L’idrogeno è fondamentale per l’obiettivo di Airbus di sviluppare il primo zero-emission commercial aircraft entro il 2035. Ciò richiederà un approccio innovativo al fuel storage. Airbus sta progettando liquid hydrogen tanks 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 conventional jet fuel e oltre 100 volte quella delle lithium-ion batteries. 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 kerosene fuel, 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 standard jet fuel”, afferma Airbus.
“Il mantenimento di una temperatura così bassa richiede storage tanks molto specifici. Attualmente sono costituiti da un inner and outer tank 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 cryogenic liquid hydrogen storage tanks 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 cryogenic testing e sul fuel sloshing management, o persino su come costruire l’inner tank stesso.
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 gli hydrogen storage tanks for commercial aircraft dovrebbero sopportare circa 20.000 decolli e atterraggi e dovrebbero mantenere l’idrogeno allo stato liquido per molto più tempo”, prosegue Airbus.
“Come parte del suo impegno verso un ‘clean aerospace’, Airbus sta ora adattando ed evolvendo l’hydrogen storage technology esistente per l’aviazione. Diverse nuove strutture di ricerca e sviluppo in tutta Europa hanno recentemente iniziato a lavorare sui liquid hydrogen storage tanks per il nostro ZEROe concept aircraft (leggi anche qui).
A breve termine, è probabile che i liquid hydrogen tanks per il volo commerciale siano metallici. Questo approccio sarà perseguito dagli Zero Emission Development Centres (ZEDCs) in Nantes, Francia e Brema, nel nord della Germania (leggi anche qui).
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 (leggi anche qui) e nel suo composite research centre a Stade, Germania”, conclude Airbus.
“L’adattamento della cryogenic tank technology for commercial aircraft rappresenta alcune delle principali sfide di progettazione e produzione”, afferma David Butters, Head of Engineering for LH2 Storage and Distribution at Airbus. “I nuovi Airbus ZEDCs ospiteranno team di ingegneri multidisciplinari per creare soluzioni innovative che soddisferanno i severi requisiti aerospaziali”.
Tutti gli ZEDCs dovrebbero essere pienamente operativi e pronti per ground testing con il primo fully functional cryogenic hydrogen tank nel 2023 e con flight testing a partire dal 2025.
(Ufficio Stampa Airbus – Photo Credits: Airbus)
