Airbus, l’idrogeno spicca il volo

Airbus ha presentato tre concept di aerei commerciali  alimentati ad idrogeno. Sono pensati per entrare in servizio nel 2035. Ogni modello mostrato  nell’immagine qui sotto è frutto di diverse soluzioni tecnologiche. Tutti i futuri Airbus a idrogeno sono contrassegnati dalla sigla ZEROe, a rappresentare soluzioni a zero emissioni di CO2. Nell’angolo in alto a sinistra, il velivolo da 120-200 passeggeri e autonomia oltre 2.000 miglia nautiche. E’ spinto da motori a turbina modificati per funzionare a idrogeno. In basso un velivolo con motori ad eliche, ma alimantati da sistemi a idrogeno. E’ un aereo più compatto in grado di trasportare fino a 100 passeggeri e di viaggiare per più di 1.000 miglia nautiche. In alto a destra il concept dal design  “blended-wing body“. Può ospitare fino 200 passeggeri con una fusoliera eccezionalmente ampia che offre molto spazio per lo stoccaggio dell’idrogeno.  Ci piega di più su questa possibile rivoluzione il professor Alessandro Abbotto, direttore del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano – Bicocca.

di Alessandro Abbotto

Come abbiamo già visto qui  la tecnologia basata sulla produzione di energia a partire dall’idrogeno sta conquistando sempre più settori, dalle automobili al trasporto pesante e ai treni. Da questa evoluzione dei trasporti era finora rimasto escluso il settore aeronautico, dove un approccio green al più significava l’utilizzo di biocombustibili. E la ragione non era difficile da immaginare: un conto è progettare un’automobile o un autocarro a motore elettrico alimentato da una batteria o da idrogeno, un conto è decidere di costruire un aeromobile elettrico per aviazione civile.

L’ultima frontiera di una rivoluzione

Ma è proprio l’ambito aeronautico che è balzato, in pochi mesi, agli onori della cronaca. Il 23 giugno ZeroAvia ha annunciato che nel 2023 sarà su pista un aereo a propulsione ad idrogeno fino a 20 posti (leggi). Un buon inizio, anzi ottimo, ma certo non pienamente rappresentativo dell’aviazione civile, se si pensa soprattutto al lungo raggio. Invece è di ieri la notizia che anche un colosso come Airbus pensa di commercializzare, nel giro di 15 anni (un lasso di tempo brevissimo in tale settore), un set di aerei completamente alimentato ad idrogeno (qui), con capienze fino a 200 passeggeri e autonomie maggiori di 2.000 miglia nautiche. Il progetto si chiama ZEROe, ZERO emissioni. Il sottotitolo del comunicato stampa non usa mezzi termini: “Airbus pone l’idrogeno al cuore dei futuri aeromobili”.

Decarbonizzare il settore più inquinante

L’annuncio è di quelli che lasciano il segno. Il trasporto aereo è da sempre il più dispendioso e inquinante come emissioni di biossido di carbonio (quasi 300 grammi per persona per km, contro i 40 dell’automobile; fonte European Environment Agency). Tanto che Greta Thunberg si è rifiutata di prenderlo per varcare l’oceano. Ora, grazie a questo nuovo annuncio, si preannuncia un futuro per il trasporto aereo, un futuro prossimo, ad emissioni zero! Grazie all’idrogeno!

La sfida non è di quelle semplici. Il progetto prevede di utilizzare idrogeno liquido anziché gassoso ad alte pressioni, come ad esempio avviene nel trasporto su strada (dove si arriva ad alcune centinaia di bar, 700 bar nel caso delle autovetture). La densità di energia per kg dell’idrogeno è tre volte quella del kerosene, ma allo stesso tempo un litro di idrogeno liquido contiene un quarto di energia rispetto al combustibile fossile. Questo significa che, per garantire la stessa autonomia e prestazioni (ovvero la stessa quantità di energia), si può utilizzare nel caso dell’idrogeno liquido un terzo del peso di kerosene ma è necessario trasportare un volume 4 volte maggiore.

La sfida: come stoccare l’idrogeno?

Una quantità enorme che adesso i progettisti dovranno stoccare ridisegnando, e in alcuni casi rivoluzionando, la fusoliera, ad esempio allargandola o allungandola (da cui alcune forme avveniristiche quali il nuovo “Blended-Wing Body (BWB)”, dove ali e corpo principale si fondono portando ad uno spazio interno eccezionalmente ampio e sufficiente per conservare la quantità di idrogeno necessaria per i voli intercontinentali). Inoltre, il trasporto di idrogeno liquido richiede il raggiungimento (e, soprattutto, il mantenimento!) di temperature estremamente basse (-253 °C), che naturalmente comportano particolari tecnologie criogeniche di isolamento termico e componentistica del sistema combustibile capace di operare a queste temperature senza rischi.

Tre soluzioni per farlo decollare

Ma come produrre, a partire dall’idrogeno, l’energia che serve per far volare un aereo? Le strade percorribili, che Airbus sta considerando, sono attualmente tre. La prima si basa sulle celle a combustibile (fuel cells), le stesse (opportunamente ingegnerizzate) attualmente utilizzate per l’autotrasporto. Queste sfruttano la reazione tra idrogeno e ossigeno (aria) in una cella elettrochimica producendo elettricità. L’elettricità a sua volta aziona un motore elettrico (proprio cosi, un motore elettrico per l’aviazione a lungo raggio!) e, come scarico, innocua acqua.

La seconda utilizza l’idrogeno come combustibile in un motore a combustione interna (turbina a gas) opportunamente modificato. Reagisce con l’ossigeno presente nell’aria (combustione) in maniera analoga a quanto avviene con il kerosene. Solo che, nel caso dell’idrogeno, il prodotto della reazione di ossidazione sarebbe ancora solo acqua, e non biossido di carbonio o ossidi di azoto!

La terza si basa sulla reazione Sabatier (la stessa che la NASA sta studiando per convertire il biossido di carbonio prodotto dagli astronauti della International Space Station in acqua nell’eventuale futura colonizzazione di Marte). Qui  l’idrogeno reagisce con anidride carbonica (di cui ne abbiamo in abbondanza e non ci dispiace certo consumarla per ottenere prodotti utili)  per formare idrocarburi sintetici (nel caso specifico kerosene sintetico). Come il kerosene da fonti fossili si produrrà anche in questo caso biossido di carbonio. Ma il bilancio netto in anidride carbonica emessa sarebbe pari a zero, perché la CO2 prodotta corrisponderebbe a quella sottratta per produrre il combustibile!

Alla fine sarà un ibrido. E le auto?

Gli aeromobili si baseranno su tecnologie ibride, ovvero il motore a combustione interna (idrogeno o kerosene sintetico) verrà affiancato da un motore elettrico (a celle a combustibile). Quindi più o meno lo stesso concetto di base delle automobili ibride, che stanno diventando molto popolari in Italia, dove un motore a combustione interna (ma a combustile fossile!) viene associato ad un piccolo motore elettrico (a batteria).  A differenza delle automobili, però, gli aerei avranno un motore ibrido completamente liberato dall’utilizzo di carburanti inquinanti di origine fossile.

Verrebbe da commentare: se ci riescono gli aerei per trasporto civile, fino a 200 passeggeri di capienza e oltre 2.000 miglia nautiche di autonomia, perché un’automobile ibrida deve ancora fare affidamento su gasolio e benzina? La sfida è aperta!