THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

Sono passati poco più di due mesi da quando, lo scorso novembre, il team di Turboprop e l’Università politecnica di Praga CVUT diedero il via alla campagna di test dimostrativi per l’utilizzo di SAF (carburanti aeronautici sostenibili) sul motore Catalyst, inserita nel più ampio programma di collaborazione tecnologica tra azienda e università ceche.

I Sustainable Aviation Fuels sono carburanti per jet a basse emissioni di carbonio prodotti da oli vegetali, alghe, grassi, flussi di rifiuti, alcoli, zuccheri, CO₂ catturata e altre fonti alternative. Se generate da materie prime alternative anziché da combustibili fossili, le emissioni di CO₂ possono essere ridotte durante il ciclo di vita del combustibile, anche durante la produzione.

Le prove con il Catalyst alimentato da SAF si sono svolte all’interno di una delle sale del centro sperimentale VZLU, a pochi passi dagli headquarters di Praga. In questa stessa cella, nel 2018, furono effettuate le primissime prove al banco del motore Catalyst. Ad oggi, più di 3000 ore di operazioni di test su 17 motori assemblati hanno interessato il nuovo motore turboelica avanzato nato in Europa.  

“Questa campagna si differenzia dalle classiche prove di durata”, spiega Massimo Giambra, Senior Engineer in Engine System per Avio Aero. “Infatti, abbiamo alternato test con l’utilizzo di carburante Jet-A tradizionale per aerei a prove utilizzando SAF miscelato al 40%. In tutto, abbiamo accumulato 30 ore di attività motore finora, circa 10 ore utilizzando esclusivamente SAF: dal punto di vista delle performance, consumi, potenza e del comportamento generale della macchina possiamo dirci soddisfatti. Il Catalyst risponde allo stesso modo con ambedue i carburanti, stando ai primi risultati, sebbene stiamo ancora approfondendo le nostre analisi”.

A view of CVUT’s DYNO/CORE test cell at the Czech Aerospace Research Centre VZLU.

Un prodotto completamente nuovo, sviluppato dopo oltre 50 anni senza nuovi motori turboelica lanciati sul mercato, mette chiaramente progettisti, tecnici e ingegneri di fronte a casistiche inedite. Per questo il Catalyst viene sottoposto a test certificativi e di sviluppo che altri motori turboelica non hanno mai affrontato.

La dimostrazione con i SAF, nella fattispecie, ha l’obiettivo primario di comparare le emissioni del motore e la fumosità del motore tra i due carburanti. “L’obiettivo non era quindi la certificazione per fumi ed emissioni. Tuttavia, abbiamo eseguito e misurato l’attività aderendo ai parametri di eco-sostenibilità ICAO (l’International Civil Aviation Organization parte dell’ONU, ndr.). Infatti, tra i requisiti del programma c’è la riduzione di emissioni e fumosità. Possiamo già dire che i risultati fin qui suggeriscono una diminuzione di fumosità a pieno carico del 25% con questo tipo di SAF”, aggiunge Fabio Turrini Combustion Systems Design Consulting Engineer di Avio Aero.

Il tipo di SAF utilizzato dal Catalyst in questa prima fase è chiamato ATJ (Alcohol To Jet) ed è prodotto tramite un processo di riconversione dell’alcol etilico in carburante, alcol che può essere estratto sul pianeta da diverse fonti rinnovabili come la canna da zucchero. “Inizialmente intendevamo utilizzare questo SAF al 50%, ma per raggiungere gli standard certificativi internazionali è stato utilizzato come ‘drop-in’ solo al 40%, quindi per il restante 60% l’abbiamo miscelato con Jet-A”, racconta Martin Svoboda, Project Manager di GE Aviation Turboprop che ha seguito da vicino con i colleghi dell’università CVUT e i team di specialisti le prove del motore.

A graph showing the comparison of non-volatile particulate matter (nvPM) between SAF and traditional fuels.

“Ci stavamo preparando a questa campagna già dal 2020, poi la crisi sanitaria ha inciso sulla nostra programmazione” continua Svoboda. “La complessità di questi test comincia fin dall’approvvigionamento qui in Europa, ci è voluto molto tempo per trovare il carburante alternativo: molti tra i grandi produttori non sono interessati a quantità dirette a fini sperimentali. Quindi, abbiamo trovato un piccolo ma avanzato produttore in North Carolina (USA) e in tutto ordinato oltre 2300 litri di ATJ.”

È facile anche immaginare quanto sia delicato trattare tali sostanze e dunque, insieme ai team di ingegneria, Program Management, Testing e Sourcing si sono attivati anche i dipartimenti di Environment Health & Safety della sede di Praga, oltre a una ditta esterna specializzata. Le operazioni hanno compreso trasporto, utilizzo, stoccaggio e appunto circolazione dei due tipi di carburanti nelle condutture dell’avanzata cella di prova soprannominata “DYNO test cell”.

“La valutazione delle prestazioni con SAF, così come il loro effetto su emissioni, inquinamento atmosferico e salute umana, richiede un'accurata preparazione, progettazione ed esecuzione delle prove, in modo da poter separare gli effetti del carburante da una miriade di altri effetti", afferma Michal Vojtisek, Professore di Ingegneria Meccanica all'Università di Praga e Resident Alchemist. Esperto di carburanti, combustione ed emissioni, il Prof. Vojtisek è stato uno dei pionieri nella misurazione delle emissioni dei veicoli terrestri negli anni '90, maturando esperienze anche negli Stati Uniti.

The testing specialists teams inside the control room during an engine run.

“Quando abbiamo selezionato la strumentazione e la sequenza di test per questa campagna, ci siamo basati sulla nostra esperienza con i veicoli come sui recenti sviluppi nei test sulle emissioni dei motori aeronautici. Abbiamo analizzato digitalmente le varietà di inquinanti nei fumi di scarico: ad esempio, gas serra come CO₂, metano e N₂O (una specie di azoto reattivo), concentrazione di fuliggine non volatile, distribuzioni dimensionali, conteggi totali di particolato e particolato non volatile", spiega il Prof. Vojtisek. Grazie a lui, un team di 10 tecnici e ricercatori CVUT ha ricevuto una formazione dedicata, specializzandosi in una disciplina fondamentale per lo studio di tali impatti sul clima e sulla salute.

Può apparire scontato, ma riuscire a filtrare, analizzare e misurare un flusso gassoso in modo accurato è un’operazione piuttosto sofisticata. L’impianto di tubature nella sala di prova è cosparso di sensori, così come i tubi di scarico: “il sistema che abbiamo nella sala è tanto flessibile da adattarsi al tipo di prova in tempi relativamente brevi. Dal momento che è abbastanza difficile procurarsi SAF, tutto deve funzionare correttamente fin dalla prima accensione, non ci sono molte chance. I test hanno mirato a una valutazione realistica delle emissioni gassose e di particolato, confrontandolo il SAF col carburante JET A-1 convenzionale".

Il prossimo passo è ora alla portata del team congiunto di azienda e università, che studiano e implementano soluzioni più sostenibili mantenendo gli elevati standard operativi del motore. "Il nostro obiettivo è di operare con SAF al 100% - che quindi non richiede miscelazione con il carburante convenzionale - il prima possibile", afferma Svoboda. "Questa volta stiamo cercando anche un fornitore SAF per supportare la campagna di test. Sarebbe bello che fosse europeo come il nostro Catalyst”.