Nei prossimi tre anni, il gruppo di ricerca intende sviluppare un prototipo di serbatoio in grado di contenerlo in sicurezza. L’idrogeno liquido è, infatti, uno dei candidati a sostituire il cherosene nei futuri aerei per ridurre le emissioni del settore. Ma, ad eccezione di alcune prove, il nuovo carburante è impiegato finora solo nel settore spaziale.
L’idrogeno potrebbe essere il carburante che consente di ridurre le emissioni di carbonio dell’aviazione. Addirittura di azzerarle, se parliamo di idrogeno verde. Una scommessa importante per il settore, fortemente emettitore. Ma la natura dell’idrogeno e le sue caratteristiche comportano una serie di problemi ancora da risolvere. In particolare, il movimento all’interno del serbatoio dell’idrogeno liquido, la forma in cui adoperarlo negli aerei. Lo “sloshing”, per gli addetti ai lavori. Esperti come quelli che stanno lavorando al progetto HASTA, acronimo di Hydrogen Aircraft Sloshing Tank Advancement, con l’obiettivo di fare progredire la comprensione e la progettazione dei sistemi di stoccaggio dell’idrogeno liquido (LH2) per l’aviazione civile.
Il progetto, da tre milioni di euro, prevede tre anni di ricerca; è finanziato dall’Unione europea con fondi del programma Horizon Europe e coinvolge 15 partner provenienti da otto Paesi, di cui sette europei e il Sudafrica, che combinano competenze in aeronautica, fluidodinamica e criogenia. Un consorzio di cui fanno parte, tra gli altri, Airbus, Ariane Group e, per l’Italia, ENEA, Cnr, Sapienza Università di Roma e Università degli Studi Niccolò Cusano.
Un carburante difficile da stoccare in volo
Il problema è lo stoccaggio dell’idrogeno liquido in volo. L’idrogeno, infatti, è un gas e per poterlo trasportare e adoperare negli aerei, il suo volume deve essere significativamente ridotto, trasformandolo in idrogeno liquido. Deve essere raffreddato a bassissime temperature (inferiori a -253 °C), in modo da renderlo molto più denso rispetto alla sua forma gassosa. “L’utilizzo dell’idrogeno offre il grande vantaggio di non produrre emissioni di CO2, poiché il principale prodotto della combustione è il vapore acqueo (H2O).
Tuttavia, la sua gestione e conservazione rappresentano una sfida significativa in termini di materiali e geometrie dei serbatoi per il suo stoccaggio poiché richiedono il mantenimento di temperature criogeniche estreme e il controllo dei fenomeni di sloshing durante il trasporto e il volo”, spiega Antonio Agresta, ingegnere aerospaziale del Laboratorio Idrogeno e nuovi vettori energetici del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabile, referente ENEA del progetto. “Le sollecitazioni dell’aereo possono generare miscelazioni termiche tra le fasi liquida e gassosa, causando variazioni rapide della pressione nel serbatoio. Si tratta di un aspetto di termo-fluidodinamica molto complesso, di cui si occuperà ENEA con simulazioni al supercomputer per studiare l’interazione del fluido con il serbatoio”, aggiunge Agresta.
Simulazioni avanzate sul comportamento dei serbatoi a idrogeno liquido
Il progetto HASTA mira a sviluppare linee guida tecniche e criteri di progettazione per i serbatoi di idrogeno liquido, in conformità con le norme EASA CS-25, le regole e i requisiti che l’Agenzia Europea per la Sicurezza Aerea impone per la certificazione degli aerei di grandi dimensioni. Le linee guida si baseranno su simulazioni avanzate e su un sistema di controllo della temperatura.
Per affrontare la sfida, sarà realizzato un modello digitale sperimentale di un serbatoio di idrogeno liquido per aeromobili, capace di simulare le variazioni di pressione e di temperatura al suo interno, che rappresenta il primo passo verso la creazione del gemello digitale del serbatoio e, successivamente, di un prototipo sicuro ed efficiente, pronto a ospitare il nuovo carburante finora impiegato solo nel settore spaziale. Questo lavoro implica la collaborazione tra esperti di carburanti per l’aviazione e di criogenia, nonché una profonda comprensione del comportamento termo-fluidodinamico e termo-meccanico dei serbatoi di idrogeno liquido in ambienti operativi.
Gli altri partner sono del progetto sono Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Spagna (cordinatore); Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Germania; Von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI), Belgio; Sorbonne Université, Francia; University of Bristol, UK; University of Cape Town, Sud Africa; Military Technical Academy Ferdinand I, Romania; United Kingdom Research and Innovation (UKRI), UK.
Le previsioni della strategia per l’idrogeno del MASE
Siamo dunque ancora lontani dal salire su un grande aereo di linea a idrogeno. E in termini di previsioni, nella Strategia nazionale per l’idrogeno, presentata a novembre 2024 dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica (e articolata in base ai tre “pilastri” della domanda, dell’offerta e del trasporto), si ritiene che per quanto riguarda il trasporto aereo “è poco plausibile che si diffonda l’utilizzo dell’idrogeno in forma pura, se non eventualmente su tratte regionali o a breve raggio”, mentre al contrario la decarbonizzazione del settore potrà avvenire grazie a un sensibile contributo di una pluralità di e-fuel, in particolare kerosene di sintesi, derivati in misura significativa da idrogeno.
Sul fronte della normativa, nel regolamento Refuel EU Aviation, l’Unione europea ha previsto che i sustainable aviation fuel (SAF) debbano raggiungere una quota di mercato minima del 2% già nel corso del 2025, per poi arrivare al 6% dal 2030, al 20% dal 2035, al 34% dal 2040, al 42% dal 2045 e al 70% dal 2050. Bruxelles ha stabilito inoltre dei “sotto target” per i combustibili sintetici classificati come renewable fuels of non-biological origin (RFNBO) e quindi derivati da idrogeno rinnovabile, pari all’1,2% dal 2030, al 2% dal 2032, al 5% dal 2035, al 10% dal 2040, al 15% dal 2045 e al 35% dal 2050).
Emissioni dell’aviazione europea tornate quasi ai livelli del 2019
La necessità di mettere a punto un carburante ecologico per l’aviazione è tanto più evidente alla luce dei livelli di inquinamento del settore, che, secondo l’organizzazione indipendente europea per la decarbonizzazione dei trasporti Transport & Environment, non ha fatto nessun progresso di riduzione delle sue emissioni climalteranti.Anzi. Le emissioni dell’aviazione stanno andando fuori controllo, dice l’organizzazione, che in unrapporto di aprile 2025 sottolinea comenel 2024 il settore dell’aviazione europeo sia tornato quasi completamente ai livelli pre-COVID, raggiungendo il 96% del numero di voli del 2019 e il 98% delle emissioni. Oltre 8,4 milioni di voli sono partiti dagli aeroporti europei e hanno prodotto 187,6 milioni di tonnellate di CO2: un aumento dell’8% delle emissioni e un aumento del 5% del numero di voli rispetto al 2023, mette in evidenza Transport & Environment.
