Trasporto aereo: elettrificazione sulle brevi distanze

I ricercatori della Chalmers University of Technology, in Svezia, hanno eseguito per la prima volta al mondo una valutazione del ciclo di vita (LCA) di un aereo biposto completamente elettrico, confrontandolo direttamente con un aereo equivalente alimentato a combustibili fossili. Secondo lo studio, dopo appena un quarto della durata di vita prevista dell’aereo elettrico, l’impatto sul clima è inferiore a quello dell’aereo a combustibile fossile. Ciò a condizione che venga utilizzata elettricità “verde“. Il rovescio della medaglia, tuttavia, è rappresentato dalla maggiore scarsità di risorse di origine mineraria.

L’aviazione è cresciuta notevolmente negli ultimi decenni. Ogni anno è responsabile di circa il 2% delle emissioni globali di anidride carbonica e di circa il 4% di tutti gli impatti sul cambiamento climatico. Sebbene l’aviazione contribuisca in modo significativo al cambiamento climatico e ad altri problemi ambientali, l’elettrificazione è un’opzione per ridurne l’impatto. I primi velivoli elettrici sono già in funzione oggi e sono principalmente piccoli aerei utilizzati per l’addestramento dei piloti e per brevi voli nell’area circostante. Questo è il tipo di aereo che è stato studiato nella valutazione del ciclo di vita.

“Nel futuro a breve termine, gli aerei elettrici a batteria saranno probabilmente utilizzati soprattutto per distanze più brevi. Come quello che in Norvegia viene chiamato “fjord-hopping”, ossia voli più brevi tra fiordi situati in luoghi lontani”. In una prospettiva più ampia, lo studio dimostra che “gli aerei elettrici a batteria hanno il potenziale per ridurre significativamente l’impatto ambientale dell’aviazione”. Così afferma Rickard Arvidsson, autore principale dello studio.

Lo studio: lo stesso aereo, ma differente

Per la valutazione del ciclo di vita, il team ha preso in esame un aereo elettrico a batteria a due posti disponibile in commercio, il “Pipistrel Alpha Electro”. Lo stesso aereo è disponibile anche come modello alimentato a combustibili fossili, il che ha permesso ai ricercatori di fare un confronto diretto. Il team ha analizzato l’intero impatto di ciascun velivolo dalla “culla alla tomba” – dall’estrazione delle materie prime alla fine del ciclo di vita – con un’unità funzionale di 1 ora di volo. I dati e le registrazioni del costruttore del velivolo sono stati alla base di gran parte dello studio.

È stata presa in considerazione un’ampia gamma di categorie di impatto. Con particolare attenzione al riscaldamento globale derivante dalle emissioni di gas a effetto serra (ad esempio l’anidride carbonica), alla scarsità di risorse minerarie derivante dall’uso di minerali rari (ad esempio il litio per le batterie), alla formazione di particolato derivante dalle emissioni di particelle, all’acidificazione derivante dalle emissioni acide (ad esempio gli ossidi di azoto) e alla formazione di ozono a livello del suolo derivante dalle emissioni di ossidi di azoto e idrocarburi.

“Il risultato principale di questo studio è che i piccoli velivoli elettrici possono avere un impatto climatico notevolmente inferiore – fino al 60% in meno – e altri tipi di impatto ambientale rispetto a velivoli equivalenti alimentati a combustibili fossili. Tuttavia, c’è un trade-off per quanto riguarda la scarsità di risorse minerarie – circa il 50% in più anche nello scenario più favorevole, soprattutto a causa dei metalli rari presenti nelle batterie dell’aereo elettrico”. Così afferma Rickard Arvidsson.

Come nel caso delle auto elettriche, l’aereo elettrico è relativamente peggiore dal punto di vista climatico quando l’aereo è nuovo, poiché la produzione della batteria consuma molta energia e risorse. Poi, con il passare del tempo, l’impatto relativo diminuisce man mano che l’aereo elettrico viene utilizzato e si realizzano i suoi vantaggi, ovvero la propulsione elettrica senza emissioni. Più a lungo l’aereo elettrico viene utilizzato, più diventa vantaggioso per l’ambiente e alla fine si raggiunge un risultato di “pareggio”.

Dopo circa 1.000 ore di volo, l’aereo elettrico supera l’aereo a combustibile fossile in termini di minor impatto sul clima, dopodiché l’aereo elettrico è migliore per l’ambiente. Questo dato si misura in kg CO2 eq/h – equivalenti di anidride carbonica per ora di volo e vale in condizioni ottimali, quando si utilizza energia verde. Ogni utilizzo successivo diventa quindi un “beneficio per il clima”, rispetto all’aereo convenzionale. La durata di vita stimata del velivolo è di almeno 4.000 ore, ovvero quattro volte superiore al tempo di pareggio.

“La durata di vita delle batterie agli ioni di litio, tuttavia, dovrebbe essere circa il doppio perché la scarsa disponibilità di risorse minerarie si equivalga per l’aereo elettrico e per l’aereo a combustibili fossili. In alternativa, è possibile raddoppiare la capacità di immagazzinamento dell’energia in modo che sia necessario uno solo dei due pack a bordo per lo stesso tempo di volo”. Così afferma il ricercatore senior Anders Nordelöf, uno degli altri autori dello studio.

Batterie nuove e migliori per un futuro più green

Nello studio, i ricercatori discutono l’ulteriore sviluppo delle batterie come un passo importante verso la riduzione dell’impatto del ciclo di vita dell’aereo elettrico. Già oggi – ma successivamente alla realizzazione dello studio – i produttori di modelli di aerei sono riusciti a prolungare la durata delle batterie fino a tre volte. Le nuove tecnologie delle batterie potrebbero migliorare ulteriormente sia l’impatto sul clima che la scarsità di risorse minerarie.

“C’è un costante sviluppo di batterie agli ioni di litio che possono migliorare le prestazioni ambientali dell’aereo elettrico e renderlo ancora più vantaggioso rispetto a quello alimentato a combustibili fossili. Esistono anche nuove tecnologie per le batterie che potrebbero essere sviluppate e applicate agli aerei elettrici in una prospettiva a lungo termine, come le batterie al litio-zolfo, sebbene siano ancora in una fase iniziale di sviluppo tecnologico”. Così afferma Rickard Arvidsson.

Ulteriori informazioni sulla ricerca:

La ricerca è presentata nell’articolo: “Life cycle assessment of a two-seater all-electric aircraft”, pubblicato su The International Journal of Life Cycle Assessment.

I ricercatori coinvolti nello studio sono Rickard Arvidsson, Anders Nordelöf e Selma Brynolf. I ricercatori operano presso la Chalmers University of Technology in Svezia.

Questo lavoro è stato sostenuto da un finanziamento ad accesso pubblico fornito dalla Chalmers University of Technology.

https://doi.org/10.1007/s11367-023-02244-z

Informazioni sull’aereo

L’aereo elettrico oggetto dello studio è un Pipistrel Alpha Electro prodotto in Slovenia. Le ali hanno un’apertura di poco più di 10 metri e l’aereo pesa 550 kg a pieno carico. La durata massima del volo è di circa un’ora, più la riserva. La batteria è una batteria agli ioni di litio NMC (nichel-manganese-cobalto) da 21 kWh e il motore ha una potenza di 60 kW. L’Alpha Electro era un modello di pre-serie ed è stato sostituito da un modello di serie evoluto.

L’aereo a combustibili fossili confrontato nello studio ha la stessa struttura di base dell’aereo elettrico. Le differenze sono principalmente il motore a benzina e il serbatoio del carburante, invece del motore elettrico e delle batterie.

Leggi anche Il retrofit elettrico per le imbarcazioni

Tags: aerei elettrici elettrico emissioni aeree emissioni trasporto aereo LCA