L'aviazione è una delle forme di trasporto più dannose per l'ambiente, rappresentano il 3% di tutte le emissioni di gas serra dell'UE. Ma nuovi progetti di aeromobili ispirati al lavoro di un ingegnere aeronautico dell'inizio del XX secolo e sostanze naturali come il nido d'ape e l'erba potrebbero aiutare a ridurre l'impatto ambientale del volo.

Con quasi 1 miliardo di passeggeri che hanno solcato i cieli europei nel 2016 e numeri ancora in aumento, la crescita dell'aviazione europea è stata sbalorditiva. L'effetto è che, anche se molte altre industrie stanno riducendo le emissioni di gas serra attraverso l'efficienza e le nuove tecnologie, quelli dell'aviazione sono in aumento.

Una persona che vola da Londra a New York e ritorno genera all'incirca lo stesso livello di emissioni di un anno di riscaldamento domestico per un europeo medio. Alla recente conferenza Transport Research Arena di Vienna, Austria, un evento di alto livello che copre tutti i modi di trasporto europei, Professor Hans Joachim Schellnhuber, direttore dell'Istituto di Potsdam per la ricerca sull'impatto climatico in Germania, ha affermato che evitare completamente i viaggi aerei è l'opzione migliore per proteggere l'ambiente.

Ma come Sergio Barbarino, presidente dell'Alliance for Logistics Innovation through Collaboration in Europe (ALICE) ha risposto, è uno scenario improbabile. "Non possiamo semplicemente dire alle persone che non possono più fare le vacanze alle Isole Canarie, " Egli ha detto.

Il viaggio aereo potrebbe essere qui per restare, ma non c'è dubbio che gli ingegneri debbano trovare nuovi modi per renderlo più pulito e più verde. Un'idea è quella di ridisegnare radicalmente l'ala di un aereo in modo che richieda molto meno carburante operativo, un approccio che è attualmente in fase di sviluppo da parte di un progetto chiamato PARSIFAL.

Padre dell'aerodinamica

Per il loro disegno, il team si è ispirato al famoso ingegnere aeronautico tedesco Ludwig Prandtl, spesso considerato il padre dell'aerodinamica. Nel 1924, Prandtl ebbe un'idea per un aereo con un'ala insolita che riducesse il coefficiente di resistenza aerodinamica e migliorasse l'efficienza aerodinamica, ma all'epoca l'idea fu ampiamente ignorata.

Alla fine degli anni '90, Professor Aldo Frediani dell'Università di Pisa, Italia, e coordinatore del progetto PARSIFAL, usò la matematica per dimostrare che la teoria delle ali di Prandtl era plausibile. Il Prof. Frediani e il suo team hanno iniziato a lavorare alla progettazione di un nuovo aeroplano ad ala chiusa basato sul concetto originale di Prandtl.

"I risultati teorici possono essere utilizzati per definire una nuova configurazione, la nostra configurazione, " Egli ha detto.

Invece di due ali separate che si estendono su entrambi i lati della fusoliera, il nostro concetto familiare di aeroplano, l'aereo ispirato a Prandtl ha un'ala che si avvolge e si chiude su se stessa in un design ad ala chiusa senza estremità alari. Ciò riduce la quantità di resistenza che agisce sull'aereo, il che significa che viene bruciato meno carburante. Ciò è particolarmente importante per il decollo e l'atterraggio, poiché queste sono le fasi del volo aereo che di solito consumano più carburante ed espellono la maggior parte delle emissioni.

"Questi velivoli saranno molto più convenienti dal punto di vista del consumo di carburante, inquinamento acustico ed emissioni, " ha detto il Prof. Frediani.

Il team ha sviluppato un piccolo modello del loro aereo, ma l'idea è di concentrarsi su aerei di medie dimensioni, con l'obiettivo di aumentare il numero di passeggeri trasportati per volo da circa 180 a 310. I ricercatori stimano che l'aereo potrebbe essere in volo tra 10-15 anni, a seconda dei controlli di sicurezza e dell'interesse dei produttori di aeromobili. I loro prossimi passi sono perfezionare l'aerodinamica, posizione motore e comandi, mentre il dipartimento di economia dell'Università di Pisa sta lavorando con PARSIFAL per determinare le prestazioni economiche previste del velivolo.

"Questa soluzione potrebbe cambiare completamente il trasporto aereo del futuro, " ha detto il Prof. Frediani.

Nel frattempo, altri ingegneri stanno prendendo ispirazione dalla natura per sviluppare componenti per aerei stampati in 3D che potrebbero ridurre il peso fino al 30%. Meno pesa un aereo, meno carburante è richiesto, con conseguente significativa riduzione di CO ₂ emissioni.

Struttura a nido d'ape

Melanie Gralow è un ingegnere progettista biomimetico per il progetto Bionic Aircraft, che sta prendendo le lezioni della natura per migliorare le parti per la fabbricazione di aeroplani.

"Le superfici sottili o le aste tendono a deformarsi molto facilmente durante il processo di fabbricazione, " ha spiegato. "Puoi irrigidirli applicando una certa struttura superficiale. La struttura a nido d'ape è una di quelle strutture di ispirazione biologica che possono essere utilizzate per irrigidire il muro senza aggiungere troppo peso".

Il progetto trae ispirazione anche dagli steli d'erba, che sono soggetti a carichi flettenti da parte del vento allo stesso modo dei puntoni nei componenti degli aeromobili. I carichi flettenti sono forze che agiscono su una struttura lateralmente e quindi possono provocare una flessione.

"Il fusto è cavo all'interno e ha un sistema a doppia parete, " ha detto Gralow. "Deve resistere alle forze del vento in natura, ma anche i montanti nel mondo tecnico devono resistere alla flessione. Applicando il sistema a doppia parete ai puntoni, possiamo renderli più leggeri, ma allo stesso tempo rigidi quanto devono essere."

Per rendere questi intricati, molto dettagliato, parti leggere, il team utilizza stampanti 3D con tecnologia a raggio laser. Sebbene ideale per piccoli lavori di precisione, i ricercatori affermano che stampare un intero aereo in questo modo è ancora molto lontano.

"Per adesso, l'obiettivo è davvero concentrarsi su parti più piccole perché gli spazi di costruzione delle stampanti attuali sono limitati. Le stampanti commerciali più grandi hanno una larghezza di circa 40-50 centimetri, in modo che stabilisca il limite massimo di dimensioni per le attuali parti metalliche stampate in 3D, " disse Gralow.