In passato l’idrogeno è stato utilizzato in aeronautica per far volare i palloni aerostatici. Purtroppo a causa della sua forte infiammabilità, si sono verificati avvenimenti tragici come il caso Hindenburg, che hanno scandalizzato l’opinione pubblica a tal punto da rendere impopolare l’uso dell’elemento come combustibile. Al suo posto è stato adottato il Cherosene che a oggi è il principale carburante di origine fossile utilizzato nell’industria.
Di fronte alla nuova sfida di trovare energie pulite per limitare i danni all’ambiente, l’idrogeno sembra poter tornare in auge ancora una volta e diventare la tecnologia alternativa che farà volare gli aerei del futuro.
I limiti del cherosene
L’Idrogeno viene stoccato in forma liquida ed è un materiale che bisogna mantenere sempre a basse temperature, spesso con un investimento piuttosto oneroso. Tuttavia l’idrogeno possiede la fantastica qualità di contenere tre volte la quantità di energia rispetto alla stessa quantità di cherosene; questo lo rende estremamente interessante tra i carburanti proprio perché non bisogna averne in ri. Il carburante inoltre pesa moltissimo sui costi delle compagnie aeree, così tanto da influenzarne anche la durata del volo e la sua quota.
Nei primi test sui jet americani del 1959, fu bruciato l’idrogeno in un motore a gas convertito. In questi esperimenti si notò che l’idrogeno poteva trasportare un veicolo aereo ad altitudini superiori (30,500 m) rispetto a un carburante classico (23,000 m). La ricerca sull’idrogeno è principalmente avanzata sulle navicelle spaziali (come l’Apollo e lo Space Shuttle) dove ancora viene fatto bruciare per fornire una propulsione incredibile verso lo spazio.
È una sfida diversa quella per i sistemi di trasporto di massa. In questo campo si vorrebbe utilizzare l’idrogeno per produrre energia elettrica così da poter sfruttare le proprietà dell’elemento in un sistema più sicuro.
Un elemento spaziale
L’idrogeno allo stato puro è un elemento comunissimo nell’universo ma sulla terra lo troviamo solamente in molecole composte. Il metano, gli idrocarburi riformati e l’acqua, contengono tutti idrogeno. Sulla terra quindi dobbiamo ricavare l’idrogeno e ci sono due modi per farlo. Uno è il metodo del “reforming” in cui si scaldano gli idrocarburi per dividere le molecole ed ottenere idrogeno e CO. Il secondo metodo, che non comporta né emissioni né combustione, si chiama elettrolisi. Più energivoro del reforming, l’elettrolisi divide le molecole d’acqua attraverso scariche elettriche per liberare idrogeno e due molecole di ossigeno. Potenzialmente questo secondo metodo può essere completamente rinnovabile.
Come si trasforma l’idrogeno in energia elettrica
Nelle celle a combustibile che sono celle modulari composte da piatti di materiali diversi, avvengo le reazioni elettrochimiche che convertono l’energia degli atomi di idrogeno in energia elettrica. Le celle a combustibile in commercio sono le MCFC e le SOFC che producono energia elettrica se alimentate da gas naturale e le PEM e PAFC che invece funzionano ad idrogeno. Nelle celle a combustibile avviene il riavvicinamento degli atomi di H con quelli di ossigeno e in questo modo il prodotto di scarto della reazione è comunque acqua, da cui era partito tutto il processo.
Si stimano tra i 15 e i 20 anni (tra i test e la creazione di un’infrastruttura) per la transizione energetica nei carburanti. Nonostante i progressi nell’efficienza dei motori che ad oggi utilizzano ancora cherosene, il numero di viaggiatori è aumentato troppo esponenzialmente. Con l’utilizzo massiccio di compagnie low-cost, le innovazioni lineari sui motori risultano insostenibili in futuro. Un numero di compagnie sempre crescenti, tra cui anche Crysler ed Easyjet, stanno infatti ricercando soluzioni per costruire aerei elettrici.
Un aereo elettrico alimentato ad idrogeno
Questo settembre nel Regno Unito, uno dei paesi che consuma di più viaggiando in aereo, ha volato in cielo il velivolo elettrico Hyflyer di ZeroAvia. Il progetto ha ricevuto un premio di 5.3 milioni di sterline, e si crede che possa preformare un volo completo nel 2022. Sull’aereo ci sono 19 posti, il minimo necessario per testare il sistema. Un sistema ridondante composto da due motori, due inverter, due celle a combustibile e due sistemi di raffreddamento. Con questa scelta l’azienda vuole garantire la migliore stabilità possibile ai piloti e la sicurezza per i passeggeri in volo.
“Oltre ad essere a zero emissioni, il sistema a celle di combustibile sarà migliore del sistema tradizionale perché risulta 2 volte più efficiente di un turbina di taglia piccola”, sostiene il fondatore di ZeroAvia, Val Miftakov.
Le celle sull’aereo sono ottimizzate dall’azienda e ammontano a 600 kW di potenza. Dal primo volo, la ricerca si concentrerà principalmente sulle celle a combustibile che mostrano un calo di efficienza a basse altitudini perché si surriscaldano troppo. Per quanto riguarda la logistica invece sembra proprio che l’azienda pioneristica abbia dimostrato come organizzare un van di trasporto e rifornimento di idrogeno nell’aereoporto di Cranfield.
Il primo obbiettivo di ZeroAvia, sarà quello di battere il prezzo del cherosene per gli aerei di piccola taglia. Nei prossimi cinque anni poi vorrebbero poter battere anche il prezzo del cherosene per veicoli più grandi. Secondo Miftakov, costruendo design specifici per lo stoccaggio in volo, l’idrogeno rischia di diventare il sostituto ideale al cherosene, portando ad applicare i principi di circolarità ed ecologia anche alle fin troppo inquinanti compagnie aeree.
Elisa Melodia