Con l’obiettivo di promuovere la sostenibilità ambientale nell’ambito dei trasporti, gli ingegneri del MIT hanno progettato un nuovo metodo per la propulsione degli aerei che, secondo le stime, eliminerebbe il 95% delle emissioni di ossidi di azoto prodotte dall'aviazione.

TAKEAWAY

• L’impatto ambientale delle emissioni di ossidi di azoto prodotte dagli aerei in volo è più del doppio rispetto alle emissioni di CO2 prodotte dall’intero comparto aviazione.
• Con l’obiettivo di promuovere la sostenibilità ambientale nell’ambito dei trasporti, gli ingegneri del MIT hanno progettato un nuovo metodo per la propulsione degli aerei.
• Tale metodo si ispira ai sistemi di controllo delle emissioni utilizzati per i veicoli di trasporto terrestre, che ospitano a bordo dispositivi di controllo delle emissioni post-combustione.

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Gli ossidi di azoto – dal termine NOx – insieme a fuliggine e nerofumo, sono tra le emissioni più pericolose prodotte dagli aerei in volo, capaci di riflettersi negativamente sui cambiamenti climatici a livello globale, oltre che, a livello locale, sulla qualità dell’aria delle aree circostanti gli aeroporti.

Addirittura, il loro impatto ambientale, secondo uno studio condotto dalla European Aviation Safety Agency (EASA), è più del doppio rispetto alle emissioni di CO2 prodotte dall’intero comparto aviazione.

Con l’obiettivo di promuovere la sostenibilità ambientale nell’ambito dei trasporti, gli ingegneri del MIT – Massachusetts Institute of Technology hanno progettato un nuovo metodo per la propulsione degli aerei che, secondo le stime, eliminerebbe il 95% delle emissioni di ossidi di azoto dell’aviazione.

Tale metodo si ispira ai sistemi di controllo delle emissioni utilizzati per i veicoli di trasporto terrestre, come accade per i camion diesel, che ospitano a bordo dispositivi di controllo delle emissioni post-combustione per ridurre gli ossidi di azoto generati dai motori.

Gli aerei odierni sono azionati da motori a reazione ancorati sotto le ali: ogni motore ospita una turbina a gas che, a sua volta, aziona un’elica; mentre i gas di scarico dalla turbina fluiscono sul retro. A causa di questa particolare configurazione, non è, in realtà, possibile integrare dispositivi di controllo delle emissioni, poiché questi andrebbero a interferire con la spinta prodotta dai motori.

Nel nuovo design ibrido-elettrico (o “turbo-elettrico”) messo a punto dal team di studio del MIT, la fonte di energia rimarrebbe la turbina a gas convenzionale, ma questa verrebbe posta nella stiva dell’aereo.

Anziché alimentare direttamente eliche e ventilatori, la turbina a gas azionerebbe un generatore di elettricità, che andrebbe ad alimentare elettricamente le eliche e i ventilatori alari. Le emissioni prodotte dalla turbina a gas confluirebbero in un sistema di controllo delle emissioni simile a quello dei veicoli diesel, che pulisce i gas di scarico prima di espellerli nell’atmosfera.

L’aereo ibrido-elettrico contro le emissioni di ossidi di azoto

I dettagli del progetto, comprese le analisi del potenziale costo del carburante e degli impatti sulla salute, sono stati pubblicati sulla rivista Energy and Environmental Science il 14 gennaio 2021.

I coautori del documento sono Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham e Jayant Sabnins, tutti membri del Laboratorio per l’aviazione e l’ambiente del MIT.

In particolare, i primi “semi” del progetto dell’aereo ibrido-elettrico in grado di ridurre le emissioni di ossidi di azoto, sono nati dal lavoro di Steven Barrett, professore di aeronautica e astronautica al MIT, e del suo team nell’indagare sul dieselgate del 2015, ovvero sullo scandalo della falsificazione delle emissioni diesel da parte di vetture del gruppo Volkswagen.

Durante la prima fase dello studio, prima ancora che venisse presa in considerazione l’elettrificazione degli aerei, si pensava a un dispositivo di controllo delle emissioni di ossidi di azoto da aggiungere ai motori a reazione.

Ma questo, fa notare Barrett, “avrebbe soppresso qualsiasi flusso di spinta prodotto dal motore a reazione”. L’idea del professore, invece, aggira questa limitazione, separando le eliche che producono la spinta dalla turbina a gas che genera energia. Le eliche, invece, verrebbero alimentate direttamente dal generatore elettrico che, a sua volta, viene alimentato dalla turbina a gas.

Lo scarico della turbina a gas verrebbe immesso in un sistema di controllo delle emissioni, che potrebbe essere ripiegato “a fisarmonica” nella stiva dell’aereo, completamente isolato dalle eliche che producono la spinta.

Il traguardo futuro: volare a impatto zero

Dunque, la maggior parte del sistema ibrido-elettrico – turbina a gas, generatore elettrico e sistema di controllo delle emissioni – si adatterebbe alla pancia dell’aereo, dove, in genere, c’è ampio spazio. Rispetto a quanto è stato proposto per la realizzazione di aerei completamente elettrici, il progetto del MIT, osserva Steven Barrett, è più fattibile, in quanto:

“…aggiungerebbe all’aeromobile alcune centinaia di chilogrammi, anziché molte tonnellate di batterie, che sarebbero una grandezza di peso davvero extra“

I ricercatori hanno calcolato le emissioni prodotte da un aereo di grandi dimensioni – con e senza un sistema di controllo delle emissioni di ossidi di azoto – e hanno verificato che, se fosse implementato su tutti gli aeromobili del mondo, il modello ibrido-elettrico eliminerebbe il 95 per cento delle emissioni totali.

Il team sta ora lavorando ai progetti per un aereo a “impatto zero”, in grado di volare senza emettere ossidi di azoto e altre sostanze chimiche, tra le quali l’anidride carbonica (CO2), in merito alla cui riduzione sono impegnati – attraverso programmi diversi – tutti i Paesi industrializzati.

In particolare, per quanto concerne l’Europa, il Consiglio ha assunto l’impegno comune di ridurre le emissioni di CO2 di almeno il 55 per cento entro il 2030. Conclude il professore del Massachusetts Institute of Technology:

“Questo nostro progetto è in grado, per il momento, di ridurre il problema dell’inquinamento atmosferico dovuto a una tra le emissioni più pericolose prodotte dagli aerei. Ma pone le basi per portare l’aviazione civile a zero impatti sul clima e l’ambiente”