THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

La città subalpina per decenni patria dell’industria automobilistica guarda sempre più al cielo e ai velivoli che lo attraversano. A pochi mesi dall’ultimo evento di Annual Review tenutosi a Torino la scorsa estate, l’ingegneria di Avio Aero ha nuovamente ospitato i team di Clean Aviation e i membri che formano i consorzi di due dei cinque progetti europei che le sono stati assegnati. I due che coordina direttamente, AMBER e HYDEA.  

L’intento dei due eventi di Kickoff è stato proprio avviare i lavori di ricerca e sviluppo che porteranno alla dimostrazione delle principali tecnologie volte ad abilitare la riduzione delle emissioni dell’aviazione: in ambito ibrido-elettrico per AMBER e con la diretta combustione dell’idrogeno per HYDEA.

“Le sfide che abbiamo davanti a noi presentano un’altissima complessità tecnologica: queste giornate di lavoro in team ci hanno dato ulteriore fiducia sulla preparazione e competenze dei membri dei due consorzi. Inoltre, l’attiva partecipazione e l’interesse dimostrato dai rappresentanti del Clean Aviation Joint Undertaking è un ulteriore incoraggiamento”, ha detto Andrea Milli, Clean Aviation Senior Technical Program Manager per Avio Aero e GE Aerospace.

The HYDEA project team in a group picture during the event in Torino.

I due eventi torinesi, ciascuno durato due giorni, hanno visto i grandi player del settore (inclusi i costruttori di aerei Leonardo e Airbus), le PMI, i centri di ricerca e le università europee unire le forze della diversità, rappresentata da visione, approccio, competenze e bagaglio tecnico-esperienziale variegato. Sono in totale 21 i membri che lavorano su AMBER e sono 29 quelli di HYDEA.

“È un pool di partner molto diversificati, aspetto molto importante se si guarda alla grande esperienza industriale che attraversa il network” dice Milli. “E diventa ancora più importante sia per il contenuto tecnico dei due progetti sia per il livello di maturazione tecnologica che vogliamo raggiungere”.

Infatti, nonostante AMBER e HYDEA si basino ognuno su una soluzione propulsiva principale ben distinta, ambedue - pur con diversi approcci tecnologici - esplorano l’utilizzo dell’idrogeno nella prossima generazione di aerei commerciali. Tale comunanza è sottolineata anche dal Dr. Jean-François Brouckaert, capo del Technology Office di Clean Aviation, il programma di ricerca dell’Unione Europea che proprio in questo periodo ha lanciato la seconda Call per presentare ancora nuovi progetti votati alla decarbonizzazione.

Andrea Milli, Clean Aviation Sr Technical Program Manager for Avio Aero and GE Aerospace.

"Un pool di partner molto diversificati diventa ancora più importante sia per il contenuto tecnico dei due progetti sia per il livello di maturazione tecnologica che vogliamo raggiungere”

“HYDEA, studiando opzioni per alimentare le classiche turbine a gas (turboprop o turbofan) con idrogeno al posto del carburante tradizionale, permetterà di abbattere le emissioni di CO₂ e insieme di valutare il livello di riduzioni emissioni NO_x. Dall’altro lato, AMBER punta a creare un motore ibrido-elettrico che funziona in parallelo tramite l’ibridizzazione di una turboelica convenzionale: mentre un motore elettrico è alimentato da celle a combustibile a idrogeno, la turbina a gas può utilizzare carburanti SAF”.

Secondo Brouckaert, AMBER sposa al meglio le ambizioni di Clean Aviation sostanzialmente perché punta a ridurre le emissioni inquinanti in tre modi: “migliorando l’efficienza totale dei motori, usando carburanti alternativi come i SAF o idrogeno, ed elettrificando il motore”.

“In AMBER sarà fondamentale tenere ben coordinata una attività duale”, spiega Milli “ovvero, una relativa alla tecnologia propulsiva e una riguardante il design del velivolo, accertandosi dell’integrazione continua tra questi due flussi di lavoro”.

The AMBER project team in a group picture during the event in Torino.

L’architettura che Milli e i colleghi hanno in mente è infatti particolarmente sfidante. “Al cuore del dimostratore c’è l’integrazione di macchine elettriche e meccaniche, questo realizza l’architettura ibrido-elettrica in parallelo che abbiamo immaginato. Poi, c’è l’integrazione tra fuel cell e macchina elettrica - ovvero il nucleo più innovativo dell’architettura, che permette di generare potenza a zero emissioni - e sarà determinante anche la definizione e la gestione del sistema termico. Il tutto dovrà quindi lavorare in parallelo con un turboprop avanzato, come il nostro Catalyst, ed essere infine integrato sul velivolo che sarà dotato anche di un sistema digitale di controllo che governerà tutta questa architettura”.

AMBER propone una soluzione di propulsione ibrido-elettrica dotata di sicurezza e affidabilità, secondo Brouckaert: “la turbina a gas tradizionale del motore turboelica è supportata, e ibridizzata, da un altro motore elettrico alimentato con fuel cell che usa idrogeno. I vantaggi sono innanzitutto nelle fuel cell, che abbattono le emissioni CO₂ e NO_x come di particolato e di anidride solforosa.”

L’elemento di congiunzione tra AMBER e HYDEA viene dunque identificato nell’idrogeno. “È una novità assoluta per tutto il settore, possiamo dire la sfida del secolo: studiare come inserire l’utilizzo di questo elemento nell’aviazione di per sé rappresenta un passo mastodontico dal punto di vista funzionale e tecnologico. Le complessità sono tante, la prima è la sicurezza: sia nella combustione sia nello stoccaggio. E il supporto di autorità come l’EASA sarà fondamentale sia per integrarlo sui velivoli di domani e sia per regolamentarlo”, dice Brouckaert.

An infographic of project AMBER, page and cover image illustration by Federica Sella Nora.

Sviluppare un sistema motore che ruoti attorno all’idrogeno richiede competenze specifiche - quelle presenti grazie alla diversificazione tecnologica dei partner del progetto - che portano soluzioni direttamente impattanti sulle emissioni. “Ad esempio, il design della camera di combustione potrà fare la differenza per garantire il livello più basso di emissioni NO_X. Questa disciplina di ricerca è tra le più importanti a livello globale”, continua Brouckaert.

L’impressione sull’entità dell’impresa è la medesima in chi è coinvolto in prima persona nello sviluppo, come Milli: “I risultati di HYDEA possono rivoluzionare il nostro settore. La combustione diretta dell’idrogeno in un motore aereo può permettere alle future flotte commerciali di ridurre le emissioni fino al 70%, un potenziale enorme. E sviluppare un sistema di combustione che lavori e performi come uno tradizionale, ma usando idrogeno sarà la sfida chiave. Così come l’immagazzinamento criogenico di questo elemento, che impatta significativamente anche sul design del velivolo”.

La missione di HYDEA per Clean Aviation è dimostrare con test a terra, e poi in volo, la fattibilità dell’utilizzo diretto dell’idrogeno liquido come carburante sugli aerei. La fase uno quindi si concentrerà sul costruire questo dimostratore, basandolo su un motore per aerei con un innovato sistema di combustione e con un integrato sistema di gestione e stoccaggio dell’idrogeno a bordo. Portarlo in volo sarà la fase 2.

At the center of picture, Jean-François Brouckaert, Head of the Technology Office of Clean Aviation Joint Undertaking.

“Siamo in un’epoca che si lascia alle spalle la classica separazione tra discipline ingegneristiche, per quanto riguarda il design aeronautico"

È per questo che Broukaert ha raccomandato ai membri dei due progetti - organizzazioni e istituzioni con alte specializzazioni, e con varietà di competenze e risorse tecnologiche - di confrontarsi e coordinarsi al meglio, per affrontare “una complessità di notevole magnitudo”.

“Siamo in un’epoca che si lascia alle spalle la classica separazione tra discipline ingegneristiche, per quanto riguarda il design aeronautico: sistemi elettrici integrati con turbine a gas, componenti trasformati, serbatoi di idrogeno liquido, sistemi ad alto voltaggio a bordo, sistemi termici complessi. Per provare e sviluppare tutto questo servono strumentazioni e impianti dedicati. E una certa alchimia tra i partner rende possibile tutto questo: si potranno superare problemi complessi di design, come quelli legati a pesi e volumi. Un forte scambio di esperienze e confronto costante, specialmente con chi si occupa dell’integrazione sul velivolo, è la chiave del successo per i progetti Clean Aviation”.