Quali sono le principali sfide dell'idrogeno

Lo stoccaggio dell’idrogeno, la catena di approvvigionamento e le sfide infrastrutturali devono essere superati prima che gli aerei alimentati a idrogeno diventino realtà.

L’idrogeno ha una densità energetica tre volte maggiore del carburante per aerei. I motori alimentati a idrogeno non producono anidride carbonica e ossido di azoto. L'idrogeno liquido può essere utilizzato per il processo di combustione nei motori a turbina.

In alternativa, l’energia elettrica creata attraverso le celle a combustibile a idrogeno fornisce energia ai motori. Nonostante l’idrogeno sia un’alternativa promettente al carburante per aerei, le sfide più significative rimangono.

Una delle sfide più significative dell’idrogeno liquido è la sua densità volumetrica. Poiché l’idrogeno è significativamente più leggero del carburante per aerei, la sua densità volumetrica è quattro volte peggiore. In altre parole, l’idrogeno liquido richiede un volume sull’aereo quattro volte maggiore rispetto al carburante per aerei. Pertanto, lo stoccaggio a bordo dell’idrogeno liquido rappresenta una sfida per i produttori di aeromobili.

I cilindri criogenici sono necessari per immagazzinare idrogeno liquido mantenendo il volume al minimo. Le bombole criogeniche possono immagazzinare idrogeno a circa -420 gradi F (-250 gradi C). Le temperature di congelamento significano materiali specializzati, pareti più spesse e sufficiente isolamento tra pile di bombole.

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. Mentre il carburante per aerei può essere comodamente immagazzinato nei serbatoi delle ali, i cilindri di idrogeno avrebbero un diametro troppo grande per adattarsi alle ali.

Uno dei più vecchi progetti di crioplano proposti da Airbus consisteva in serbatoi di idrogeno nella fusoliera, sopra la cabina passeggeri. Un progetto alternativo prevedeva anche grandi serbatoi cilindrici installati sulle ali esterne.

L'idrogeno si scioglie da solido a liquido a -259 gradi C (-434 gradi F) e bolle allo stato gassoso a -253 gradi C (-423 gradi F). Lo stato ideale per immagazzinare e consumare idrogeno è lo stato liquido. La liquefazione dell’idrogeno consuma quasi un quarto della sua energia, riducendo l’efficienza complessiva del sistema basato sull’idrogeno.

Non solo è essenziale controllare la temperatura, ma è anche necessario prevenire le perdite del preambolo durante lo stoccaggio, il trasporto e il rifornimento. Se la temperatura supera i -253 gradi C (-423 gradi F), nel serbatoio può formarsi uno strato di gas idrogeno. Durante il rifornimento l'idrogeno gassoso può andare perduto per evaporazione.

Sebbene la non tossicità dell’idrogeno ne consenta lo sfogo nell’atmosfera, si tratta senza dubbio di una perdita di energia potenziale se non gestita adeguatamente.

L’idrogeno brucia molto più velocemente del gas naturale e richiede un processo di combustione controllato. Airbus propone l'idrogeno come "carburante" per la combustione come uno degli usi della tecnologia dell'idrogeno nel suo progetto ZEROe. In tal caso, è necessario applicare un controllo attivo della combustione per tenere conto della più ampia infiammabilità e dell’elevata velocità di combustione dell’idrogeno.

È interessante notare che l’uso dell’idrogeno come miscela di gas naturale, diciamo circa al 15-20%, è fattibile con la tecnologia esistente. General Electric supporta numerose turbine a gas che supportano la generazione di energia con varie concentrazioni di idrogeno.

Un’altra sfida è costruire l’infrastruttura che supporta gli aerei alimentati a idrogeno. Mentre Airbus prevede di raggiungere il livello di preparazione tecnologica per un sistema di propulsione a combustione di idrogeno entro il 2025, la creazione dell’infrastruttura può essere complessa.

Trasportare l’idrogeno liquido volatile in località di tutto il mondo in modo sicuro ed economico sarà una sfida logistica. Inoltre, i parametri di sicurezza associati alla movimentazione, allo stoccaggio e al rifornimento regolare degli aeromobili richiederebbero normative rigorose. Gli aeroporti di tutto il mondo devono reinventare le proprie infrastrutture per la fornitura e lo stoccaggio dell’idrogeno.

Mentre i produttori stanno conducendo ricerche approfondite sull’uso della tecnologia dell’idrogeno per alimentare gli aerei, è necessario superare le sfide relative allo stoccaggio dell’idrogeno, alla catena di approvvigionamento e alle infrastrutture.

Ritiene che i produttori di aeromobili troveranno soluzioni efficienti alle sfide legate alla tecnologia dell’idrogeno? Raccontacelo nella sezione commenti.