Auto elettrica, treni, esistono già tram e battelli. Ciò porta logicamente alla domanda:perché non vediamo grandi aerei elettrici? E li vedremo presto?

Perché abbiamo auto e treni elettrici, ma pochi aerei elettrici? Il motivo principale è che è molto più semplice modificare radicalmente un'auto o un treno, anche se all'esterno sembrano molto simili ai tradizionali veicoli a combustibile fossile.

I veicoli terrestri possono facilmente far fronte alla massa extra derivante dall'accumulo di elettricità o dai sistemi di propulsione elettrica, ma gli aerei sono molto più sensibili.

Ad esempio, aumentare la massa di un'auto del 35% porta ad un aumento del consumo di energia del 13-20%. Ma per un aereo, il consumo di energia è direttamente proporzionale alla massa:aumentare la sua massa del 35% significa che ha bisogno del 35% in più di energia (a parità di altre condizioni).

Ma questa è solo una parte della storia. Gli aerei viaggiano anche molto più lontano dei veicoli terrestri, il che significa che un volo richiede molta più energia di un normale viaggio su strada. L'aereo deve immagazzinare a bordo tutta l'energia necessaria per spostare la sua massa per ogni volo (a differenza di un treno collegato a una rete elettrica). L'utilizzo di una fonte di energia pesante significa quindi che è necessaria più energia per un volo, che porta ad una massa extra, e così via.

Per un aereo, la massa è fondamentale, ecco perché le compagnie aeree pesano meticolosamente i bagagli. Gli aerei elettrici hanno bisogno di batterie con energia sufficiente per chilogrammo di batteria, o la penalità di massa significa semplicemente che non possono volare per lunghe distanze.

Aerei a corto raggio

Nonostante questo, gli aerei elettrici sono all'orizzonte, ma non vedrai presto i 747 elettrici.

Le migliori batterie agli ioni di litio disponibili oggi forniscono circa 200 wattora (Wh) per chilogrammo, circa 60 volte meno dell'attuale carburante per aerei. Questo tipo di batteria può alimentare piccoli aerotaxi elettrici con un massimo di quattro passeggeri su una distanza di circa 100 km. Per viaggi più lunghi, sono necessarie più cellule ad alta densità energetica.

Aerei pendolari elettrici a corto raggio che trasportano fino a 30 persone per meno di 800 km, ad esempio, richiedono specificamente tra 750 e 2, 000Wh/kg, che è circa il 6-17% del contenuto energetico del carburante a base di cherosene. Anche gli aerei più grandi richiedono batterie sempre più leggere. Per esempio, un aereo che trasporta 140 passeggeri per 1, 500 km consumano circa 30 kg di cherosene per passeggero. Con l'attuale tecnologia delle batterie, quasi 1, Sono necessari 000 kg di batterie per passeggero.

Per rendere completamente elettrici gli aerei regionali per pendolari è necessaria una riduzione da quattro a dieci volte del peso della batteria. Il tasso storico di miglioramento a lungo termine dell'energia della batteria è stato di circa il 3-4% all'anno, raddoppiando circa ogni due decenni. Sulla base di una continuazione di questa tendenza storica, il quadruplice miglioramento necessario per un aereo per pendolari completamente elettrico potrebbe essere raggiunto verso la metà del secolo.

Anche se questa può sembrare un'attesa incredibilmente lunga, ciò è coerente con la scala temporale del cambiamento nel settore dell'aviazione sia per l'infrastruttura che per il ciclo di vita della progettazione degli aeromobili. Un nuovo aereo impiega circa 5-10 anni per essere progettato, e poi rimarrà in servizio per due o tre decenni. Alcuni aerei stanno ancora volando a 50 anni dal loro primo volo.

Ecco gli ibridi

Questo significa che i voli a lunga distanza faranno sempre affidamento sui combustibili fossili? Non necessariamente.

Mentre i grandi aerei completamente elettrici richiedono un importante, cambiamento ancora da inventare nello stoccaggio di energia, ci sono altri modi per ridurre l'impatto ambientale del volo.

Gli aerei ibridi-elettrici combinano i combustibili con la propulsione elettrica. Questa classe di aeromobili include la progettazione senza batterie, dove il sistema di propulsione elettrica serve a migliorare l'efficienza di spinta, riducendo la quantità di carburante necessaria.

Sono in fase di sviluppo anche velivoli ibridi-elettrici con batterie, dove le batterie possono fornire energia extra in circostanze specifiche. Le batterie possono quindi, ad esempio, fornire decollo e atterraggio puliti per ridurre le emissioni in prossimità degli aeroporti.

Gli aerei elettrici non sono inoltre l'unico modo per ridurre l'impronta di carbonio diretta del volo. Carburanti alternativi, come i biocarburanti e l'idrogeno, sono anche oggetto di indagine.

biocarburanti, che sono combustibili derivati ​​da piante o alghe, sono stati utilizzati per la prima volta su un volo commerciale nel 2008 e diverse compagnie aeree hanno effettuato prove con loro. Pur non essendo ampiamente adottato, una ricerca significativa sta attualmente studiando i biocarburanti sostenibili che non influiscono sulle fonti di acqua dolce o sulla produzione alimentare.

Mentre i biocarburanti producono ancora CO₂, non richiedono modifiche significative agli aeromobili esistenti o alle infrastrutture aeroportuali. Idrogeno, d'altra parte, richiede una riprogettazione completa dell'infrastruttura di rifornimento dell'aeroporto e ha anche un impatto significativo sulla progettazione dell'aeromobile stesso.

Mentre l'idrogeno è molto leggero - l'idrogeno contiene tre volte più energia per chilogrammo del cherosene - la sua densità è molto bassa, anche se conservato come liquido a -250℃. Ciò significa che il carburante non può più essere immagazzinato nell'ala ma deve essere spostato in serbatoi relativamente pesanti e ingombranti all'interno della fusoliera. Nonostante questi inconvenienti, i voli a lunga distanza alimentati a idrogeno possono consumare fino al 12% in meno di energia rispetto al cherosene.

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