Aviazione verde

Aviazione verde

Pubblicato per la prima volta qui

Chi mi conosce sa del mio amore di una vita per l'aviazione. Volevo essere un pilota collaudatore ancor prima di voler essere un astronauta, ma ho finito per dedicarmi all'energia. La mia tesi di laurea combinava i miei due interessi perché era sull'uso dell'idrogeno come combustibile per l'aviazione, un'idea che era stata pesantemente promossa alla fine degli anni '70 dalla Lockheed e altri con la proposta di costruire Tristar alimentati a idrogeno per il trasporto tra gli Stati Uniti, l'Europa e il Medio Oriente. (Questo documento è ora online qui). Io stesso ho rinunciato a volare qualche anno fa e ancora mi manca. Come tutti sanno, l'aviazione è un grande problema in termini di emissioni, con 500 milioni di tonnellate di CO2 all'anno che dovrebbero triplicare entro il 2050, e a volte faccio fatica a far quadrare il desiderio di minimizzare le emissioni e l'impatto ambientale con la necessità e il desiderio di viaggiare, specialmente con la quantità di viaggi aerei che ho fatto negli ultimi cinque anni.

Per cominciare, non credo che potremo mai (o dovremmo cercare di) sopprimere il desiderio umano di base di viaggiare. In realtà penso che questo sia un riflesso dell'impulso all'esplorazione, senza il quale saremmo ancora i primati arboricoli o anche i mammiferi oceanici da cui discendiamo. Allo stesso modo non dovremmo limitare l'esplorazione spaziale, infatti dovremmo fare di più, è solo un impulso umano fondamentale.La questione è come cambiare la tecnologia e quanto velocemente possiamo farlo, specialmente nella cultura della sicurezza e nell'ambiente normativo dell'aviazione.

Una decina di anni fa l'enfasi era sui biocarburanti e molto capitale è stato investito nella produzione di biocarburanti e nella loro sperimentazione sugli aerei. La sicurezza è ovviamente fondamentale nell'aviazione e ho sempre detto che avrei preferito non volare in un aereo bio-alimentato per i primi cinque anni del suo utilizzo (lo stesso varrebbe per gli aerei elettrici) - anche se sarebbe stato diverso se fossi diventato un pilota collaudatore! Chiaramente i combustibili biologici e sintetici avranno un ruolo importante, ma il sogno finale è l'energia elettrica. Anche un decennio fa l'idea degli aerei elettrici era fantascienza, ma da allora i progressi nella tecnologia delle batterie, insieme al lavoro di imprenditori e grandi aziende, ha fatto sembrare il sogno dell'aviazione elettrica molto più vicino.

Un recente articolo di AirSpaceMag.com ha descritto alcuni degli sviluppi tra cui l'aereo regionale pendolare a nove passeggeri di Eviation che dovrebbe volare nel 2019 (che ha lo strano nome di Alice). Non dovrebbe essere una sorpresa, visto che abbiamo visto la stessa cosa nelle auto elettriche, ma la scelta della propulsione elettrica porta a cambiamenti significativi nel modo in cui il resto dell'aereo è progettato, sia in termini di struttura che di layout. Gran parte della struttura degli aerei è progettata per far fronte alle sollecitazioni di motori relativamente pesanti e vibranti. I motori elettrici sono più leggeri, ma naturalmente c'è l'enorme peso delle batterie che rappresenteranno il 60% del peso totale di Alices. Per fare un confronto, il carburante costituisce circa il 48% del peso di un Boeing 747 a pieno carico. L'autonomia dell'Alice è stimata in 650 miglia a 275 miglia all'ora.

È interessante notare che i costi operativi previsti sono abbastanza bassi che il costo per i passeggeri potrebbe essere ridotto del 30-60% rispetto a un aereo convenzionale, con risparmi in carburante e manutenzione. Bonny Simi, presidente di JetBlue Technology Ventures, è citato nell'articolo per aver detto che su brevi viaggi i turboprop regionali hanno un costo di 0,15-0,20 dollari per posto disponibile (ASM).15 a $0.20 con picchi sopra $0.40. La capacità più grande, i jet a lungo raggio hanno ASM nella gamma di $0.08 a $0.12 come volano più in alto dove i jet sono più efficienti e proporzionalmente meno tempo è speso in decollo e salita. Simi continua a dire "Le previsioni per gli aerei elettrici [che volano] 300 a 700 miglia stimano 10 a 12 centesimi" ($0.10 a $0.12 per ASM). Se questo tipo di vantaggio di costo può essere effettivamente fornito, il driver economico è chiaro.

Come tutti sanno la tecnologia delle batterie sta migliorando rapidamente e i costi stanno scendendo. C'è, tuttavia, una lunga strada da percorrere prima che gli aerei più grandi possano essere elettrici. Il "numero magico" in cui il volo a lunga distanza può diventare fattibile è citato a 1.000 Wh/kg di peso della batteria, mentre le batterie esistenti sono nel range di 270-300 Wh/kg. La batteria di una Tesla S immagazzina 85 kWh e pesa 540 kg - un'energia specifica di 157 Wh/kg. L'obiettivo di 1.000 Wh/kg per i velivoli praticabili non sembra prendere in considerazione i possibili miglioramenti nella riduzione della resistenza (e forse ulteriori progressi nelle strutture leggere). Il professor Viswanathan della Carnegie Mellon University afferma che una batteria che produce 400-500 Wh/kg potrebbe spingere un aereo da 200 a 400 miglia con una singola carica.

EasyJet ha fissato l'obiettivo di iniziare a operare rotte elettriche entro 10 anni e la Norvegia ha proposto di rendere tutti i voli inferiori a 1,5 ore tutti elettrici entro il 2040. EasyJet ha collaborato con Wright Electric che sta lavorando su un aereo che potrebbe trasportare 120 persone su voli di 300 miglia o meno. Anche se questi obiettivi sono eccitanti non dovremmo mai dimenticare sia il ciclo di hype che la lunghezza del tempo (e l'enorme quantità di denaro) che ci vuole per ottenere nuovi aerei certificati per le operazioni pubbliche. C'è una lunga strada, e un sacco di capitale, tra gli annunci e i siti web patinati e le immagini generate al computer e un aereo volante e certificato. Come ho evidenziato nella mia tesi di laurea, non è solo l'aereo dove è necessario innovare e investire, l'infrastruttura di terra dovrebbe cambiare considerevolmente. Quando il Terminal 5 è stato costruito, è stato progettato con connessioni di potenza a terra di maggiore capacità mentre l'A-380 stava entrando in servizio, immaginate la capacità di potenza extra necessaria negli aeroporti per la ricarica degli aerei elettrici, così come l'impatto delle operazioni a causa del tempo di ricarica richiesto.

All'estremità più grande e a lungo raggio dello spettro, la direzione di marcia è verso gli ibridi. Nel 2008 Boeing ha introdotto il concetto SUGAR (Subsonic Ultra-Green Aircraft Research) Volt che non è stato costruito. Anche la NASA sta lavorando su concetti ibridi. Al Glenn Research Center il focus è su concetti che potrebbero trasportare 150 persone su lunghe distanze. Così come i sistemi di propulsione, i concetti includono i progetti di ali miste altamente efficienti, una grande partenza dai progetti di tubi con cui abbiamo familiarità. (Penso che sia stato il pioniere dell'aviazione a basso costo Freddy Laker a dire che era nel business dei "tubi di alluminio"). I progetti di ali miste possono risparmiare il 50% del consumo di carburante e la NASA si sta muovendo verso il finanziamento di un X-plane volante su larga scala entro il 2021. Nel luglio 2018 al Farnborough Air Show il segretario agli affari del Regno Unito Greg Clark ha annunciato un'unità di ricerca e sviluppo del governo e dell'industria da 343 milioni di sterline, compresi 58 milioni di sterline per il volo elettrico.

L'aviazione è sempre stata incredibilmente innovativa. Trentatré anni hanno separato il Wright Flyer e il DC-3, il primo aereo da trasporto aereo veramente efficace, trentasette anni hanno separato il DC-3 e il Boeing 747 che ha ridotto significativamente i costi e ha permesso il boom dei viaggi internazionali, quaranta anni separano il Boeing 747 e il Boeing 787 che ha un consumo di carburante inferiore di circa il 50%. Con tutte le ricerche sulle innovazioni nel design degli aerei, nella progettazione dei motori, nella propulsione elettrica e nelle batterie, è chiaro che gli aerei possono continuare a diventare molto più efficienti e in definitiva molto più puliti per l'ambiente di quanto non siano oggi. La corsa è in corso tra la riduzione delle emissioni attraverso una maggiore efficienza e nuove tecnologie di propulsione e l'aumento della domanda di viaggi aerei.

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