Nella sitcom animata degli anni '60 The Jetsons, George Jetson va al lavoro nella sua macchina volante formato famiglia, che si trasforma miracolosamente in una valigetta alla fine del viaggio.

Un nuovo studio sugli impatti di sostenibilità ambientale delle auto volanti, formalmente noto come aereo elettrico a decollo e atterraggio verticale, o VTOL, scopre che non sarebbero adatti per un breve tragitto giornaliero in stile Jetsons.

Però, I VTOL, che combinano la comodità del decollo verticale e dell'atterraggio come un elicottero con l'efficiente volo aerodinamico di un aeroplano, potrebbero svolgere un ruolo di nicchia nella mobilità sostenibile per viaggi più lunghi, secondo lo studio, prevista per la pubblicazione il 9 aprile in Comunicazioni sulla natura . Diverse aziende in tutto il mondo stanno sviluppando prototipi VTOL.

Le auto volanti sarebbero particolarmente preziose nelle città congestionate, o in luoghi dove ci sono vincoli geografici, come parte di un servizio taxi condiviso, secondo gli autori dello studio del Center for Sustainable Systems dell'Università del Michigan e della Ford Motor Co.

"Per me, è stato molto sorprendente vedere che i VTOL erano competitivi per quanto riguarda l'uso di energia e le emissioni di gas serra in determinati scenari, " disse Gregory Keoleian, autore senior dello studio e direttore del Center for Sustainable Systems presso la School for Environment and Sustainability di UM.

"I VTOL con piena occupazione potrebbero superare le prestazioni delle auto a terra per i viaggi da San Francisco a San Jose o da Detroit a Cleveland, Per esempio, " Egli ha detto.

Lo studio U-M-Ford, la prima valutazione completa della sostenibilità dei VTOL, guardato il consumo di energia, emissioni di gas serra e risparmio di tempo dei VTOL rispetto alle autovetture a terra. Sebbene i VTOL producano zero emissioni durante il volo, le loro batterie richiedono elettricità generata nelle centrali elettriche.

I ricercatori hanno scoperto che per viaggi di 100 chilometri (62 miglia), un VTOL a pieno carico che trasportava un pilota e tre passeggeri aveva emissioni di gas serra inferiori rispetto alle auto a terra con un'occupazione media del veicolo di 1,54. Le emissioni legate al VTOL sono state del 52% inferiori rispetto ai veicoli a benzina e del 6% inferiori rispetto ai veicoli elettrici a batteria.

Akshat Kasliwal, primo autore dello studio e dottorando presso la U-M School for Environment and Sustainability, ha affermato che i risultati possono aiutare a guidare l'implementazione sostenibile di un sistema di mobilità emergente prima della sua commercializzazione.

"Con questi VTOL, c'è un'opportunità per allineare reciprocamente i casi di sostenibilità e di business, " Kasliwal ha detto. "Non solo l'elevata occupazione dei passeggeri è migliore per le emissioni, favorisce anche l'economia delle auto volanti. Ulteriore, i consumatori potrebbero essere incentivati ​​a condividere i viaggi, dato il notevole risparmio di tempo dal volo rispetto alla guida."

Nei prossimi decenni, il settore dei trasporti globali deve affrontare la sfida di soddisfare la crescente domanda di comoda mobilità dei passeggeri riducendo al contempo la congestione, migliorare la sicurezza e mitigare i cambiamenti climatici.

I veicoli elettrici e la guida automatizzata possono contribuire ad alcuni di questi obiettivi, ma sono limitati dalla congestione delle strade esistenti. I VTOL potrebbero potenzialmente superare alcune di queste limitazioni abilitando servizi di taxi pilotati o altri servizi di viaggio aereo urbani e regionali.

Diverse corporazioni aerospaziali e start-up:Airbus, Boeing, Joby Aviation e Lilium, per esempio, e agenzie come la NASA hanno sviluppato prototipi VTOL. Un fattore critico di efficienza per questi velivoli è la propulsione elettrica distribuita, o DEP, che prevede l'utilizzo di diversi piccoli, propulsori ad azionamento elettrico.

I ricercatori di UM e Ford hanno utilizzato informazioni pubblicamente disponibili da queste e altre fonti per creare un modello basato sulla fisica che calcola l'uso di energia e le emissioni di gas serra per i VTOL elettrici.

"Il nostro modello rappresenta le tendenze generali nello spazio VTOL e utilizza i parametri di più studi e progetti di aeromobili per specificare il peso, rapporto portanza/resistenza ed energia specifica della batteria, " disse Noè Furbush, co-autore di studio e studente di master presso l'UM College of Engineering.

"Inoltre, abbiamo condotto analisi di sensibilità per esplorare i limiti di questi parametri, insieme ad altri fattori come l'intensità di carbonio della rete e la velocità del vento, " disse Furbush, che è anche un membro della squadra di calcio U-M.

Lo studio è iniziato mentre Kasliwal e Furbush erano tirocinanti estivi presso Ford. Il lavoro è continuato quando gli studenti sono tornati ad Ann Arbor, con l'aiuto di una sovvenzione della Ford-University of Michigan Alliance.

I ricercatori hanno analizzato l'uso dell'energia primaria e le emissioni di gas serra durante le cinque fasi del volo VTOL:volo stazionario, salita, crociera, discesa e atterraggio hover. Questi velivoli consumano molta energia durante il decollo e la salita ma sono relativamente efficienti durante la fase di crociera, viaggiando a 150 mph. Di conseguenza, I VTOL sono più efficienti dal punto di vista energetico nei lunghi viaggi, quando la fase di crociera domina le miglia di volo totali.

Ma per i viaggi più brevi, inferiori a 35 chilometri (22 miglia), i veicoli con motore a combustione interna con un solo occupante hanno utilizzato meno energia e hanno prodotto meno emissioni di gas serra rispetto ai VTOL per un singolo occupante. Questa è una considerazione importante perché il pendolarismo medio di un veicolo a terra è solo di circa 17 chilometri (11 miglia).

"Di conseguenza, i viaggi in cui i VTOL sono più sostenibili delle auto a benzina costituiscono solo una piccola frazione delle miglia totali annue dei veicoli percorse a terra, " ha detto il coautore dello studio Jim Gawron, uno studente laureato presso la U-M School for Environment and Sustainability e la Ross School of Business. "Di conseguenza, I VTOL saranno limitati nel loro contributo e ruolo in un sistema di mobilità sostenibile".

Non sorprendentemente, il VTOL ha completato il viaggio base di 100 chilometri molto più velocemente dei veicoli a terra. Una traiettoria di volo VTOL da punto a punto, insieme a velocità più elevate, ha comportato un risparmio di tempo di circa l'80% rispetto ai veicoli a terra.

"Elettrificazione degli aerei, generalmente, si prevede che cambierà radicalmente l'industria aerospaziale nel prossimo futuro, " disse Furbus.

Gli autori dello studio notano che molte altre domande devono essere affrontate per valutare la fattibilità dei VTOL, compreso il costo, rumore e accettazione da parte della società e dei consumatori.