Quando Chitty Chitty Bang Bang uscì 50 anni fa, le macchine volanti erano un volo di fantasia. Ora, questi veicoli futuristici stanno entrando ai margini della realtà. Secondo un nuovo studio pubblicato su Nature, per alcuni viaggi le auto volanti potrebbero alla fine essere più ecologiche anche delle auto elettriche da strada, abbattendo le emissioni riducendo anche il traffico su strade sempre più trafficate.

Però, le lacune nella tecnologia necessaria e le incertezze pratiche al di là della fisica promettente delle auto significano che potrebbero non arrivare in tempo per essere una soluzione su larga scala alla crisi energetica e alla congestione, se non del tutto.

Come far volare un'auto

A prima vista potrebbe sembrare assurdo che un'auto volante possa essere più efficiente di un'auto stradale, soprattutto quando gli aerei convenzionali hanno una tale reputazione come bevitori di gas. Ma volare non è intrinsecamente inefficiente, dopo tutto, gli uccelli possono volare tra i continenti senza mangiare. Certo, un piccolo, l'auto per quattro passeggeri non è un albatro, ma non è neanche un Boeing 737.

Ci sono molti modi per far volare un'auto, ma la maggior parte sono troppo problematici per decollare. Forse l'opzione più promettente è quella presa in questo studio, basato sulla fisica dei velivoli a decollo e atterraggio verticale (VTOL). Sono animali piuttosto sorprendenti.

Se hai sentito parlare di VTOL, mi viene in mente qualcosa come un Harrier Jump Jet, con due enormi motori che direzionano la spinta che possono essere inclinati verticalmente o orizzontalmente. Ma queste macchine volanti molto più piccole e leggere funzionano in modo diverso, con un sacco di piccoli ventilatori elettrici che soffiano aria da molti luoghi. Questa tecnologia di propulsione elettrica distribuita (DEP) in rapido sviluppo è la chiave per l'efficienza durante la crociera, e crea anche possibilità di decollo e volo in bilico più silenziosi, poiché più piccole sorgenti di rumore possono essere gestite meglio.

Il design dell'ala e dell'elica può anche essere ottimizzato per essere lungo, magro, e hanno molte superfici mobili, proprio come fanno gli uccelli per rendere efficiente il loro volo. L'obiettivo di tutti questi miglioramenti tecnici è ottenere la massima portanza con la minima resistenza, la forza che si oppone al movimento di un oggetto attraverso l'aria e lo rallenta. Un migliore rapporto portanza significa minor consumo energetico, e quindi minori emissioni.

Queste innovazioni per il risparmio energetico rendono la crociera un gioco da ragazzi, ma non aiutano molto con il decollo, in bilico, o atterraggio, che sono ancora intrinsecamente inefficienti. Quindi, mentre i veicoli volanti VTOL sono ancora praticabili per brevi viaggi intraurbani e consegne di pizza, non risolveranno la crisi energetica.

Per viaggi di 100 km, i veicoli volanti elettrici potrebbero essere il 35% più efficienti di un'auto a benzina, sebbene, assumendo lo stesso numero di passeggeri, ancora meno efficiente di un'auto elettrica da strada. Però, è giusto presumere che le auto volanti serviranno principalmente come servizi di taxi in corridoi aerei predefiniti, ed è quindi probabile che trasportino costantemente più persone. Tenendo conto di ciò, per un viaggio di 100 km le emissioni delle auto volanti potrebbero essere inferiori del 6% rispetto a quelle delle auto elettriche stradali.

All'aumentare della distanza di viaggio, così anche i guadagni di efficienza rispetto alle auto stradali stop-start, che hanno a che fare con la resistenza al rotolamento e un flusso d'aria meno efficiente. Ma sfortunatamente, gamma è il tallone d'Achille per l'aviazione elettrica. Lo studio esamina una gamma fino a circa 200 km e qui le auto volanti potrebbero funzionare bene. Ma mentre gli aerei a reazione possono perdere fino al 70% del loro peso durante il volo (sebbene ad un costo di 100 kg di CO₂ per passeggero all'ora), le batterie non si accendono quando si scaricano. Ciò significa che oltre i 200 km circa, il trasporto di batterie diventa un netto svantaggio.

L'opinione accettata è che gli aerei elettrici saranno sempre praticabili solo per i voli a corto raggio. È la densità di energia che conta, misurata in wattora per chilogrammo. Proprio adesso, le migliori batterie forniscono circa 250 W-h/kg, una semplice ombra di carburante per aerei e 12 di benzina, 000 W-h/kg. Le batterie potrebbero strisciare fino a 800 W-h/kg entro la metà di questo secolo, aumentando la loro portata possibile a 700 miglia:la metà di tutti i voli globali rientra in questa distanza. Ma senza un'innovazione più radicale nella tecnologia delle batterie, i biocarburanti e il carburante liquido dalla cattura aerea di CO₂ dovranno probabilmente svolgere un ruolo sostanziale nei viaggi aerei a lungo raggio.

Problemi in pratica

Concentrandosi interamente sulla fisica delle auto volanti, il documento evita una serie di aspetti pratici che devono essere considerati prima di abbracciare le auto volanti VTOL come forma di trasporto sostenibile per il futuro. Per esempio, è importante considerare i costi di produzione del carbonio, manutenzione e tempi di fermo, nota come analisi del ciclo di vita (LCA). I veicoli elettrici sono stati criticati per i costi energetici e ambientali dell'estrazione di materie prime per batterie, come litio e cobalto. L'infrastruttura aggiuntiva necessaria per il volo potrebbe peggiorare il problema per le auto volanti. Ed ovviamente, a grid powered by low-carbon sources is essential to make battery-powered vehicles part of the solution to our climate crisis.

Aircraft also have highly stringent criteria for maintenance and downtime, which can often offset gains in performance and emissions. As an entirely new breed of planes, it's impossible to predict how much it might cost to keep them air-worthy. Unforeseen maintenance complications can cost billions – just ask Boeing.

Finalmente, weather matters. A tailwind of 35mph reduces power use and emissions by 15%, but a 35mph headwind increases them by 25%. Having to carry heavy extra batteries to avoid the potential catastrophe of running out of charge before encountering a suitable landing place could offset emissions savings. Road cars, al contrario, can easily pull over to the side of the road when needed, without consequence.

So when it comes down to CO₂ emissions per passenger kilometre, at present these advanced DEP flying cars are at best comparable to their road-going electric equivalents, e, al peggio, little better than conventional combustion cars. With technology and safety improvements, they could yet play a part in our fossil-fuel-free future, taking short-haul planes out of our skies and freeing up fume-filled roads. The question on everyones' lips is whether these flying cars will be ready in time to make a jot of difference to our very pressing energy crisis. Can we wait 30 years?

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.