogeno e ossigeno e non avrebbero scarichi di carbonio. Ma questo non significa che non influenzeranno affatto il clima.

"Ti svelerò un piccolo segreto, non sono emissioni zero", ha detto Amanda Simpson, vicepresidente per la ricerca e la tecnologia di Airbus Americas.

La combustione dell'idrogeno produce acqua, che esce dai motori sotto forma di vapore che, soprattutto ad alta quota, agisce come un gas serra.

Studi recenti hanno dimostrato che le scie di condensazione, le strisce bianche di acqua condensata che seguono i getti nel cielo, hanno un impatto climatico significativo. Tuttavia, questi progetti alimentati a idrogeno potrebbero limitare in modo significativo il riscaldamento totale causato dalle compagnie aeree riducendo o eliminando l'anidride carbonica che emettono. Le compagnie aeree hanno rappresentato oltre il 2% delle emissioni globali di CO2 nel 2018, con il contributo totale delle scie di condensazione e dei vari inquinanti dell'aviazione commerciale che guidano circa il 5% del riscaldamento a livello globale.

Fino a questo punto, i tentativi dell'industria di volare a zero emissioni di carbonio sono stati progetti di prova di concetto più piccoli, come gli aerei elettrici a corto raggio che non si espandono praticamente per i voli passeggeri più grandi.

Simpson ha detto che pensa che l'energia dell'idrogeno sarà "la più pulita possibile", quindi lo sviluppo di un aereo che lo percorra è un passo importante nella decarbonizzazione dell'industria aerospaziale.

Ilan Kroo, professore di aeronautica e astronautica alla Stanford University, ha affermato che non vi è alcuna garanzia che Airbus possa rispettare la scadenza autoimposta del 2035, perché ci sono molte incertezze lungo la strada per lo sviluppo di aerei alimentati a idrogeno. Nessuno sa quali problemi sorgeranno o quali scoperte potrebbero verificarsi nei prossimi 15 anni.

"Penso che sia fantastico che sperano di farlo", ha detto.

Annie Petsonk, consulente legale internazionale dell'Earth Defense Fund, ha affermato di ritenere fondamentale che Airbus "dia agli ingegneri un obiettivo e un impegno". Affinché queste tecnologie possano progredire, ha affermato, le aziende e i responsabili politici devono fissare obiettivi, quindi risolvere gli ostacoli tecnologici per raggiungerli, piuttosto che il contrario.

Creazione della domanda per il volo alimentato a idrogeno

Airbus ha già reso pubbliche incursioni nel volo a zero emissioni di carbonio, a cominciare da un piccolo aereo elettrico presentato nel 2010. Il principale concorrente della compagnia, Boeing, ha testato un piccolo aereo alimentato a idrogeno nel 2008, il primo volo con equipaggio nel suo genere, e ha testato un aereo a idrogeno. drone nel 2012, ma non ha annunciato piani per voli passeggeri alimentati a idrogeno.

Infatti, il principale sviluppatore di prodotti di Boeing, Michael Sinnett, ha recentemente espresso scetticismo sulla possibilità di voli passeggeri alimentati a idrogeno nel prossimo futuro. Sinnett ha affermato che le nuove tecnologie dell'idrogeno impiegheranno molto tempo per svilupparsi e che i regolamenti governativi potrebbero non essere veloci per adattarle, una volta arrivate. Ha anche affermato che per mantenere gli standard di sicurezza degli aeromobili, l'industria ha ancora molto da imparare sull'idrogeno.

L'idrogeno sul mercato oggi, ha detto Simpson, di Airbus Americas, è "marrone", il che significa che non è una fonte di energia prodotta in modo sostenibile. Il novantacinque per cento dell'idrogeno prodotto negli Stati Uniti proviene dal "reforming" del gas naturale, un processo ad alta intensità energetica che converte il metano in idrogeno e altri gas. Attualmente, la stragrande maggioranza del gas naturale domestico proviene dalla fratturazione idraulica.

Ma nel creare una domanda di idrogeno pulito, ha detto Simpson, Airbus prevede che i fornitori di carburante miglioreranno la loro produzione dell'elemento suddividendo le molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno utilizzando elettricità rinnovabile.

"Se la domanda li sosterrà", ha detto Simpson degli aerei di linea alimentati a idrogeno, "pensiamo che diventeranno economici e saranno molto puliti".

Airbus prevede di far volare diversi aerei alimentati a idrogeno entro la metà degli anni '30, ha detto Simpson, e da lì la compagnia aumenterà gradualmente la sua flotta.

Nei prossimi cinque anni, Airbus farà ricerca e sviluppo intensivi per i suoi concetti di idrogeno, ha detto Simpson. Hanno presentato i progetti preliminari in un annuncio il mese scorso: uno per un aereo passeggeri e un altro per un aereo "turboelica" di capacità inferiore azionato da una turbina combinata con un'elica. Entrambi questi progetti assomigliano a aerei passeggeri convenzionali, ma Airbus ha anche concepito un ampio "corpo ad ala mista", che avrebbe una portata e un numero di passeggeri simili a quelli dell'aereo, ma che assomiglia più a un bombardiere stealth.

I modelli più grandi potrebbero ospitare 200 passeggeri e avere un'autonomia di 2.000 miglia nautiche, mentre il turboelica potrebbe ospitare 120 e avere un'autonomia di 1.000 miglia. Brucerebbero idrogeno e ossigeno e trarrebbero energia aggiuntiva dalle celle a combustibile idrogeno-ossigeno, dispositivi che, anziché bruciare gli elementi, li combinano per produrre elettricità, come una batteria che, invece di essere ricaricata, viene riempita con gli elementi che reagiscono a creare elettricità. Le celle a combustibile fornirebbero una spinta in più attraverso un motore elettrico.

Questi concetti sono precoci e Airbus potrebbe finire per sviluppare più di uno dei tre concept aerei o arrivare a un concetto completamente nuovo entro la fine dei cinque anni. "Uno? Due? Tutti e tre? Qualcosa di diverso?" Ha detto Simpson.

Il progetto finale dipenderà dal contributo delle compagnie aeree e, a sua volta, dall'interesse dei passeggeri per i voli a basse emissioni di carbonio, ha affermato.

Il periodo quinquennale di ricerca e sviluppo sarà seguito da uno o due anni di "industrializzazione", per capire come progettare, costruire e migliorare il velivolo. Si aspetterebbero il primo volo dopo altri quattro o cinque anni, quindi inizierebbero a testare l'aereo per assicurarsi che soddisfi gli standard dell'aviazione internazionale. La certificazione dell'aereo sarà intrinsecamente più difficile, a causa della novità dei suoi componenti adattati all'idrogeno.

Trovare spazio per il carburante

Lo stoccaggio del carburante è un grave ostacolo tecnico per gli aerei a idrogeno. Il combustibile gassoso a idrogeno peserebbe meno dei combustibili convenzionali con la stessa quantità di energia, ma occuperebbe più spazio, ha detto Kroo.

Ciò richiederebbe ai progettisti di aeromobili di trovare un modo per immagazzinare in modo sicuro ed efficiente l'idrogeno liquido, che è molto più compatto della forma gassosa, o trovare più spazio a bordo dell'aereo per lo stoccaggio del carburante.

Se gli aerei saranno in grado di immagazzinare idrogeno liquido è un dibattito in corso, ha detto Kroo. Il carburante utilizzato in molti razzi, l'idrogeno liquido, richiederebbe pesanti serbatoi di stoccaggio ad alta pressione mantenuti a temperature estremamente basse. Se i progettisti possono rendere questi serbatoi leggeri, freschi e sicuri, potrebbero racchiudere molta energia in un piccolo spazio.

Altrimenti, dovranno trovare più spazio nell'aereo per l'idrogeno gassoso. Un vantaggio del design "blended-wing body", secondo Kroo, è che potrebbe creare più spazio interno per lo stoccaggio del carburante.

Oltre al vapore acqueo che forma le scie di condensazione, le turbine calde, come quelle degli attuali aeromobili, fonderanno insieme gli ossidi di azoto dall'azoto e dall'ossigeno nell'aria, ma le turbine a idrogeno produrrebbero molto meno di quelle alimentate convenzionalmente, ha detto Kroo. Gli ossidi di azoto creano ozono. Nella stratosfera lo strato di ozono blocca la luce ultravioletta che può bruciare la pelle e le piante, ma ad altitudini elevate nella troposfera, lo strato dell'atmosfera più vicino alla Terra, l'ozono e il vapore acqueo possono agire come gas serra.

“In generale, l'idrogeno [fueling an aircraft] ad altitudini inferiori a 11 o 12 chilometri, ha gas a effetto serra sostanzialmente inferiori ", rispetto a un aereo che utilizza carburante convenzionale, ha detto Kroo. Per limitare l'impatto sul clima degli ossidi di azoto e delle scie di vapore, ha affermato, le compagnie aeree dovrebbero evitare di spingere le altitudini di crociera dei loro jet passeggeri più in alto di quella, il che esacerberebbe gli effetti del riscaldamento climatico di entrambi.

Volare più in alto è generalmente allettante per le compagnie aeree perché l'aria più rarefatta causa meno resistenza e consente voli più efficienti. Alcuni studi hanno dimostrato che volare ad altitudini inferiori può ridurre significativamente la produzione di ossidi di azoto. Altri hanno dimostrato che alterare le rotte di volo per evitare la formazione di scie di condensazione potrebbe ridurre il loro impatto sul riscaldamento di circa il 50-60 percento. Ha anche notato che un aereo alimentato da celle a combustibile a idrogeno esclusivamente elettrico potrebbe evitare completamente il problema del vapore acqueo, intrappolando l'acqua formata nel processo all'interno dell'aereo.

Per quanto riguarda le misure di sostenibilità a più breve termine, Airbus sta cercando di utilizzare combustibili sintetici che possono essere prodotti combinando idrogeno e anidride carbonica catturati dall'aria per sostituire quelli convenzionali, vale a dire il cherosene, che viene raffinato dal petrolio. Questi combustibili possono essere utilizzati negli attuali aeromobili come "fase intermedia" prima che gli aerei alimentati a idrogeno arrivino sul mercato.

"I combustibili sintetici sono davvero un modo per decarbonizzare, ma non si tratta di emissioni zero", ha detto Simpson. Attualmente, l'industria aeronautica dipende da aeromobili a lungo raggio e ad alta occupazione. Questi primi progetti a idrogeno non possono ricoprire quel ruolo, e nemmeno gli aerei elettrici a corto raggio, ha detto Simpson. "Quindi i combustibili sintetici dovranno essere parte della soluzione per decarbonizzare l'aviazione".

Il passaggio all'idrogeno, ha detto, non avverrà dall'oggi al domani. Oggi sono in servizio più di 20.000 aerei di linea e si prevede che il numero salirà tra i 30.000 e i 40.000 entro il 2030.

"Ci sarà cherosene … in uso per molto, molto tempo", ha detto. Tuttavia, è fiduciosa che i carburanti a idrogeno verde saranno disponibili in un futuro non troppo lontano e che alla fine verranno sviluppati i motori che funzionano su di esso.

"L'idrogeno sta arrivando", ha detto. "Stiamo solo andando ad aumentare la domanda."

Leto Sapunar

Reporter

Leto Sapunar è un giornalista scientifico e uno studente laureato presso il programma Science Health and Environmental Reporting della NYU. Dall'Oregon, ha studiato fisica all'Oregon State University e ha insegnato astronomia in California prima di trasferirsi a New York. Ha svolto un tirocinio presso Retraction Watch dove ha ricoperto la responsabilità scientifica e ha scritto per Scientific American, Medscape Medical News e Alpinist. Nel tempo libero ama l'arrampicata, la fantascienza e il tè.

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