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High powEr density FC System for Aerial Passenger VEhicle fueled by liquid HydrogeN

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Il primo volo pilotato di un aeromobile elettrico a idrogeno liquido

Il primo volo di prova di un aeromobile elettrico pilotato, alimentato da idrogeno criogenico liquefatto, sfrutta una tecnologia che potrà essere applicata a velivoli più grandi e per voli più lunghi.

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Sebbene il trasporto aereo nell’UE contribuisca al 3 % delle emissioni globali, il suo effetto complessivo sui cambiamenti climatici è maggiore a causa di alcuni meccanismi secondari. Gli aeromobili alimentati da gruppi propulsori elettrici a idrogeno offrono un’alternativa meno inquinante, poiché il sistema a celle a combustibile genera energia elettrica attraverso una reazione chimica tra idrogeno e ossigeno, generando vapore acqueo come unico sottoprodotto. Questi sistemi, inoltre, sono in grado di operare in modo silenzioso, riducendo i livelli di rumore durante il volo. «Prima però, per soddisfare le norme di affidabilità, sicurezza e peso dell’aviazione, è necessario migliorare gli aspetti critici legati al funzionamento delle celle a combustibile, in particolare la gestione dell’aria, del carburante, dell’acqua e del calore», spiega Maria Sol Rau, coordinatrice del progetto HEAVEN, finanziato dall’UE. Il consorzio del progetto ha sviluppato un prototipo di gruppo propulsore ibrido-elettrico, costituito da un sistema di celle a combustibile ad alta densità di potenza e da uno stoccaggio criogenico di idrogeno ad alta densità energetica. «Abbiamo trasferito le principali innovazioni in materia di celle a combustibile e idrogeno liquido dai settori automobilistico e spaziale all’aviazione, migliorando le competenze e convalidando le prestazioni, l’autonomia, l’efficienza e la riduzione delle emissioni», osserva la ricercatrice attiva presso H2FLY, che ha coordinato il progetto. A settembre 2023 il consorzio HEAVEN ha completato con ottimi risultati il primo volo al mondo con combustibile a idrogeno liquido presso l’aeroporto di Maribor, in Slovenia, usando il velivolo sperimentale HY4.

Il gruppo propulsore dimostra le sue potenzialità

Integrare sistemi di celle a combustibile in un velivolo in grado di gestire l’idrogeno criogenico, in alternativa all’idrogeno gassoso, rappresenta un problema complesso. Sono infatti necessari componenti personalizzati, dal momento che quelli standard sono spesso inadatti al compito. Le infrastrutture devono inoltre poter ospitare sistemi di stoccaggio dell’idrogeno con uno sfiato adeguato, e sono necessari reti di trasporto e sistemi di rifornimento presso strutture di prova o aeroporti. «Ciò richiede grandi investimenti, un attento coordinamento e soluzioni ingegneristiche innovative. Ma se questo compito sarà svolto bene, si prospetta un’alternativa realmente competitiva ai motori a combustione convenzionali, con costi di esercizio inferiori; si potrà anche ottenere la decarbonizzazione e tracciare nuove rotte», aggiunge Rau. Durante il progetto, Air Liquide Advanced Technologies (ALAT) ha ideato, costruito e ottimizzato il serbatoio di idrogeno liquido, insieme alle necessarie attrezzature di supporto a terra (con sfiato) per le operazioni di rifornimento, in base ai requisiti di H2FLY. Pipistrel Vertical Solutions ha diretto l’integrazione del serbatoio di idrogeno liquido nell’aeromobile di prova, effettuando modifiche alla cellula e prove di sicurezza strutturale. H2FLY ha poi accoppiato il serbatoio con il sistema di celle a combustibile del velivolo presso le strutture di collaudo di ALAT in Francia. L’aereo di prova elettrico a idrogeno HY4, precedentemente acquistato da H2FLY per progetti come MAHEPA, finanziato dall’UE, ha mostrato il prototipo del sistema di propulsione HEAVEN alla fine dell’estate 2023. Dopo sette voli di prova, tre con idrogeno gassoso e gli ultimi quattro con l’idrogeno liquido come fonte di energia, il consorzio HEAVEN è riuscito a dimostrare che l’idrogeno liquido può raddoppiare l’autonomia massima del velivolo HY4, portandola da 750 km a 1 500 km. «In un test abbiamo superato le tre ore di volo, con risultati complessivamente positivi che ci portano sempre più vicini al traguardo di voli commerciali a medio e lungo raggio senza emissioni», afferma Rau.

Potenzialità per aeromobili più grandi a lungo raggio

L’uso dell’idrogeno criogenico liquefatto, rispetto allo stoccaggio di idrogeno gassoso pressurizzato, riduce significativamente il peso e il volume dei serbatoi, aumentando l’autonomia e il carico utile dell’aereo. «La nostra attenzione allo stoccaggio dell’idrogeno liquido e alle infrastrutture per l’aviazione contribuisce agli obiettivi dell’UE relativi a un ecosistema di energia pulita a base di idrogeno in vari settori, nonché all’obiettivo di neutralità climatica entro il 2050 definito dal Green Deal europeo », conclude Rau. L’èquipe del progetto sta continuando a sviluppare le celle a combustibile e sistemi a idrogeno liquido, per consentirne l’applicazione in velivoli più grandi con una maggiore autonomia. In definitiva, il successo degli aeromobili elettrici a idrogeno dipenderà anche dallo sviluppo di infrastrutture aeroportuali adatte alla gestione dell’idrogeno, oltre che da una rete efficiente di produzione, stoccaggio e distribuzione di idrogeno liquido ecologico.

Parole chiave

HEAVEN, idrogeno, aeromobile, gruppo propulsore, aviazione, cella a combustibile, criogenico, volo, gas a effetto serra

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