Air Race E: arriva il primo campionato tra aerei elettrici

[Redazione di Hardware Upg]

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Con l'iniziativa Air Race E si punta ad accelerare l'adozione dell'aviazione elettrica con una corsa (si spera) divertente e velocissima

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[lemuel]

Ho deciso di scrivere un commento a questa new, rimasta orfana di opinioni finora, basandomi sulle mie modestissime conoscenze tecniche.
La materia è molto complessa e inerisce svariati campi del sapere, a livello anche elevatissimo, territori di lavoro e di pensiero di migliaia di studiosi, specialisti, tecnici, ingegneri, oltre che fisici.
Pertanto mi limito a considerazioni molto generiche, che potrebbero comunque avere un minimo scopo di dare un qualche riferimento a chi è proprio "digiuno" di nozioni in questo campo.
È chiaro che qualcun altro, più competente di me, può fornire maggiori precisazioni a correggere o smentire le mie semplici considerazioni, forse anche banali.
Ed ora mi inoltro nelle mie riflessioni sul tema.

Nonostante la buona, anzi ottima volontà dei tecnici e ricercatori, veri pionieri del settore, di poter determinare condizioni idonee al volo di velivoli con caratteristiche che possano emulare quelle degli attuali aerei, siamo ancora ben lontani dal raggiungere un simile traguardo.
Sarebbe puerile intanto stabilite confronti con gli albori dell'aeronautica, quando ancora non si conosceva il potere della fissione dell'atomo, o non si sapeva nulla di elettronica o informatica, per essere certi che oggi, con la nostra tecnologia attuale, saremmo in grado di realizzare eclatanti risultati in tempi brevi.
Oggi la conoscenza tecnologica si è spinta a livelli elevatissimi, è vero, al punto che stiamo raggiungendo ormai limiti quasi invalicabili in certi settori, come ad esempio per le dimensioni minime delle celle di cristallo per la regolare polarizzazione delle giunzioni in campo elettronico, o per l'immagazzinamento di dati nelle memorie di massa.
Vero è che ci aspettano nuovi balzi in avanti, come l'introduzione delle nanomolecole o nanostrutture, o quelli ancora dell'utilizzo di molecole biologiche e/o ibride in campo tecnologico, ma per quanto riguarda i sistemi a propulsione elettrica, si tratta di sfondare nuovi confini di conoscenza, prima ancora di poter attuare tecnologie presenti al momento, sia pure spinte ancora più avanti.
Mentre certi sistemi di propulsione potrebbero adattarsi benissimo per i viaggi nello spazio, in "quasi" assenza di gravità, per percorrere distanze per adesso "sbalorditive" (miliardi di chilometri e oltre), molto più dura si presenta la situazione per quanto concerne il dominio sulla forza di gravità qui sul pianeta Terra, per di più in presenza di una "certa" atmosfera, sufficientemente "densa e resistente", per raggiungere le prestazioni dei sistemi tecnologici attuali, con l'impiego della "elettricità", sia sotto forma propulsiva ionica che sotto forma meccanica, passando magari per sistemi di conversione a partire da elementi chimici, che siano batterie di accumulo o meccanismi di conversione più o meno diretta di energia chimica in energia elettrica.
Pensiamo ad esempio ad un aereo di linea, che viaggia attualmente a circa 900 Km/h, che pesa mediamente fra 100 e 150 tonnellate, e che dovrebbe poter sviluppare un'autonomia di volo mediamente anche di otto-dieci ore senza scalo.
Il peso dei carburanti al decollo, per i lunghi voli senza scalo, può raggiungere il 40% dell'intero carico lordo del velivolo.
Pensiamo ad esempio a 70/80 tonnellate di carburante, con un potenziale termico teorico di 11.000 Kcal/Kg.
Il rendimento termico dei propulsori attuali può variare fra il 25% e il 40%, in base alle diverse condizioni d'uso (decollo a bassa quota, quota di crociera, discesa, etc.) e alla tipologia del propulsore stesso.
Ma ancora di più vale il rendimento che determina la spinta effettiva dei propulsori, dato che alla fine è questa che realizza in modo diretto e finale il moto degli aerei (ovviamente tenendo conto del profilo aerodinamico del velivolo e di svariate altre condizioni).
In un aereo di linea, per 80 tonnellate di peso di carburante, si potrebbe ipotizzare di disporre a bordo di un potenziale termico energetico complessivo di circa 900 milioni di Kcal, del quale alla fine circa un terzo si tradurrebbe in termini di energia propulsiva, mettiamo cioè 300 milioni di Kcal, che se si esaurisse in un lasso di tempo di volo, mettiamo, di 10 ore, porterebbe ad un equivalente energetico di circa 30/35 mila Kwh.
Ora, un sistema a propulsione elettrica dovrebbe, per essere confrontabile, tale da poter utilizzare con un equivalente peso di 80 tonnellate, una riserva di energia immagazzinata di circa 30/35 mila Kwh, con un rendimento teorico del 100%, cioè con un rapporto specifico teorico di circa 400/450 Kwh a tonnellata.
Tenendo conto poi dei rendimenti effettivi, si dovrebbe raggiungere un valore pratico di almeno 500 Kwh per tonnellata
Insomma, o a un sistema di batterie con questa capacità, oppure bisogna immaginare un tipo di "carburante" capace di trasformarsi in energia elettrica con un rapporto equivalente.
Si potrebbe pensare a carburanti solidi o liquidi con proprietà "ioniche" su base chimica o a qualcosa d'altro, ma non si scappa da queste cifre.
Insomma bisognerebbe poter condensare una quantità di energia di circa 500 Kwh in ogni tonnellata di "combustibile" da caricare a bordo, capace di generare energia elettrica utile ad alimentare un sistema di spinta.
Solo a queste condizioni un aereo di linea, alimentato a energia elettrica, potrebbe essere competitivo con i jet attuali per il servizio civile.

Ma le cose si potrebbero complicare se il sistema che generasse spinta da tale energia non fornisse un rendimento adeguato.
Si potrebbe proporre di porre dei fili sotto le ali e sfruttare i flussi ionici su aerei di linea che devono ragguingere 900 Km/h?
E si potrebbe pensare a motori ad elica comandati da motori elettrici? Questi proprio no.
E allora, ad acceleratori di un qualche liquido in modo da generare spinta in opportuni reattori? E allora il peso del liquido da trasportare, dove lo metteremmo, per determinare il bilancio energetico fra carico totale complessivo del carburante e liquido di spinta, e quantità di energia elettrica per tonnellata di carburante attivo?
Insomma, siamo ben lontani dal risolvere il problema.
Credo che, oltre alla situazione della quantità di energia per unità di peso del "carburante elettrico", non disponiamo attualmente di un meccanismo propulsivo tale da generare le alte spinte necessarie per il volo dei jet, mantenendo i profili esterni aeronautici e il peso stesso e l'ingombro di predetti "motori", che non dovrebbero superare quello dei moderni motori jet e turbofan.

Insomma, una bella gatta da pelare.
Ovviamente non vado fantasticando su argomenti futuribili tipo "forze antigravità" o altro, che lascio alla fervida e fecondissima fantasia di moderni e futuri visionari (e che a me non dispiacerebbe si potessero magari concretizzare, in quanto non ho pregiudizi assoluti in contrario).
In definitiva, l'energia elettrica può essere usata benissimo per brevi durate su aerei leggeri, poco veloci, su aeromodelli, su droni (che hanno autonomia non superiori a 20 minuti e prestazioni molto risibili), ma quanto a poter spingere un jet per 10 ore con un carico netto fra pagante e strutturale di 70/100 tonnellate a 900 Km/h, siamo ben lontani dalla soluzione.
In assoluta alternativa a meno di non voler volare su una libellula gigante di 50 o 80 metri di apertura alare, pesante una tonnellata, che viaggi a 35 Km/h a 50 metri di altezza e con un sol uomo volenteroso e martire del progresso, alimentata a celle solari.
Il tutto con un tempo di percorrenza di circa 200 ore per lo stesso tragitto di un jet a lunghe tratte, senza scalo, sorvolando oceani e deserti, e con la speranza che il vento non sia contrario e non aliti ad una velocità superiore a quella di una dolcissima brezza estiva, giusto quella per dare un minimo sollievo ad un turista sudato su una spiaggia tropicale, steso sulla sdraio a leggere un articolo su una rivista di curiosità scientifiche, magari sul volo a propulsione elettrica.

Ciononostante, bisogna pur confidare nel progresso scientifico e tecnologico.