Aerei elettrici: come l'industria si sta preparando per il futuro

Negli ultimi anni, i pionieri hanno lavorato su tecnologie dirompenti nell'ingegneria della propulsione. I recenti successi della propulsione elettrica e dell'idrogeno sembrano essere la forza trainante di un'aviazione moderna e sostenibile. Sebbene questo cambiamento debba affrontare numerose sfide, questi pionieri stanno guadagnando credibilità. I grandi operatori del settore stanno rispondendo a queste tendenze lanciando progetti di innovazione su larga scala, con il sostegno politico e finanziario dei governi, creando una dinamica di cambiamento. Quali sono queste innovazioni? Quali sono i vantaggi e i limiti? Cosa abbiamo già ottenuto?

Dall'introduzione dei motori a reazione, più di 80 anni fa, l'industria aeronautica ha subito innovazioni spettacolari, ma le basi sono rimaste le stesse. Oggi l'industria aeronautica ha bisogno di reinventarsi per affrontare sfide cruciali. L'industria contribuisce al 2% delle emissioni mondiali di CO2 e deve ridurre il suo impatto ambientale per rispondere all'evoluzione delle richieste dei consumatori e delle normative. Finora l'aviazione ha avuto un approccio frammentario per affrontare questa sfida e ora è necessario attuare misure più drastiche. Ecco quale potrebbe essere il futuro dell'aviazione.

Aerei elettrici con batterie - già una realtà

Gli aerei elettrici non sono un'invenzione nuova, avendo partecipato agli ambienti dell'aviazione fin dagli anni '70. Per decenni, questi aerei sono stati dispositivi sperimentali con scarsa autonomia e carico utile quasi nullo. Negli ultimi anni, il numero di progetti di aerei elettrici è esploso(Roland Berger) e, grazie alle innovazioni citate di seguito, i voli commerciali elettrici sembrano imminenti.

Il principale vantaggio della propulsione elettrica a batteria è il suo impatto minimo sull'ambiente. Con zero emissioni in volo, questo è di gran lunga il modo più pulito di utilizzare un aereo. Tuttavia, non è ancora del tutto pulito, poiché la produzione e il riciclaggio delle batterie devono essere considerati nella valutazione dell'impatto complessivo. Un altro importante vantaggio della propulsione elettrica è la sua quasi silenziosità. Questo rappresenta un vantaggio strategico per combattere l'inquinamento acustico, che negli ultimi anni è diventato un problema ambientale legittimo negli aeroporti. Questi fattori iniziano a spiegare perché i produttori e i pionieri stanno spingendo l'aviazione elettrica in prima linea.

Dal 2016 sono iniziati a fiorire progetti di aerei a propulsione elettrica. In origine, questi aerei mancavano di funzionalità a causa dello sbilanciamento del peso indotto dalle batterie: spesso raggiungevano il peso massimo con un solo pilota e avevano una capacità di volo di pochi minuti. Tuttavia, di recente si è assistito a un cambiamento nella tecnologia delle batterie. Grazie a innovazioni mutuate dall'industria automobilistica, la potenza delle batterie è aumentata in modo significativo fino a consentire un volo di un'ora. I produttori di batterie hanno migliorato il rapporto potenza-peso (potenza erogata divisa per il peso), il tempo di ricarica e hanno aumentato l'autonomia dell'aereo nel suo complesso.

Con l'innovazione costante che diventa la norma, il numero di voli elettrici è aumentato dal 2019. In meno di 18 mesi: H55 ha fatto volare un BRM Aero equipaggiato con il suo EPS (Electric Propulsion System) nel giugno 2019. Ampaire ha fatto volare un Cessna 337 con motore ibrido nel giugno 2019. Magnix ha volato con un Beaver commerciale di Harbour Air (Canada) nel dicembre 2019 e poi con un Cessna Caravan nel maggio 2020. Il cambiamento può essere evidenziato dalle dimensioni dei velivoli. Nel giugno 2020, il costruttore di aeromobili Pipistrel ha ricevuto la certificazione di tipo EASA (Agenzia dell'Unione Europea per la Sicurezza Aerea) per il Velis Electro a batteria, il primo aereo elettrico certificato al mondo. Anche Easyjet ha deciso di avviare lo sviluppo di voli commerciali elettrici a corto raggio in collaborazione con Wright Electric. I voli commerciali elettrici sembrano ora realizzabili.

Mentre le tendenze recenti mostrano progressi intermittenti nel settore dell'aviazione, si è verificato un cambiamento sismico nella credibilità della propulsione elettrica e dell'alimentazione a batteria. L'industria riconosce ora l'elettricità come un'alternativa fattibile per i piccoli velivoli e i brevi voli commerciali. Per il momento, gli aerei elettrici a lungo raggio non sembrano realistici. La potenza necessaria per far volare un Boeing 787 o un Airbus A350 richiederebbe un peso enorme di batterie che non è ancora raggiungibile. Tali progetti sono stati interrotti, come il progetto E-Fan X(Airbus e Rolls Royce), abbandonato nell'aprile 2020 a causa della crisi sanitaria.

Oggi gli aerei elettrici alimentati da batterie sono una realtà solo per i velivoli di piccole dimensioni. Anche se sappiamo che non vedremo ancora aerei elettrici a lungo raggio nei prossimi 20 anni, le recenti innovazioni hanno portato il concetto su nuove scale e abbattono le barriere ogni mese. Tuttavia, un'altra tecnologia potrebbe consentire la propulsione elettrica senza i limiti delle batterie: l'idrogeno e le celle a combustibile.

Aerei elettrici con idrogeno (celle a combustibile) - futuri aerei a lungo raggio

Sin dal programma spaziale Gemini della NASA degli anni '60, l'idrogeno è stato applicato nel settore aerospaziale in due modi diversi: celle a combustibile e combustione. Oggi rappresenta una tendenza di spicco nella propulsione elettrica come mezzo per ridurre drasticamente l'impatto ambientale dell'industria aeronautica.

È importante notare che l'idrogeno non rappresenta un'alternativa ai motori elettrici, ma un'alternativa alle batterie. L'idrogeno sostituisce la necessità di batterie perché viene trasformato direttamente in elettricità attraverso le celle a combustibile. L'elettricità viene poi utilizzata nello stesso motore elettrico menzionato in precedenza. Queste celle a combustibile generano zero emissioni, solo acqua. Ecco perché l'idrogeno(verde) è una grande risorsa per l'aviazione pulita.

Il vantaggio delle celle a combustibile è che sfuggono al problema delle batterie pesanti. Infatti, producendo elettricità direttamente dall'idrogeno, le batterie non sono più necessarie, ma solo un'alternativa leggera per lo stoccaggio temporaneo. Le celle a combustibile sono relativamente leggere e hanno un ottimo rapporto potenza-peso. Tuttavia, non sono prive di difetti: occupano molto spazio e lo stoccaggio di un gas come l'idrogeno è impegnativo, soprattutto ad alta quota. I produttori stanno appena iniziando a capire come gestire questa tecnologia. Il primo volo a livello mondiale con celle a combustibile è avvenuto nel settembre 2020 con ZeroAvia, che è riuscita a far volare un Piper Malibu modificato.

A differenza delle batterie, il rapporto peso/potenza delle celle a combustibile consente loro di essere idonee per i viaggi a lungo raggio. Per questo motivo Airbus ha deciso di lavorare a un aereo a idrogeno a emissioni zero per il 2035. Ha presentato concetti ibridi che utilizzano celle a combustibile a idrogeno con combustione di idrogeno in motori a turbina a gas modificati.

L'idrogeno ha anche il vantaggio di essere facilmente accettato dall'industria. Le infrastrutture esistenti hanno la capacità di fare rifornimento e potrebbero essere facilmente adattate all'idrogeno, mentre le batterie richiederebbero una drastica trasformazione della catena del valore dell'industria aeronautica.

Come per ogni transizione su larga scala, c'è un'agenda politica da considerare. La Commissione Europea sta spingendo lo sviluppo dell'idrogeno, in particolare per compensare il crescente gap nella produzione di batterie. Puntando sull'idrogeno, i Paesi europei si posizionano in modo strategico tra i futuri mercati energetici. Grazie agli investimenti su larga scala di operatori globali come Air Liquide ed Engie e agli aiuti governativi (Germania, Francia, Regno Unito, Norvegia), l'industria aeronautica può contare su un forte sostegno per lo sviluppo di questo settore.

L'idrogeno si posiziona quindi sia come complemento che come alternativa alle batterie. L'aviazione avrà bisogno della coesistenza di queste tecnologie per ridurre in modo significativo l'impatto ambientale del settore.

Cosa succederà in futuro?

L'industria aeronautica sta affrontando una crisi senza precedenti in un contesto ambientale difficile. Sebbene la IATA preveda che il traffico aereo tornerà alla normalità nel 2024, le prospettive a breve termine appaiono fosche. Questa situazione costringe i principali operatori del settore a coinvolgere gli azionisti in prospettive a lungo termine, realizzando progetti ambiziosi e dirompenti. Alla luce della situazione ecologica, delle nuove normative e delle aspettative dei consumatori, la nuova visione a lungo termine è chiara: la nuova era dell'aviazione è pulita e senza emissioni di carbonio.

Fortunatamente, questa nuova era coincide con la maturità di molte innovazioni tecnologiche a favore dell'ambiente e con una forte volontà politica. L'industria aeronautica può contare sui pionieri del settore per continuare ad abbattere le barriere attraverso la propulsione elettrica e le celle a combustibile. Grazie all'innovazione, alla sinergia politica e all'intento economico, una rivoluzione tecnologica sostenibile potrebbe prendere slancio nell'industria aeronautica.

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