Energia sostenibile per l’aviazione: quali sono le nostre opzioni?

Ansell ha affermato che sono emersi diversi vettori energetici chiave, tra cui percorsi di biocarburante per cherosene sintetico, percorsi power-to-liquid per cherosene sintetico, idrogeno liquido, ammoniaca, gas naturale liquido, etanolo, metanolo e sistemi elettrici a batteria. Ansell li ha confrontati ciascuno con il combustibile convenzionale per turbine aeronautiche di derivazione fossile.

Per ciascuno dei combustibili alternativi Ansell ha affrontato fattori quali il modo in cui le proprietà dei materiali influiscono sulle prestazioni degli aeromobili e sulla movimentazione del carburante, sulle emissioni, sui costi e sulla scalabilità, sui requisiti di risorse e territorio, nonché sugli impatti sociali, che possono essere difficili da misurare.

“Ammettiamolo, se vogliamo farlo su larga scala, abbiamo bisogno di tutti e tre i pilastri del contributo ambientale, economico e sociale, per rendere sostenibile quel vettore energetico, e ogni stakeholder nella catena del valore vede le sfide in modo diverso,” Ansell disse. “Poiché i costi di produzione e di infrastruttura necessari per adottare una fonte di carburante alternativa sono significativi, la gente pensa che possiamo sceglierne solo una, e che i maggiori contendenti siano il biocarburante per aerei e l’idrogeno”, ha detto Ansell. “Ma la scelta non deve necessariamente escludersi a vicenda. Ad esempio, possiamo utilizzare l’idrogeno per produrre carburanti sintetici per l’aviazione come il percorso power-to-liquid o utilizzare la biomassa per produrre idrogeno.”

Ansell ha ammesso che questo non è ciò che studia di solito, ma le sue aree di ricerca e insegnamento nella progettazione di aeromobili e nell’aerodinamica devono considerare da dove verrà l’energia per rendere possibile il volo. Pertanto, per qualsiasi combustibile associato a un aspetto biologico, Ansell ha dovuto considerare gli stress che avrebbe potuto creare alle colture.

“Mi sono basato molto sulle osservazioni della comunità, soprattutto per la questione del cambiamento dell’uso del suolo”, ha detto. “Tutto dipende caso per caso. Fare una valutazione ampia non rende giustizia, perché i cambiamenti nell’uso del territorio dipendono dalla loro ubicazione.”

Ansell ha affermato di aver lavorato con l’idrogeno per diversi anni e con sistemi a batteria/elettrici prima di allora, quindi aveva bisogno di rimanere obiettivo e di avere tutti i dati a disposizione per giungere alla conclusione.

“Circa otto anni fa, mi sono reso conto che i sistemi di batterie sono una soluzione improvvisata. La sfida tecnologica è insormontabile. Il peso e il volume richiesti per le batterie sono troppo difficili da contenere. Penso che i miei pregiudizi provenissero dal fatto che Sto studiando l’idrogeno da molto tempo e penso che abbia un potenziale reale. Questa è una delle conclusioni a cui sono arrivato dai dati e penso che l’avrei imparato indipendentemente.”

Ansell ha affermato che l’idrogeno presenta sfide infrastrutturali e di integrazione, uniche per la piattaforma aeronautica e uniche per la gestione criogenica del carburante sugli aerei.

“Le sfide tecnologiche dell’idrogeno sono facilmente risolvibili. E posso dirlo con sicurezza perché lo abbiamo fatto come società.” Ha fatto riferimento al Tupolev 155, un aereo su scala commerciale che è stato utilizzato dall’ex Unione Sovietica con idrogeno liquido negli anni ’80 su una cellula rilevante. Anche studi sperimentali precedenti furono condotti dalla NASA. “Ci vorrà un po’ più di tempo per l’implementazione su larga scala, ma è fattibile.”

Nello studio, Ansell ha esaminato numerose opzioni per produrre biocarburante praticamente da qualsiasi cosa, dai rifiuti urbani alle alghe.

“Fondamentalmente, tutto ciò che puoi bruciare, creare energia, decomporre, può essere trasformato in un carburante per aerei. Abbiamo già usato il mais per produrre etanolo. Ma se dovessi prendere il mais, farlo fermentare, quindi trasformare quell’etanolo in carburante per aerei, ora hai perso la capacità di nutrire persone o animali con quel mais. Questa è una delle sfide di tutti i biocarburanti di prima generazione.”

Ha detto che le persone stanno cercando di utilizzare lo stover, le parti della pianta di mais lasciate sul terreno dopo la raccolta, per produrre combustibile. Il mais stoccato è pieno di zucchero ma è difficile da estrarre.

Perché un ingegnere aerospaziale studia le materie prime?

“Voglio essere in grado di saperne abbastanza per interagire con gli scienziati che stanno affrontando queste opzioni”, ha detto Ansell. “Ed è importante che la comunità aeronautica comprenda dove esistono le sfide. Dobbiamo tracciare i confini tra l’aereo come sistema, l’aereo che opera in uno spazio aereo e come questo si collega all’energia. Con l’obiettivo di zero emissioni nette di CO2 entro il 2050 , Voglio che la comunità aeronautica riconosca quanto sia grande questo compito.

“Come società, siamo spesso attenti alle sfide che sono proprio di fronte a noi, con una lungimiranza limitata per pianificare il futuro. Quindi, anche per quanto riguarda l’effetto dei gas serra, non riusciamo ancora ad apprezzare il lungo senso a lungo termine del danno che produce. Abbiamo altre preoccupazioni immediate su cui spendere soldi. Ma senza questa lungimiranza, lotteremo e rimpiangeremo la decisione di non fare investimenti e di non prendere sul serio queste sfide di sostenibilità dell’aviazione quando avevamo ancora tempo .” Ancora una volta, Ansell ha sottolineato che potrebbe non essere necessario che si tratti di una soluzione unica e valida per tutti. In effetti, i paesi potrebbero aver bisogno di strategie diverse, di tassi di attuazione diversi e di adozione delle energie rinnovabili, in base alle proprie risorse. Ad esempio, la Danimarca non ha la stessa terra degli Stati Uniti e quindi sta facendo un grande uso delle piattaforme eoliche offshore.

“Forse dovremmo sfruttare i nostri punti di forza. Gli Stati Uniti hanno uno dei settori agricoli più grandi del mondo. Potremmo avere più terra dell’Europa che può essere assegnata allo sviluppo di materie prime, che possono essere utilizzate per una varietà di carburanti per bio-jet o percorsi di produzione dell’idrogeno.Al contrario, l’Europa dispone di una vasta rete di energia pulita e come tale sta facendo molto lavoro nella produzione di idrogeno elettrolitico.