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Tecnologia 27 agosto, 2019 @ 10:46

Aerei elettrici, la prossima rivoluzione dei trasporti?

di Forbes.it

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Progetto dell’aereo supersonic Overture. (Courtesy Boom Supersonic)

A cura di Daniel McFetrich, Head of Global and International Equity Research, Schroders

 La ‘decarbonizzazione’ dell’industria aerea sarà una parte cruciale dello sforzo globale per contenere i cambiamenti climatici. Finora, è sembrata una sfida titanica. Il carburante utilizzato attualmente per gli aeroplani – il kerosene – ha una densità energetica 60 volte superiore a quella delle batterie elettriche di ultima generazione. I progressi significativi ottenuti nell’ambito dei veicoli elettrici negli ultimi anni fanno pensare che i ‘voli elettrici’ siano un obiettivo raggiungibile; tuttavia, in questa fase, una ‘ibridizzazione’ appare più fattibile di una completa elettrificazione, con un impatto iniziale ridotto.

La drammatica accelerazione dell’efficienza nel risparmio di carburante, necessaria per centrare gli obiettivi sulle emissioni di CO2, potrebbe provocare una disruption considerevole nelle infrastrutture per il trasporto aereo a corto raggio nel prossimo decennio. Le società in prima linea nel promuovere l’adozione di materiali leggeri nel settore e quelle in grado di migliorare l’efficienza del carburante dovrebbero beneficiare di questo contesto.

Quanto è grave l’impatto dell’industria aeronautica in termini di emissioni?

L’industria aerea attualmente produce il 2,4% delle emissioni di CO2 totali a livello globale. Potrebbe non sembrare molto; tuttavia, l’impatto delle emissioni è aumentato dall’altitudine; inoltre, le formazioni nuvolose generate dalle scie degli aerei intrappolano le radiazioni nell’atmosfera. Considerando questi elementi, l’impatto dell’industria sul cambiamento climatico è più elevato. Negli ultimi decenni abbiamo inoltre assistito a un’enorme crescita del traffico aereo, specialmente in nuovi mercati: il dato passeggeri-chilometro è aumentato del 41% in 10 anni.

L’industria aeronautica al momento non è soggetta a regolamentazioni sulle emissioni di CO2, ma il settore già da diversi anni si è impegnato volontariamente a raggiungere degli obiettivi di riduzione. Ad esempio, la International Air Transport Authority (IATA) punta a un taglio delle emissioni del 50% entro il 2050 rispetto ai livelli del 2005. Altre organizzazioni hanno obiettivi ancora più ambiziosi. Ma sono raggiungibili? E se sì, come?

Settore aereo, le evoluzioni: motori migliori e materiali leggeri

Negli ultimi anni il settore aereo sta investendo pesantemente in due aree principali: motori migliori e materiali più leggeri. I motori di nuova generazione si concentrano sulle turboventole e utilizzano materiali avanzati per i componenti, come la fibra di carbonio. Inoltre, i materiali compositi rappresentano più del 50% del peso di questi nuovi aerei, contro il 10% degli anni ’70.

Nel complesso, gli ultimi tre decenni hanno visto un risparmio di carburante del 2,3% all’anno, ma vi sono segnali che negli ultimi 2-3 anni questo ritmo abbia accelerato. Infatti, gli ultimi motori introdotti forniscono consistenti risparmi del 15-16% rispetto ai modelli precedenti, mentre i nuovi materiali come quelli compositi hanno generato riduzioni delle emissioni del 25% rispetto agli aerei della generazione precedente.

Industria aeronautica: il futuro della propulsione aerea è elettrico? Per ora, soltanto ibrido

Vi sono stati miglioramenti costanti nella tecnologia delle batterie negli ultimi anni, con i veicoli elettrici che sono riusciti a generare più potenza da celle più piccole. Dall’altro lato, è probabile che i consumatori desiderino gli aerei elettrici, dal momento che sarebbero più economici, più puliti, più efficienti ad altezze elevate e più silenziosi.

La conseguenza naturale di questa attrattiva è stata un aumento delle start up per la progettazione di piccoli aerei elettrici e aerotaxi. Al momento si stanno sviluppando prototipi di aerei a 5-10 posti a propulsione completamente elettrica. Tuttavia, gli aerei commerciali interamente elettrici sono ancora molto lontani.

Crediamo invece che l’industria aerea sia sull’orlo dell’ibridizzazione, come lo era quella automobilistica 10 anni fa. Gli ingegneri del settore hanno già iniziato a immaginare velivoli ibridi per il mercato regionale degli aerei a 40-50 posti. UBS di recente ha ipotizzato un nuovo schema per l’uso dei propulsori a carburante ed elettrici nel corso di un volo tipico, illustrato nella Figura 1.

 

Figura 1: Power mix ipotetico di un volo ibrido

Fonte: stime UBS

Questi piccoli aerei regionali a 40 posti dovrebbero ottenere risparmi di carburante medi del 30% su una distanza di 600 miglia nautiche, andando a sfidare il trasporto regionale via pullman. Sebbene i primi test di volo di questi velivoli ibridi siano ancora distanti 2-3 anni, la via sembra spianata.

Al contrario, per ora gli aerei di dimensioni superiori non vengono generalmente considerati adatti per una configurazione ibrida. Ci aspettiamo che l’ibridizzazione di questo segmento avverrà solo in modo molto graduale, per diverse ragioni.

  1. È improbabile che batterie abbastanza potenti diventino disponibili prima del 2035;
  2. Non esiste ancora un quadro normativo chiaro sugli aerei elettrici;
  3. Gli standard del settore sui test di collaudo comportano tempi di ricerca e sviluppo dei nuovi prodotti molto lunghi: ad esempio, ci sono voluti 10 anni per lanciare i motori turboventola di ultima generazione;
  4. È ancora possibile ottenere risparmi di carburante migliorando i motori tradizionali, ed è probabile che l’innovazione si concentrerà su questo.

Nei prossimi 5 anni la propulsione elettrica e ibrida dovrebbe diffondersi negli aerei piccoli e regionali. Per gli aerei a più di 100 posti, crediamo che l’ibridizzazione sia un obiettivo raggiungibile nei prossimi 10 anni. Tuttavia, la completa elettrificazione rimane un traguardo tecnologico molto distante per ora. Il principale elemento che potrebbe accelerare drammaticamente questo processo è lo sviluppo di batterie a stato solido.

Altri modi di ridurre le emissioni di CO2 degli aerei

Vi sono altri modi di ridurre le emissioni di CO2 degli aerei oltre al sistema di propulsione. L’uso di materiali stampati in 3D, di leghe metalliche più leggere come alluminio-litio e di una percentuale maggiore di compositi potrebbe generare risparmi di carburante ulteriori.

Uno dei metodi più interessanti e percorribili sarebbe quello di implementare sistemi migliori di controllo del traffico aereo, che potrebbero produrre risparmi di carburante del 5-10% per volo secondo alcuni studi.

Infine, l’utilizzo dei nuovi carburanti biologici liquidi a impatto zero, basati sull’olio vegetale o sintetizzati chimicamente, potrebbe virtualmente generare risparmi del 70-90% e appare sempre più fattibile dal punto di vista tecnologico. Tuttavia, le infrastrutture e l’impatto sull’uso del suolo rimangono problemi importanti. Anche l’idrogeno è considerato tra i carburanti alternativi, ma pur avendo una densità energetica maggiore per unità di massa rispetto al kerosene, occupa più spazio e richiede contenitori più pesanti.

I risparmi generati dalle tecnologie esistenti rimangono cruciali, per ora

La IATA considera il passaggio a carburanti a impatto minore come la via principale a raggiungere l’obiettivo di riduzione delle emissioni del 50%. La propulsione elettrica darà un contributo minimo nel breve termine, ma ha un potenziale molto maggiore nel lungo termine. Per ora, i sostanziali miglioramenti necessari a raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni dovranno essere ottenuti lavorando sulle tecnologie esistenti.

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