Il futuro del volo - Tre futuri energetici (elettrico, idrogeno o solo meno?)

04 February 2020 da John Armstrong
Il futuro del volo - Tre futuri energetici (elettrico, idrogeno o solo meno?)

Ogni minuto 84 voli decollano da qualche parte nel mondo con oltre 4 miliardi di viaggi in aereo. Bruciando quasi 300 milioni di tonnellate di Jet Fuel all'anno che costituiscono il 2,7% delle emissioni globali di CO2. Si prevede che i viaggi aerei globali raddoppieranno nei prossimi due decenni! (quindi un bel divario dalla mia previsione di una riduzione del 50%!) La sfida fondamentale della decarbonizzazione del volo è la densità di energia dello stoccaggio. Attualmente le batterie al litio-ferro possono immagazzinare circa 250Whr per Kg, che è 30 volte meno denso del carburante per aerei. Il peso delle batterie finisce per limitare la capacità di

la capacità degli aerei più grandi anche di alzarsi da terra - non importa portare un carico utile! Per gli aerei più grandi, i combustibili alternativi come l'idrogeno con densità di energia più alta possono avere più senso dell'elettrificazione - ma senza un intervento normativo significativo non sostituiranno la nostra flotta esistente affamata di idrocarburi molto presto! per decarbonizzare l'aviazione a lungo (o breve distanza).


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Nel mio blog sulfuturo dell'energia ho fatto un'affermazione molto audace sul fatto che il futuro del volo sarà ridotto del 50% entro il 2030. Molti commenti all'articolo mi hanno informato che probabilmente mi sbagliavo - e questo mi ha fatto pensare. Con le mie altre previsioni c'è un percorso di de-carbonizzazione ragionevolmente chiaro, cioè il calore si sposta verso le pompe di calore e l'automobile verso le batterie elettriche (con un po' di idrogeno per il trasporto merci). Il viaggio aereo non sembra così chiaro - al momento non c'è un'opzione prontamente disponibile e tecnicamente provata per il viaggio aereo.

Ogni minuto 84 voli decollano da qualche parte nel mondo con oltre 4miliardi di viaggi in aereo. Bruciando quasi 300milioni di tonnellate di Jet Fuel all'anno che costituiscono il 2,7% delle emissioni globali di CO2 e si prevede che il viaggio aereo globale raddoppi nei prossimi due decenni! (quindi un bel divario dalla mia previsione di una riduzione del 50%!) Questo non è un problema che sta andando via!

Recentemente sono stato davvero entusiasta di vedere decollare piccoliaerei elettrici come Alice. Usando la tecnologia dellebatterie presa dall'industria automobilistica, questi aerei sono stati in grado di percorrere distanze ragionevoli con una carica - trasportando un paio di passeggeri. Ci sono state anche alcune dichiarazioni piuttosto audaci sull'avere grandi aerei alimentati elettricamente entro la fine del decennio da compagnie come easyjet. Questi passi innovativi, tuttavia, non sono affatto vicini alla decarbonizzazione di un volo a lungo (o anche a corto) raggio.

La sfida fondamentale della decarbonizzazione del volo è la densità di energia dello stoccaggio... La fisica delle batterie sembra funzionare per le applicazioni più piccole... ma non necessariamente per gli aerei più grandi. Attualmente le batterie al litio-ferro possono immagazzinare circa 250Whr per Kg, che è 30 volte meno denso del carburante per aerei. Così il peso delle batterie finisce per limitare la capacità degli aerei più grandi anche di alzarsi da terra - non importa portare un carico utile. Laricerca ha suggerito che per far funzionare gli aerei a batteria la densità di energia dovrebbe essere più vicina a 800WHr/Kg, quindi quasi il triplo della migliore tecnologia disponibile oggi. Al ritmo attuale di miglioramento della tecnologia questo tipo di densità di energia non sarà disponibile fino a ben oltre il 2050.

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Anche se la densità di energia migliorata potesse essere raggiunta, rimane ancora una sfida enorme - quella di caricare grandi aerei di linea a terra. Per contestualizzare, un 747 ha bisogno di circa 40-50 MW di potenza al decollo. Un 747 ha attualmente un tempo di rotazione di 150 minuti e un 737 per Ryanair 27 minuti! L'infrastruttura necessaria per essere in grado di caricare una batteria così grande così rapidamente sarebbe abbastanza incredibile (non importa caricare 1300 voli al giorno a Heathrow!). Anche se la sfida della densità di energia può essere risolta, c'è ancora una lunga strada da percorrere per essere in grado di caricare l'aereo una volta a terra!

Guardando al prossimo decennio, cosa significa quanto sopra per i viaggi aerei?

Smaller electric airplanes will have a role to play

1. Lo sviluppo diaerei elettrici a emissioni ridotte può significare che vedremo un'esplosione di piccoli aeroporti regionali con taxi aerei senza pilota. Le distanze più brevi disponibili significheranno che l'aviazione di breve durata potrebbe diventare una cosa reale. Inoltre, gli aerei più piccoli saranno in grado di volare ad altitudini più basse evitando la congestione e con il peso che diventa critico nella gamma che rimuove il pilota inizia ad avere senso - accelerando il volo autonomo per migliorare il caso economico.

charging 51000 cars at heathrow.

2. La domanda di elettricità negli hub di trasporto diventerà un problema crescente. Con un aumento dei veicoli elettrici, la domanda di infrastrutture elettriche locali aumenterà - l'aeroporto di Heathrow, per esempio, ha 51.000 posti auto! Solo la ricarica di così tanti veicoli richiederà un enorme potenziamento della fornitura di elettricità. Supponendo caricatori lenti (3KW) e circa il 10% dei veicoli in carica, avresti bisogno di una connessione da 15MW solo per i veicoli! - Non importa se si volesse iniziare a caricare anche gli aerei di linea giganti (in tempi rapidi!). Con gli aerei elettrici più piccoli non ci sarà bisogno di usare infrastrutture giganti come ora - gli operatori saranno in grado di spostarsi verso aeroporti più piccoli e più economici dove la fornitura di ricarica è più facilmente fornita (dal solare locale per esempio).

3. Per gli aerei più grandi, i carburanti alternativi come l'idrogeno con densità di energia più alta possono avere più senso dell'elettrificazione. La densità energetica di questi carburanti renderà più logico il passaggio. Lo sviluppo dicentri regionali di idrogeno presenta opportunità a livello globale, tuttavia ad oggi nessuno sta volando commercialmente con l'idrogeno, quindi c'è ancora molta strada da fare.

In conclusione, con la tecnologia attuale, l'unico modo per ridurre le emissioni di carbonio è volare meno. Semplicemente non c'è un percorso abbastanza chiaro per un volo a basse emissioni o a zero emissioni. Gli aerei elettrici più piccoli possono integrare le rotte esistenti, ma senza un intervento normativo significativo non sostituiranno presto la nostra flotta esistente affamata di idrocarburi!