Airbus: Come conservare l’idrogeno liquido per un volo a emissioni zero

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Airbus sta sviluppando una soluzione per una delle maggiori sfide della propulsione a idrogeno
Demonstrator ZEROe con serbatoi di idrogeno visibili
HHydrogen è fondamentale per l’obiettivo di Airbus di sviluppare il primo aereo commerciale al mondo a emissioni zero entro il 2035. Ciò richiederà un approccio innovativo allo stoccaggio del carburante. Airbus sta progettando serbatoi di idrogeno liquido all’avanguardia per facilitare una nuova era dell’aviazione sostenibile

L’idrogeno è una delle tecnologie più promettenti per ridurre l’impatto climatico dell’aviazione. Se generato da fonti energetiche rinnovabili, non emette CO2. Significativamente, fornisce circa tre volte l’energia per unità di massa del carburante per aerei convenzionale e oltre 100 volte quella delle batterie agli ioni di litio. Questo lo rende adatto per alimentare gli aerei.

Tuttavia, lo stoccaggio di idrogeno a bordo di un aereo pone diverse sfide. L’idrogeno può fornire più energia in massa rispetto al carburante cherosene, ma fornisce meno energia in volume. A pressione atmosferica e temperatura ambiente normali, sarebbero necessari circa 3.000 litri di idrogeno gassoso per ottenere la stessa quantità di energia di un litro di cherosene.

Chiaramente questo non è fattibile per l’aviazione. Un’alternativa sarebbe quella di pressurizzare l’idrogeno a 700 bar, un approccio utilizzato nel settore automobilistico. Nel nostro esempio, questo ridurrebbe i 3.000 litri a soli sei.

Questo può rappresentare un enorme miglioramento, ma peso e volume sono fondamentali per gli aerei. Per andare ancora oltre, possiamo abbassare la temperatura a -253°C. È allora che l’idrogeno si trasforma da gas a liquido, aumentando ancora di più la sua densità energetica. Tornando al nostro esempio, quattro litri di idrogeno liquido equivarrebbero a un litro di carburante per aerei standard.

All’interno del serbatoio di idrogeno liquido di Airbus

Requisiti esigenti per i serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno

Il mantenimento di una temperatura così bassa richiede serbatoi di stoccaggio molto specifici. Attualmente sono costituiti da un serbatoio interno ed esterno con un vuoto in mezzo e un materiale specifico, come un MLI (Multi-Layer Insulation) per ridurre al minimo il trasferimento di calore per irraggiamento.

I serbatoi criogenici di stoccaggio dell’idrogeno liquido sono già utilizzati in diversi settori, incluso quello aerospaziale, il che ci offre una buona visione delle sfide coinvolte. Il coinvolgimento di Airbus in Ariane, ad esempio, ha aiutato ad acquisire conoscenze sull’installazione dei sistemi, sui test criogenici e sulla gestione dello sloshing del carburante, o persino su come costruire il serbatoio interno stesso.

Ma mentre ci sono alcune sinergie tra il volo spaziale e l’aviazione, ci sono anche numerose differenze importanti. I requisiti di sicurezza sono diversi da quelli per i lanciatori spaziali, poiché i serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno per gli aerei commerciali dovrebbero sopportare circa 20.000 decolli e atterraggi e dovrebbero mantenere l’idrogeno allo stato liquido per molto più tempo.

I nuovi Airbus ZEDC ospiteranno team di ingegneri multidisciplinari per creare soluzioni innovative che soddisferanno i severi requisiti aerospaziali.
David Butters, Architetto dei sistemi di veicoli presso Airbus

Ricerca e sviluppo cruciali per voli a emissioni zero

Come parte del suo impegno per la pulizia dell’aerospazio, Airbus sta ora adattando ed evolvendo la tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno esistente per l’aviazione. Diverse nuove strutture di ricerca e sviluppo in tutta Europa hanno recentemente iniziato a lavorare sui serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno liquido per il nostro concept ZEROe.

A breve termine, è probabile che i serbatoi di idrogeno liquido per il volo commerciale siano metallici. Questo approccio sarà perseguito dai centri di sviluppo a emissioni zero (ZEDC) a Nantes, in Francia, ea Brema, nel nord della Germania.

A lungo termine, tuttavia, i serbatoi realizzati con materiali compositi possono essere più leggeri e più economici da produrre. Airbus accelererà lo sviluppo di questo approccio nel suo nuovo ZEDC in Spagna e nel suo centro di ricerca sui compositi a Stade, in Germania.

“L’adattamento della tecnologia dei serbatoi criogenici per gli aerei commerciali rappresenta alcune delle principali sfide di progettazione e produzione”, afferma David Butters, responsabile dell’ingegneria per lo stoccaggio e la distribuzione di LH2 presso Airbus. “I nuovi Airbus ZEDC ospiteranno team di ingegneri multidisciplinari per creare soluzioni innovative che soddisferanno i severi requisiti aerospaziali”.

Tutti gli ZEDC dovrebbero essere pienamente operativi e pronti per i test a terra con il primo serbatoio di idrogeno criogenico completamente funzionante nel 2023 e con i test di volo a partire dal 2025.

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