È il peso delle batterie a limitare le distanze che gli aerei elettrici riescono a coprire
Alcune startup stanno esplorando la possibilità di ripulire l’industria dei voli aerei utilizzando velivoli elettrici. Le emissioni prodotte dall’aviazione rappresentano circa il 3% dei gas serra prodotti a livello globale.
Secondo una recente analisi, però, il problema è che i moderni aerei elettrici possono trasportare al massimo una dozzina di passeggeri per poco meno di 50 Km.
Il limite è dettato dalla batteria, in particolare dalla quantità di energia che può essere immagazzinata in uno spazio ridotto. Basta aver viaggiato negli spazi angusti di un sedile a lato del finestrino o aver pagato un supplemento per il bagagli in sovrappeso, per avere idea del fatto che spazio e peso sono fattori importanti nel volo di un aereo.
Le moderne batterie non dispongono della densità energetica necessaria ad alimentare altro che gli aerei più leggeri. E anche per quelli, il viaggio no può durare più di un lungo giro in bicicletta.
Da 30 anni le batterie accumulano sempre più energia in spazi sempre più piccoli e i continui miglioramenti potrebbero aiutare a rendere gli aerei elettrici una realtà. Non ci siamo ancora però, e in definitiva, il futuro degli aerei elettrici potrebbe dipendere dai progressi che verranno fatti nella tecnologia delle batterie.
Sulla rampa di lancio
La prospettiva del volo elettrico è allettante sotto molti aspetti. L’aviazione contribuisce a una quota sempre maggiore delle emissioni globali di gas serra che causano il cambiamento climatico e gli aerei alimentati a batteria potrebbero aiutare ad accelerare la decarbonizzazione in un settore in crescita.
La riduzione nelle emissioni potrebbe essere significativa. Un aereo a batteria caricato con energia rinnovabile potrebbe produrre quasi il 90% in meno di emissioni rispetto agli aerei odierni che funzionano a carburante per aerei, afferma Jayant Mukhopadhaya, analista dei trasporti presso l’International Council on Clean Transportation (ICCT). Il 10% rimanente sarebbe dovuto ai processi di produzione delle batterie stesse, probabilmente da sostituire ogni anno per la maggior parte degli aerei.
Le batterie rappresentano anche un modo efficiente di utilizzare l’elettricità. In un aereo elettrico, circa il 70% dell’energia utilizzata per caricare una batteria alimenterebbe effettivamente l’aereo. Ci sono alcune perdite nella batteria e nel motore, ma questa efficienza è elevata rispetto ad altre opzioni considerate per decarbonizzare i voli aerei. Con l’idrogeno e il carburante sintetico, ad esempio, l’efficienza potrebbe arrivare dal 20 al 30%.
Dato il potenziale, diverse startup sperano di sviluppare piccoli aerei elettrici capaci almeno di viaggi relativamente brevi entro la fine del decennio.
Heart Aerospace, una startup con sede in Svezia, è tra le aziende che sta cercando di capitalizzare la promessa delle batterie nel campo dell’aviazione. I loro aerei da 19 posti inizieranno i test di volo nel 2024 e potrebbero essere disponibili per voli commerciali già nel 2026, secondo il CEO Anders Forslund.
“Il nostro obiettivo è creare il modo più conveniente, più veloce e più ecologico di viaggiare per il mondo”, afferma Forslund.
L’azienda prevede di iniziare in mercati di nicchia, come attraversare i fiordi della Scandinavia. Queste rotte sono difficili da sostituire con il trasporto terrestre e in alcuni paesi, come la Norvegia, potrebbero essere sovvenzionate dal governo.
Forslund afferma che questi viaggi sono solo l’inizio, tuttavia, e l’obiettivo è espandere il volo regionale a livello globale. Anche con l’attuale tecnologia delle batterie, afferma la società, i suoi aerei potrebbero essere in grado di volare per circa 400 chilometri. Si tratta della distanza tra New York City e Boston o Parigi e Londra.
I requisiti di una batteria capace di sostenere voli anche brevi sono piuttosto sostanziali. Gli aerei da 19 posti di Heart trasporteranno a bordo circa 3,5 tonnellate di batterie, per una capacità combinata paragonabile a quella di 8-10 veicoli elettrici.
Wright Electric, una startup con sede negli Stati Uniti, punta a sviluppare aerei ancora più grandi. Anche questa società, che prevede di riadattare velivoli da 100 posti con batterie per rotte brevi, prevede di lanciare i primi voli commerciali entro il 2026.
Turbolenza
Alcuni nel settore sono scettici sul fatto che tali aerei possano avere successo senza importanti progressi sulle batterie. “La tecnologia necessaria in fatto di batterie non è ancora disponibile”, afferma Mukhopadhaya.
In un recente rapporto dell’ICCT, Mukhopadhaya ed i suoi colleghi hanno scoperto che la portata dei velivoli elettrici sarebbe gravemente limitata con la tecnologia di accumulo esistente. “Siamo rimasti francamente sorpresi da quanto siano limitate le distanze percorribili previste”, dice.
Utilizzando le stime per la densità della batteria attuale e le restrizioni sul peso dell’aereo, gli analisti stimano che un velivolo a batteria da 19 posti avrebbe un’autonomia massima di crociera di circa 260 km (160 miglia), significativamente inferiore a quella dichiarata dalla compagnia di 400 Km.
Forslund sostiene che le stime di osservatori esterni non forniscono un quadro reale della tecnologia dell’azienda, dal momento che non sono a conoscenza dei dettagli sulla batteria e sul design dell’aereo. (La società prevede di progettare il proprio velivolo piuttosto che adattare un modello esistente per funzionare a batterie.)
I requisiti sulla riserva necesaria potrebbero limitare gravemente la vera portata degli aerei elettrici. Un aereo ha bisogno di una capacità extra per girare intorno all’aeroporto per 30 minuti nel caso non possa atterrare subito, e deve anche essere in grado di raggiungere un aeroporto alternativo a 100 km di distanza in caso di emergenza.
Se si tiene conto di tutto ciò, la portata utile di un aereo da 19 posti passa da circa 250 Km a circa 50 Km. Per un aereo più grande come gli aerei da 100 posti che Wright sta costruendo, si parla di meno di 10 Km.
“il vero ostacolo è quell’obbligo di riserva”, dichiara Andreas Schafer, direttore del laboratorio dei sistemi di trasporto aereo presso l’University College di Londra.
Il futuro del volo
In definitiva, spiega Schafer, il futuro degli aerei elettrici dipende dalle evoluzioni delle batterie.
Secondo l’analisi dell’ICCT, le batterie dovrebbero sostanzialmente raddoppiare la densità di energia per consentire anche solo i percorsi brevi a cui mirano le startup. Questo miglioramento si avvicina probabilmente al limite a cui possono arrivare le batterie agli ioni di litio utilizzate al giorno d’oggi, sia per i veicoli elettrici che nel campo dell’elettronica di consumo.
Anche con questo tipo di progressi, gli aerei elettrici non arriverebbero a bloccare che l’1% delle emissioni dell’industria aeronautica entro il 2050.
Perché gli aerei elettrici possano ricoprire un ruolo più significativo nella decarbonizzazione del traffico aereo, la densità di energia potrebbe dover quadruplicare, afferma Schafer. Ciò potrebbe richiedere la commercializzazione di un genere di batteria completamente nuovo.
Nel frattempo, altre tecnologie come i combustibili alternativi e l’idrogeno verde hanno densità di energia molto più elevate, quindi sono candidati più probabili per i voli al ungo raggio, sempre che possano essere prodotti su larga scala in economia.
Gli aerei elettrici potrebbero prendere il volo presto, forse anche prima della fine del decennio. Ma probabilmente non saranno in grado di portare molti di noi molto lontano.
Per ora, a meno che non ci sia un fiordo sul percorso, si fa probabilmente prima in bici o in treno.
