THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

La corsa alla decarbonizzazione del volo sta prendendo sempre più velocità e a questo proposito, il 22 febbraio, Airbus e CFM International - joint venture al 50% tra GE Aviation e Safran Aircraft Engines - hanno annunciato l’intenzione di collaborare per sviluppare un motore aeronautico alimentato a idrogeno.

Una maratona per la quale le aziende che parteciperanno si metteranno subito al lavoro allo scopo di terminarla entro la metà di questo decennio. Un primo dimostratore che potrebbe aprire la strada allo sviluppo di un aereo che, se tutto dovesse procedere come da piani, trasporterà passeggeri dalla metà degli anni ’30 azzerando le emissioni di CO2 nel corso del volo.

Airbus già nel settembre 2020 aveva annunciato l’intenzione di sviluppare un velivolo con un propulsore alimentato a idrogeno, chiamando il progetto “ZEROe”. L’azienda aerospaziale europea nel 2020 aveva presentato tre concept di aerei con la possibilità di essere alimentati dalla propulsione a idrogeno e che soprattutto, come aveva affermato il CEO Guillaume Faury, “faranno da punto di partenza per gli sviluppi futuri nella progettazione di quello che sarà il primo velivolo commerciale al mondo a zero emissioni e impatto climatico che vorremmo mettere in servizio entro il 2035”.

Nella combustione l'idrogeno - elemento chimico più abbondante nell'universo - non produce emissioni di CO2. Anche per questo motivo è stato ed è tuttora considerato un possibile potente alleato nella ricerca volta alla carbon neutrality dell’aviazione.

A deconstructed Passport engine like the one that engineers will be modifying for hydrogen combustion testing, ph. credit: CFM International.

Allo stato attuale della ricerca le sfide che si pongo davanti all’industria aeronautica sembrano essere scoraggianti. Sean Binion di GE Aviation, hydrogen engine systems leader per il programma, ha paragonato queste sfide a quelle affrontate negli anni ’50 dalla nascente industria spaziale. Non c’è solamente lo sviluppo tecnologico da affrontare, ma ci sono dei problemi reali anche per quanto riguarda alla definizione delle procedure operative, allo sviluppo di nuove infrastrutture e, soprattutto, alla certificazione del prodotto. Ostacoli e difficoltà che sarebbero impossibili da superare da soli, ma che invece è possibile affrontare in una partnership che comprende alcuni dei principali attori in tutto il mondo.

Gli ingegneri di GE Aviation e Safran Aircraft Engines, un team che conta già 100 persone e sta crescendo rapidamente, sono già al lavoro per rendere compatibili con l’idrogeno liquido il combustore e i sistemi di alimentazione e di controllo del motore turbojet GE Passport.

La scelta del Passport è stata fatta in virtù delle sue dimensioni, la tecnologia avanzata della turbomacchina e la capacità del motore di operare alle pressioni e temperature appropriate per l’aereo scelto per i test, ovvero l’Airbus A380.

Quando inizieranno i primi test di volo intorno alla metà di questo decennio, il Passport opportunamente modificato sarà installato sulla parte superiore posteriore della fusoliera dell’A380, che sarà alimentato anche dai suoi quattro motori. In questa nuova configurazione, però, il team potrà testare le reali emissioni del motore a idrogeno e monitorare anche le scie di condensazione.

Massimo Varriani, photographed in 2018 at the GE Aviation Turboprop headquarters in Prague.

"Per noi lo scopo è dimostrare la possibilità di volare con un motore alimentato a idrogeno, ma anche di immagazzinarlo e distribuirlo correttamente"

Massimo Varriani, European System Leader di Avio Aero per il programma sull'idrogeno, ha affermato che “lo scopo del progetto è dimostrare la maturità della tecnologia” e il prototipo che uscirà fuori da questo lavoro sarà successivamente impiegabile anche in altre applicazioni aeronautiche. Il frutto di questo lavoro potrebbe essere utilizzato anche in altri progetti, come ad esempio nei tre concept ZEROe di Airbus che prevedono la possibilità di alimentazione turbofan, turboelica e con un propulsore di nuova concezione. “Per noi lo scopo è dimostrare la possibilità di volare con un motore alimentato a idrogeno, ma anche di immagazzinarlo e distribuirlo correttamente”.

Lo stoccaggio dell'idrogeno a bordo rappresenta un'altra grande sfida ingegneristica. In natura, infatti, l’idrogeno esiste solo nello stato gassoso e trasportarlo in quantità sufficienti sarebbe impossibile. Questo significa che prima di essere imbarcato, dovrà essere trasformato in liquido e quindi raffreddato fino a una temperatura di circa -253° Celsius (-423 gradi Fahrenheit). Per essere impiegato come combustibile, però, l’idrogeno liquido dovrà essere poi trasformato nuovamente in gas. Questo significa che alcune componenti del motore potrebbero avere una differenza di temperatura pari a circa 815° Celsius.

Non è un compito semplice, ma Binion crede che il team congiunto possa affrontare questa sfida. “CFM si sta impegnando a lavorare con i nostri partner per la decarbonizzazione dell’aviazione”, ha affermato “e il nostro team ce l’ha sta mettendo tutto per riuscire in questo ambizioso progetto. È molto eccitante e gratificante perché stiamo inventando e cercando di ottenere la chiave di volta della sostenibilità del volo”.

A graphic rendering of hydrogen fuel being burned in the combustor of a jet engine.

L’Air Transport Action Group (ATAG) ha annunciato lo scorso ottobre di essersi posto l’obiettivo di raggiungere il traguardo delle emissioni nette pari a zero per l’aeronautica entro il 2050. CFM e Airbus, in quanto firmatari di questo impegno, negli ultimi anni hanno lanciati diversi piani ambiziosi.

Il programma RISE (Revolutionary Innovation for Sustainable Engines) annunciato da CFM nel giugno 2021 segue questa rotta, puntando a sviluppare una tecnologia tale da realizzare un motore capace di ridurre del 20% i consumi di carburante e le emissioni di CO2 rispetto ai più efficenti motori utilizzati oggi.

Sulla stessa strada si muovono i test effettuati sull’utilizzo di carburanti sostenibili (SAF), ottenuti da biomasse rinnovabili e prodotti di scarto. I primi voli sono iniziati lo scorso ottobre, quando un aereo di Etihad Airways ha impiegato una miscela di SAF e di combustibile tradizionale sul Londra – Abu Dhabi. Un volo che ha prodotto il 72% in meno di emissioni di CO2 rispetto allo stesso effettuato nel 2019. Lo scorso dicembre, invece, United Airlines ha operato il primo volo passeggeri al mondo con il 100% di SAF ad alimentare uno dei suoi motori CFM LEAP-1B.

A render image of the A380 demo aircraft, © Airbus S.A.S. 2022.

Ma per far sì che le compagnie aeree si interessino alla possibilità di utilizzare aerei alimentati da motori a idrogeno, sarà necessario uno sforzo concentrato per produrne un quantitativo maggiore impiegando fonti rinnovabili come l’eolico e il solare. GE Gas Power ha accumulato anni di esperienza nelle centrali elettriche e le sue turbine hanno registrato più di 8 milioni di orde di funzionamento con miscele di idrogeno, tra cui quello prodotto da fonti rinnovabili. L’esperienza maturata in questi progetti sarà utili per uno scambio di competenze interno a GE e, di conseguenza, con il team di CFM. Motivo di ottimismo secondo Binion.

Gaël Méheust, presidente e CEO di CFM International, concorda: "Unendo le capacità e l'esperienza collettive di CFM, delle nostre società madri e di Airbus, abbiamo davvero il dreamteam ideale per dimostrare con successo un sistema di propulsione a idrogeno".

_{The original version of this story is by GE Reports. Cover image, © Arbus S.A.S. 2022}