Un gruppo di ricercatori statunitensi propone una soluzione pratica per i voli a zero emissioni. Gli ingegneri del FAMU-FSU College of Engineering hanno messo a punto il primo sistema integrato al mondo che utilizza l’idrogeno liquido sia per alimentare che per raffreddare gli aerei del futuro. Il progetto nasce per un velivolo concettuale da 100 passeggeri con propulsione ibrida, combinando celle a combustibile e generatori superconduttori.
La vera novità risiede nell’integrazione: invece di ricorrere a dispositivi separati per immagazzinare il carburante, regolare il flusso e raffreddare i componenti elettronici, il team ha ideato una soluzione unica in grado di svolgere tutte queste funzioni insieme. Ciò consente un uso molto più efficiente dello spazio a bordo, fattore essenziale in campo aeronautico.
Uno dei principali ostacoli nell’uso dell’idrogeno in volo è la necessità di conservarlo come liquido criogenico a –253°C. In questo studio, i ricercatori non si sono limitati a progettare un serbatoio, ma hanno ottimizzato l’intero sistema. Introducendo un nuovo indice di prestazione – il rapporto tra l’idrogeno utilizzabile e la massa complessiva dell’apparato – hanno raggiunto un valore di 0,62. In altre parole, il 62% del peso del sistema è rappresentato da carburante realmente disponibile, un miglioramento netto rispetto agli standard precedenti.
L’uso del freddo estremo dell’idrogeno come meccanismo di raffreddamento rappresenta un’altra scelta ingegnosa. I motori elettrici superconduttori devono mantenersi a temperature molto basse per funzionare in modo efficiente. Invece di installare un impianto di raffreddamento dedicato, il team ha sfruttato lo stesso flusso di idrogeno per dissipare il calore da generatori, cavi e altri dispositivi critici. Questo processo a più stadi migliora l’efficienza energetica e porta l’idrogeno alla temperatura ottimale prima del suo utilizzo.
Un’ulteriore semplificazione tecnica è l’eliminazione delle pompe meccaniche, che oltre a rappresentare un peso aggiuntivo comportano rischi di guasto e produzione di calore. Il sistema ideato sfrutta la pressione interna del serbatoio per regolare il flusso, un meccanismo controllato da sensori che rispondono in tempo reale alla domanda di potenza dell’aereo. Secondo le simulazioni, il sistema può fornire fino a 0,25 kg di idrogeno al secondo, coprendo picchi di consumo pari a 16,2 megawatt durante il decollo o situazioni d’emergenza.
I ricercatori sono ora pronti a passare alla fase sperimentale: un prototipo verrà realizzato e testato presso il Center for Advanced Power Systems della Florida State University. Questo progetto si inserisce nell’ambito dell’iniziativa NASA per l’aviazione a emissioni zero, con il contributo di vari istituti, tra cui Georgia Tech, Illinois Institute of Technology, University of Tennessee e University at Buffalo.
Il lavoro, pubblicato su Applied Energy, mostra non solo che la propulsione a idrogeno può essere resa più sicura ed efficiente, ma anche che una visione sistemica del progetto è essenziale per affrontare le complesse sfide dell’aviazione sostenibile.
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