L’aereo elettrico sperimentale X-57, sviluppato dalla Nasa, dovrebbe volare per la prima volta quest’anno. Ha ben 14 eliche lungo le ali ed è alimentato interamente da elettricità. Sembra fantastico considerando che dobbiamo abbandonare i combustibili fossili, ma la nostra domanda di aviazione sta crescendo. Ma quanto più vicino ci porterà l’aereo della Nasa a questo obiettivo?
Trovare un’alternativa ai carburanti per aviazione come il cherosene sarà fondamentale se vogliamo continuare a volare. L’X-57 utilizza batterie al litio per far funzionare i motori elettrici delle sue eliche. Ma l’energia che ottiene dalle batterie, rispetto al loro peso, è 50 volte inferiore a quella che puoi ottenere dal carburante per aviazione.
L’X-57 è un velivolo Tecnam P2006T modificato, a quattro posti, di costruzione italiana. Si basa su una combinazione di molte eliche, piccoli motori e molte batterie sparse su un aereo, nota come “propulsione distribuita”. Questo approccio rappresenta un’entusiasmante area di ricerca e sviluppo che può essere trovata in molti progetti sperimentali di aerei elettrici.
La differenza dell’X-57 è che le ali sono state completamente ridisegnate con le eliche posizionate per ottimizzare il flusso d’aria attorno ad esse. Quando un’elica non è necessaria, le sue pale possono essere ripiegate per ridurre la resistenza.
La tecnologia dell’elica generalmente sta avendo una rinascita. I progetti stanno diventando non solo più efficienti, ma anche meno rumorosi e più convenienti. La velocità e l’angolo di beccheggio delle eliche possono anche essere modificati durante il volo per adattarsi alle diverse velocità del velivolo richieste per il decollo, l’atterraggio e la crociera.
La densità dell’aria cambia con l’altitudine e influisce sulla spinta che ottieni da un’elica. Ora che possiamo realizzare eliche che funzionano efficacemente a tutte le altitudini e velocità, possiamo davvero ottenere il massimo dall’energia immagazzinata nelle batterie. Nuovi progetti, come la prima elica a 11 pale in assoluto (sull’aereo Piper Cheyenne), possono raggiungere una spinta molto elevata anche con un’elevata densità dell’aria.
Alcuni velivoli utilizzano persino la “spinta vettoriale” consentendo ai motori e alle eliche di ruotare, il che offre la possibilità di decollo e atterraggio verticali. Questi velivoli potrebbero assomigliare più ad elicotteri che ad aerei e potrebbero significare che gli aeroporti convenzionali con lunghe piste e grandi terminal saranno un ricordo del passato.
Tecnologia della batteria
L’X-57 utilizza batterie agli ioni di litio standard. Questo perché il progetto sta principalmente affrontando il potenziale per nuove configurazioni di eliche e ali piuttosto che sviluppare la batteria perfetta.
Ma questa sarà una sfida importante da superare per gli sviluppatori di aerei elettrici. Le batterie al litio sono praticamente le migliori che abbiamo finora, ma sono comunque pesanti. Anche il litio metallico è pericoloso in quanto prende fuoco facilmente.
Ci sono vantaggi nell’usare le batterie. Il loro peso rimane costante per tutto il volo, il che significa che non hanno bisogno di essere riposti nelle ali come lo era tradizionalmente il carburante per aviazione. Con il carburante liquido, il peso dell’aereo si riduce notevolmente man mano che il carburante viene consumato e mantenere il carburante nelle ali garantisce che l’equilibrio dell’aereo non venga modificato.
Tuttavia, ciò che conta è davvero la densità energetica, ovvero la quantità di energia contenuta in una batteria rispetto al suo peso o alle sue dimensioni. Vengono fatti costantemente nuovi progressi, come le batterie create sulla base della tecnologia quantistica. Ma mentre queste si caricano più velocemente delle normali batterie, non sostituiranno le batterie al litio ed è improbabile che trasformino le prospettive di volo elettrico.
Quello che stiamo davvero aspettando è una rivoluzione nella tecnologia delle batterie, che dia una densità energetica paragonabile al carburante per aviazione.
X-57 è il futuro?
Con un’autonomia di circa 160 km e un tempo di volo di circa un’ora, l’X-57 non dovrebbe portare a una tecnologia sostitutiva per il volo a lungo raggio. Almeno non subito. Invece, i voli a corto raggio con una decina di passeggeri sono un obiettivo buono e potenzialmente possibile per i primi voli alimentati a batteria.
Anche gli aerei alimentati a idrogeno sono di grande interesse perché la densità energetica dell’idrogeno è quasi tre volte maggiore di quella del carburante per aviazione convenzionale. Ma l’idrogeno è un gas e deve essere immagazzinato in serbatoi di carburante pressurizzati per ridurne il volume.
Ciò richiederebbe un ripensamento completo della progettazione degli aeromobili. Alcuni lavori sono stati fatti con l’idrogeno immagazzinato come liquido a -253°C. L’idrogeno per l’aviazione è quindi entusiasmante, ma probabilmente poco pratico.
I carburanti sintetici sono pronti a sostituire i carburanti per l’aviazione, a caro prezzo. Forse con lo sviluppo delle tecnologie diventeranno più economiche, ma è comunque probabile che il costo del volo aumenterà mentre ci allontaniamo dai combustibili fossili. Le batterie quasi certamente alimenteranno i nostri voli a corto raggio nel prossimo futuro e se ci sarà una rivoluzione nella tecnologia delle batterie, il futuro dell’aviazione sarà completamente cambiato.
Alla fine, ci troveremo di fronte a un ultimatum: o scopriamo come fare aerei che non hanno bisogno di combustibili fossili, o smettiamo di volare.
Autore
Hugh Hunt, University of Cambridge
