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Volare leggeri

 By RP Siegel

Il trasporto aereo sta diventando un mezzo di massa, destinato a raddoppiare rotte e voli nel giro di quindici anni. L’impatto sulle emissioni di gas serra rischia di essere pesante per questo molti governi, aziende e organizzazioni di settore, stanno sperimentando nuove tecnologie capaci di rendere più sostenibili i voli aerei. Si spazia dai nuovi carburanti a fonti alternative di energia, da materiali di costruzione più leggeri a batterie di ultima generazione. RP Siegel racconta a che punto siamo con la grande trasformazione aerea. Problemi e potenzialità. In attesa di capire, tra qualche anno, qualche tecnologia green avrà davvero la forza di decollare… 

(Cover foto tratta da www.zastavki.com)

Nella lotta al climate change molti governi, imprese, organizzazioni e associazioni di consumatori stanno cercando di ridurre le emissioni dannose. Il settore dei servizi sta attraversando un periodo di cambiamenti epocali con lo sviluppo del solare e dell’eolico. Nei trasporti, i veicoli elettrici non sono più una novità mentre gli ibridi si vedono dovunque in strada. Gli edifici sono sottoposti all’utilizzo di materiali e strumenti nuovi e sistemi di controllo più intelligenti.

Un settore relativamente lento nel rispondere alle nuove sfide è stato per anni quello dell’aviazione. Non certo per mancanza di volontà rispetto al cambiamento, piuttosto per una basilare ragione fisica del volo. Gli aeromobili devono essere estremamente leggeri mentre, allo stesso tempo, richiedono una grande quantità di energia per rimanere in volo. Queste premesse pongono una sfida che va oltre la portata di molte delle tecnologie che funzionano tranquillamente in altri settori. Al momento il viaggio aereo contribuisce del 2-3% al totale delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) ma si prospetta un aumento al 5% entro il 2050. Questo perché viaggiare in aereo sta diventando sempre più diffuso. Secondo Stephane Dujarric, portavoce delle Nazioni Unite, “le emissioni di carbonio da parte dell’aviazione stanno crescendo rapidamente e il numero di voli dovrebbe raddoppiare nei prossimi 15 anni”.

Il microlattice è una delle strutture metalliche più leggere mai realizzate

Molti enti governativi sono coinvolti nel nuovo sforzo di riduzione delle emissioni: la ICAO  (International Civil Aviation Organization) sta valutando nuove regole per i voli transatlantici che potrebbero presto rendere alcuni aeromobili, come il Boeing 747-8, obsoleti. Allo stesso tempo la IATA (International Air Transport Association) ha fissato degli obiettivi per affrontare il cambiamento climatico: miglioramenti nella resa dei carburanti dell’1,5% all’anno fino al 2020, un limite imposto alle reali emissioni di carbonio dall’inizio del 2020 e una riduzione del 50% delle stesse (con riferimento ai valori del 2005) entro il 2050. La EPA (Ente per la tutela dell’ambiente) statunitense dovrebbe comportarsi di conseguenza una volta fissati degli standard internazionali.

Già, ma come verranno raggiunti questi obiettivi, specialmente quelli più ambiziosi sul lungo periodo? Le strade che vengono sperimentate sono tante. Ad esempio stanno suscitando grande interesse le iniziative per la riduzione del peso degli aeromobili. Boeing ha di recente presentato un nuovo materiale fatto di micro-lattice che è per il 99,99% aria ed è considerato il metallo più leggero mai prodotto. Altri aspetti, come modifiche ai motori, alette di estremità, miglioramenti delle rotte e dei sistemi di controllo del traffico aereo, daranno il loro contributo. Ma le maggiori opportunità stanno certamente nel campo della tecnologia di propulsione.

L’idea di apparecchi elettrici sembra azzardata poiché la densità di energia delle batterie odierne è circa 100 volte inferiore a quella dei carburanti fossili, il che significa un peso cento volte maggiore per la stessa quantità di energia. Eppure questo non ha impedito al Solar Impulse, uno straordinario apparecchio dimostrativo, che vola con la sola luce solare (e trasportando un peso minimo), di compiere un volo per metà della circonferenza della terra, immagazzinando abbastanza elettricità solare nelle sue batterie durante il giorno sufficiente per farlo volare tutta la notte. Airbus ha testato con successo il monoposto E-Fan, un prototipo interamente elettrico, su un volo di prova attraverso il Canale della Manica e su decine di altri voli. L’obbiettivo è di mettere sul mercato un biposto in tempi relativamente brevi, seguito poi da un quadriposto nel giro di qualche anno. Non solo. L’azienda vede all’orizzonte la possibilità di costruire un aeromobile elettrico da 75 posti per i collegamenti regionali, ma ci vorranno ancora molti anni. Anche perchè prima che questo diventi realtà, ci vorranno progressi significativi nella tecnologia delle batterie e nel design degli apparecchi. Partendo da un approccio più basico, EasyJet ha iniziato a sviluppare un sistema in cui un motore elettrico farà girare le ruote per le operazioni a bassa velocità che, secondo la compagnia aerea, costituiscono il 4% del consumo di energia. Forse ispirandosi a E-fan, che usa un approccio simile, questa idea utilizzerebbe la capacità rigenerativa per catturare l’energia che va sprecata durante l’atterraggio stoccandola per un uso successivo.

Come funzionerà il nuovo sistema green di EasyJet

Nel frattempo, si sono fatti molti sforzi per lo sviluppo di carburanti per l’aviazione a basso contenuto di carbonio. I biocarburanti sono una componente cruciale della decarbonizzazione del settore aereo, dove livelli significativi di elettrificazione sono ancora decenni lontani. Non solo le infrastrutture esistenti sono interamente basate sui carburanti liquidi, ma la questione decisiva della densità dell’energia ha un’enorme rilevanza.

Alcune compagnie aeree, come United, Qantas, Continental, Japan Airlines, Alaska Airline e Air China, ed anche un certo numero di programmi militari, hanno compiuto voli dimostrativi usando bio-carburanti a basse emissioni di carbonio. Boeing partecipa ad un consorzio di compagnie che puntano a produrre biocarburanti dagli scarti delle foreste nella British Columbia. United ha di recente iniziato un servizio che parte dall’aeroporto di Los Angeles con aerei che usano la miscela al 50% della Honeywell Green Jet Fuel, prodotta da AltAir in una raffineria diesel convertita e con una capacità annua di più di 130 milioni di litri. La tecnologia di processo per quest’impianto è stata sviluppata da Honeywell/UOP. Questa piccola aggiunta di carburante verde non solo ridurrà le emissioni del 65-85% se paragonata ai tradizionali carburanti per aerei, ma produrrà anche un aumento della densità dell’energia. Contemporaneamente, il carburante soddisfa gli standard di certificazione ASTM HEFA.

UOP sviluppa una tecnologia di raffinazione per la produzione di carburanti sia da fonti convenzionali che da fonti alternative. Veronica May, vice presidente e direttore generale del settore Energia Rinnovabile e materie chimiche della UOP, sottolinea la flessibilità del processo nell’utilizzare un’ampia varietà di materie prime, dalle alghe ai grassi non commestibili, come il sego, dalle piante ricche di olio alla biomassa lignea, che è convertita in un olio attraverso un rapido processo di pirolisi. Il bello dell’uso della biomassa lignea è che il processo si qualifica per i crediti cellulosic RIM all’interno del programma statunitense degli standard dei carburanti rinnovabili (RFS Renewable Fuel Standard ) per cui il volume di materie cellulosiche nei carburanti dovrebbe raddoppiare entro il 2016.

(Foto tratta da www.nasa.gov)

Il limite del 50% nella miscela, continua La May, è dovuto alla presenza di aromatici contenuti nel carburante convenzionale ma non nella versione verde. I motori odierni li richiedono come lubrificanti ma sono in corso delle ricerche per superare questo limite. L’azienda sta anche esplorando, insieme a Boeing, la possibilità di miscelare il diesel dentro il carburante per aerei. Il Green Diesel™ della Honeywell, aggiunge lei, è per sua natura povero di zolfo, che è un ulteriore vantaggio.

Tutte queste materie prime devono comunque sottostare ad un identico processo Ecofining™ che comporta deossigenazione, rimozione di acqua e gas acido, isomerizzazione e hydrocracking, dopodiché qualunque tipo di prodotti carburanti, da Green Jet Fuel™ o Green Diesel™, può essere prodotto. Il procedimento ha vinto il premio annuale del 2015 attribuito dalla Biofuels Digest. La produzione è già avviata, non solo nella raffineria AltAir in California, ma anche da parte di Petrixo negli EAU, e di SG Preston nel Midwest. Tra l’altro nel 2014, la UOP si è associata con Eni per ripristinare la raffineria di Porto Marghera in Ecofining™.

L’industria aeronautica e l’enorme catena di rifornimenti che la sostengono stanno lavorando per rispondere ai cambiamenti climatici con molte tecnologie emergenti. Solo il tempo potrà dire quali di queste iniziative avranno veramente successo e decolleranno.

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