Il governo del Regno Unito prevede di vietare la vendita di nuove auto convenzionali a benzina e diesel entro il 2040. Chiaramente il piano prevede che tutti i cittadini guidino auto elettriche o ibride, o, meglio ancora, in bicicletta. Ma l'elettrificazione può aiutare a ridurre le emissioni di quell'altra forma di trasporto passeggeri ad alta intensità di carbonio, volare?

Questa è una domanda complessa e in cui le dimensioni contano. È possibile che i piccoli aerei siano alimentati dall'elettricità. Diverse aziende, infatti, stanno già sviluppando piccoli velivoli elettrici che potrebbero arrivare sul mercato nei prossimi anni.

Ma per i grandi velivoli che tutti usiamo più frequentemente è improbabile che accada in tempi brevi. Il problema non è la tecnologia di propulsione, ma l'accumulo di energia. Il carburante per jet contiene circa 30 volte più energia per chilogrammo rispetto alla batteria agli ioni di litio più avanzata attualmente disponibile.

L'aereo passeggeri più grande del mondo, l'Airbus A380, può far volare 600 passeggeri 15, 000 chilometri in un solo volo. Ma, secondo i miei calcoli, con le batterie potrebbe volare solo poco più di 1, 000 chilometri. Anche se tutti i passeggeri e il carico fossero sostituiti con batterie, l'intervallo sarebbe comunque inferiore a 2, 000 chilometri. Per mantenere l'intervallo attuale, l'aereo avrebbe bisogno di batterie che pesassero 30 volte di più della sua attuale assunzione di carburante, nel senso che non decollerebbe mai.

Questo compromesso è particolarmente negativo per i voli a lungo raggio perché il carburante costituisce la metà del peso dell'aereo al decollo. Cosa c'è di più, un aereo convenzionale diventa più leggero man mano che il carburante viene consumato, ma un aereo elettrico dovrebbe trasportare lo stesso peso della batteria per l'intero volo. Come ho detto, le misure contano.

Per un aereo leggero da cinque a dieci posti, è probabile che il carburante costituisca dal 10% al 20% del peso dell'aeromobile. La semplice sostituzione del carburante con le batterie potrebbe comunque ridurre la distanza percorsa dall'aereo di una quantità impraticabile. Ma sostituire due o tre passeggeri con batterie aggiuntive darebbe un'autonomia da 500 chilometri a 750 chilometri, rispetto a un'autonomia a carburante superiore a 1, 000 km.

Primo modello commerciale

Però, potrebbe esserci un'altra opzione. La società israeliana Eviation ha recentemente rivelato una versione prototipo di quello che sostiene sarà il primo aereo passeggeri commerciale completamente elettrico al mondo. L'aereo, di nome Alice, non si limita a sostituire il carburante degli aerei con le batterie, ma è un concetto di design completamente nuovo che migliora il modo in cui il sistema di propulsione è integrato nella cellula. Trasportare nove passeggeri con un raggio di 1, 000 km, Alice dovrebbe entrare in servizio nel 2022.

Alice può essere una pratica alternativa per i piccoli, viaggi regionali ma non per la maggior parte dei voli passeggeri di linea, anche a corto raggio. Quindi, in che modo l'elettrificazione può aiutare qui? Il miglioramento della tecnologia delle batterie è un'opzione. Una nuova tecnologia nota come batterie al litio-aria può teoricamente raggiungere la stessa densità di energia del carburante per aerei. Però, sono ancora in fase di laboratorio. Data la natura estremamente attenta alla sicurezza dell'industria aeronautica, è improbabile che pianificheranno futuri velivoli su una tecnologia non dimostrata.

Ciò che è più probabile che vedremo per i voli a corto raggio nei prossimi 20-30 anni sono velivoli ibridi che combinano gli attuali motori turbofan con nuovi sistemi di propulsione elettrica. Questo sistema ibrido più flessibile potrebbe essere ottimizzato per fornire l'elevata spinta richiesta per il decollo e la densità di energia necessaria per una lunga crociera.

Questa è un'area attivamente perseguita nel progetto E-FanX, che coinvolge Airbus, Rolls-Royce e Siemens collaborano per sviluppare un dimostratore di volo a propulsione ibrida. Utilizzando un aeromobile BAe 146, che di solito trasporta circa 100 passeggeri, hanno in programma di sostituire uno dei quattro motori turbofan Honeywell dell'aereo con una ventola a propulsore azionata da un motore elettrico da due megawatt.

Nelle fasi iniziali del progetto, l'elettricità sarà infatti fornita da una turbina a gas Rolls-Royce AE2100 alloggiata nella fusoliera dell'aeromobile (corpo principale). Ma l'E-FanX sarà ancora un passo importante nell'evoluzione della tecnologia elettrica ibrida. Airbus afferma di voler rendere disponibile questa tecnologia per gli aerei da 100 posti entro il 2030.

È anche possibile equipaggiare un aereo con più piccoli propulsori elettrici in un cosiddetto sistema di propulsione distribuito che è più efficiente rispetto ai progetti tradizionali che utilizzano due grandi turboventole. Questa idea può essere portata oltre combinando la fusoliera e le ali separate in un unico "corpo alare misto", integrando in modo più efficiente i propulsori con la cellula in un design più aerodinamico. Ciò potrebbe ridurre del 20% la quantità di energia necessaria all'aeromobile.

Ma nessuno dei due principali produttori di aerei del mondo, Boeing e Airbus, stanno attivamente perseguendo la tecnologia delle ali miste. Un cambiamento di progettazione così importante presenta troppe sfide tecniche per renderlo commercialmente fattibile in questo momento. Per esempio, la maggior parte degli aeroporti non sarebbe in grado di ospitare un aereo ad ala mista.

Senza alternative

Sfortunatamente, per il tipo di voli che la maggior parte di noi effettua, attualmente non esiste un'alternativa pratica ai turbofan a reazione. Per questa ragione, i principali produttori di motori aeronautici stanno investendo pesantemente nel miglioramento della loro attuale tecnologia dei motori. L'International Air Transport Association stima che ogni nuova generazione di aeromobili è in media il 20% più efficiente in termini di consumo di carburante rispetto al modello che sostituisce, e che le compagnie aeree investiranno 1,3 trilioni di dollari in nuovi aerei nel prossimo decennio.

Per esempio, Il motore più recente di Rolls-Royce, il Trent XWB che equipaggia il nuovo Airbus A350, è commercializzato come "il grande motore aeronautico più efficiente del mondo". Airbus afferma che il motore aiuterà l'A350 a ottenere "costi operativi inferiori del 25%, consumo di carburante ed emissioni di CO₂ rispetto ai velivoli della generazione precedente".

La prossima generazione di motori Rolls-Royce, l'UltraFanTM, offrirà un'ulteriore riduzione dal 20% al 25% del consumo di carburante e delle emissioni di CO₂ ed entrerà in servizio nel 2025.

Ma vale la pena ricordare che l'aviazione attualmente contribuisce solo dal 2% al 3% delle emissioni globali di CO₂. Ciò rispetto a circa il 30%-35% per l'intero settore dei trasporti, e un altro 30%-35% per la produzione di elettricità.

Si prevede che il numero di passeggeri aerei raddoppierà nei prossimi due decenni, ma lo sono anche le emissioni totali, quindi è improbabile che questo renda l'aviazione una parte maggiore del problema. Ridurre le emissioni dell'aviazione del 20% per generazione di aeromobili probabilmente potrebbe non essere un miglioramento sostenibile. Ma se gli aerei ibridi diventano realtà, il volo potrebbe davvero contribuire in misura ancora minore alle emissioni totali di quanto non lo sia oggi.

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