Il ruolo dei sistemi efficienti di serbatoi di idrogeno nel rivoluzionare l’aviazione sostenibile

Per ridurre al minimo l’afflusso di calore attraverso i serbatoi dell’idrogeno sono necessari materiali specializzati, pareti più spesse e un isolamento adeguato.

Recentemente Simple Flying ha evidenziato l’importanza dell’idrogeno come alternativa al carburante per aerei commerciali. Simple Flying ha inoltre esplorato le sfide associate allo stoccaggio e all’utilizzo dell’idrogeno come fonte di energia. Sebbene sia difficile determinare se i vantaggi dell’idrogeno superino le sfide, è in corso una ricerca tecnica per identificare soluzioni uniche per lo stoccaggio dell’idrogeno.

Il carburante a idrogeno può essere un candidato ideale per gli aerei a corto e medio raggio grazie alla sua maggiore densità di energia (tre volte) rispetto al carburante per aerei. L’idrogeno non emette anidride carbonica e ossido di azoto quando generato da energia rinnovabile.

I motori a turbina a gas convenzionali possono essere modificati per utilizzare l’idrogeno liquido (LH2) come combustibile per la combustione. L'aria pressurizzata proveniente dal compressore ad alta pressione può essere miscelata con idrogeno liquido atomizzato prima dell'accensione nel combustore.

Una delle sfide più significative di LH2 è la sua densità volumetrica. L’idrogeno è significativamente più leggero del carburante per aerei e richiede un volume di stoccaggio sull’aereo quattro volte maggiore rispetto al carburante per aerei. Lo stoccaggio a bordo dell’idrogeno liquido ha rappresentato una sfida per i produttori di aeromobili.

Le bombole criogeniche sono necessarie per immagazzinare LH2 mantenendo il volume al minimo. I serbatoi criogenici immagazzinano l'idrogeno a temperature di congelamento (circa -420 gradi F/-250 gradi C).

Il peso richiesto dell'idrogeno potrebbe essere solo circa un terzo del carburante per aerei, ma la necessità di un volume molto più elevato aumenta il peso strutturale dell'aereo. Di conseguenza, è necessario un efficiente sistema di serbatoi di stoccaggio per raggiungere la sostenibilità dell’idrogeno nel settore dell’aviazione. È interessante notare che, a differenza del carburante per aerei, le bombole di idrogeno possono avere un diametro troppo grande per adattarsi alle ali degli aerei.

Inoltre, grazie al carburante immagazzinato nei serbatoi alari, il centro di gravità dell'aereo viene gestito in modo efficiente durante il volo. Il centro di gravità può rappresentare un'altra sfida con l'uso dei serbatoi LH2.

I serbatoi di stoccaggio devono essere realizzati con materiali specializzati per resistere a temperature estreme. Inoltre, i serbatoi devono avere pareti spesse e fornire un sufficiente isolamento tra i camini per ridurre al minimo l'afflusso di calore attraverso le pareti del serbatoio. La perdita di calore può far bollire l'LH2 e assorbire il calore circostante necessario per mantenere l'LH2 a temperature di congelamento. I produttori di serbatoi criogenici mirano a mantenere la condizione di ebollizione al di sotto dell'1% al giorno.

La forma dei serbatoi deve essere il più vicino possibile a una sfera per ridurre al minimo le perdite di progettazione. Una sfera espone la superficie minima per massa contenuta di LH2. Per mantenere il baricentro, i serbatoi LH2 di uguali dimensioni devono essere posizionati in modo tale da non influenzare il momento di beccheggio o di ribaltamento dell'aeromobile.

Pile di serbatoi sferici possono essere posizionate nella sezione anteriore dell'aereo (appena dietro la cabina di pilotaggio sul ponte inferiore) e nella sezione posteriore (appena davanti al piano di coda). Una tecnica con beuta da vuoto con isolamento aggiuntivo sulla parte superiore garantirà che la condizione di ebollizione dell'LH2 sia ridotta al minimo. Se il serbatoio perde il vuoto, gli strati isolanti contengono l'afflusso di calore all'interno del sistema.

Il serbatoio può contenere una miscela di LH2 e gas idrogeno (H2). La pressione dell'H2 è controllata attraverso la valvola di regolazione mentre pompe e valvole convogliano l'LH2 al sistema di combustione. Vale la pena ricordare che l'LH2 deve essere convertito in forma gassosa in uno scambiatore di calore prima di essere utilizzato nel sistema a turbina.

Cosa ne pensi della progettazione del sistema di serbatoi dell'idrogeno a bordo dell'aereo alimentato a idrogeno? Raccontacelo nella sezione commenti.

Scrittore - Omar è un appassionato di aviazione che ha conseguito un dottorato di ricerca. in Ingegneria Aerospaziale. Con numerosi anni di esperienza tecnica e di ricerca al suo attivo, Omar mira a concentrarsi sulle pratiche aeronautiche basate sulla ricerca. Oltre al lavoro, Omar ha una passione per i viaggi, la visita ai siti aerei e l'avvistamento di aerei. Con sede a Vancouver, Canada