Anche se siamo ancora molto lontani dagli aerei commerciali alimentati da una combinazione di combustibili fossili e batterie, un recente studio di fattibilità presso l'Università dell'Illinois ha esplorato le configurazioni carburante/batteria e il ciclo di vita dell'energia per apprendere i compromessi necessari per ottenere le maggiori riduzioni delle emissioni di anidride carbonica.

"Nella filiera energetica c'è una frase, da "bene a svegliarsi". Questo è, la produzione di carburante inizia dal pozzo petrolifero e termina alla scia dell'aereo. Tenere traccia dei costi e delle implicazioni ambientali durante l'intero ciclo di vita è importante, perché le implicazioni per la produzione di carburante ed energia possono essere sostanzialmente diverse, a seconda della fonte. In questo studio, abbiamo esaminato come le tecnologie devono migliorare per rendere fattibile una configurazione ibridata, dove la fattibilità è valutata in base alla necessità di soddisfare un determinato requisito di intervallo e presentare una grande riduzione delle emissioni di carbonio. Le emissioni nette di carbonio sono state calcolate da una combinazione di consumo di carburante e impatto di carbonio associato alla ricarica delle batterie, " ha detto Phillip Ansell, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del College of Engineering presso l'U di I.

Secondo Ansell, quella seconda parte è stata ignorata.

"Puoi ottenere una riduzione del consumo di carburante, ma se non è inclusa la pulizia della rete elettrica che viene utilizzata per caricare il sistema di batterie, ti manca una parte significativa del totale delle emissioni di carbonio, " Egli ha detto.

Lo studio ha confrontato le emissioni relative di CO2 prodotte per kilowattora per ogni singolo stato negli Stati Uniti. Include una mappa degli Stati Uniti con i valori di quanto carbonio viene prodotto per unità di energia.

Ma, essere commercialmente accettabile, un aeromobile ibrido-elettrico deve essere in grado di trasportare lo stesso numero di passeggeri e percorrere le stesse distanze degli attuali velivoli a combustibile fossile, quindi lo studio ha utilizzato come modello i parametri per un aereo a corridoio singolo che può trasportare circa 140 passeggeri. Hanno variato parametricamente la proporzione di potenza attraverso l'albero di trasmissione della propulsione che è stata derivata elettricamente, utilizzando configurazioni in cui il 12,5%, 25 percento, o il 50 percento della potenza necessaria è stato prodotto da un motore elettrico. Lo studio non ha considerato il costo in dollari, ma piuttosto il costo in emissioni di CO2, il costo ambientale.

La configurazione più fattibile dal modello era un sistema di propulsione che utilizza una trasmissione elettrica del 50% e una densità di energia specifica della batteria di 1, 000 wattora per chilogrammo. Si stima che questa configurazione produca il 49,6% in meno di emissioni di CO2 durante il ciclo di vita rispetto a un moderno aereo convenzionale con un'autonomia massima equivalente a quella della media di tutti i voli globali, rendendolo un'opzione praticabile per un'aviazione responsabile dal punto di vista ambientale. Però, le attuali tecnologie delle batterie sono abbastanza lontane dall'essere in grado di raggiungere questa configurazione. Nonostante questo fatto, Ansell ha affermato che i miglioramenti nelle batterie continueranno a fornire miglioramenti in termini di capacità.

"Ovviamente, il 12,5 percento è la configurazione accessibile più a breve termine che è stata studiata, perché avremo bisogno di meno progressi nella tecnologia delle batterie per arrivare a quel punto. Però, vediamo anche una relazione non lineare tra le emissioni di CO2 prodotte e i miglioramenti nei concetti di propulsione ibrida-elettrica, dove le riduzioni proporzionali più rapide delle emissioni di carbonio sono prodotte attraverso miglioramenti tecnologici a breve termine, " Ha detto Ansell. "Il raggiungimento dei miglioramenti tecnologici per un sistema ibrido al 50% ha certamente tempi molto lunghi per arrivare sul mercato, di gran lunga, perché è del tutto incerto se o quando verrà prodotto quel livello di densità energetica delle batterie. Ma almeno nel frattempo, anche piccoli guadagni nelle tecnologie dei componenti possono fare una grande differenza."

Quando la tecnologia sarà in grado di produrre una batteria abbastanza leggera ma abbastanza potente da far volare un aereo commerciale?

Ansell ipotizzò, "Forse nei prossimi 10 anni saremo in grado di avere una batteria da 400 a 600 wattora per chilogrammo. Se lo proiettiamo, i livelli di cui abbiamo bisogno per fattori di ibridazione più grandi, o anche aerei commerciali completamente elettrici, potrebbe essere a portata di mano nei prossimi 25 anni".

Lo studio, "Analisi delle missioni ed emissioni per velivoli da trasporto commerciali convenzionali e ibridi-elettrici, " è stato scritto da Gabrielle E. Wroblewski e Phillip J. Ansell. Appare nel Giornale degli aerei .