La svolta nella propulsione elettrica produce un motore che potrebbe aiutare a rivoluzionare l'aviazione ecologica

Gli ingegneri del MIT affermano di aver sviluppato un nuovo motore che potrebbe essere utilizzato per elettrificare aerei di grandi dimensioni, riducendo significativamente la loro impronta di carbonio con l’aiuto di una nuova tecnologia innovativa di propulsione elettrica.

Il motore da 1 megawatt è già stato sottoposto a progettazione e test dei suoi componenti primari, il che, secondo il team del MIT, aiuta a dimostrare che la sua generazione di energia è paragonabile agli attuali motori di piccoli aerei.

Ogni anno l’industria aeronautica produce oltre 850 milioni di tonnellate di inquinamento da anidride carbonica. Se non mitigati, questi livelli potrebbero aumentare fino a tre volte entro la metà del secolo, preoccupazioni che hanno portato a porre limiti alle emissioni di anidride carbonica dei voli internazionali che sono stati istituiti negli ultimi anni.

A causa dell’enorme impronta di carbonio, l’elettrificazione è stata a lungo considerata la strada più praticabile per contribuire a rendere l’industria aeronautica più rispettosa dell’ambiente.

Dalla metà del 19° secolo, le macchine elettriche funzionano sulla premessa generale che la quantità di energia generata dipende dalle dimensioni delle bobine di rame e del rotore magnetico utilizzati per alimentare il motore della macchina. Proporzionale alla potenza che una macchina può produrre è il calore che genera, che su scala così ampia richiede meccanismi di raffreddamento che aumentano lo spazio richiesto per il loro funzionamento.

A causa di questi fattori, attualmente solo gli aerei più piccoli sono dotati di generazione interamente di energia elettrica, poiché i requisiti per elettrificare gli aerei di linea commerciali e altri velivoli più grandi richiedono motori in grado di produrre energia su scala di megawatt.

Tuttavia, produrre quantità così grandi di energia non è un compito da poco e, in termini di fattibilità, richiederebbe sistemi turboelettrici ibridi che combinino componenti di motori elettrici con la propulsione di turbine a gas.

Zoltan Spakovszky, leader del progetto del MIT e professore universitario di aeronautica T. Wilson e direttore del suo laboratorio di turbine a gas (GTL), definisce i motori di classe megawatt che il suo team prevede "un fattore chiave per rendere l'aviazione più ecologica", indipendentemente dal fatto che il il sistema risultante si basa in parte su batterie, idrogeno, ammoniaca o una varietà di carburante per aviazione ecologico.

Sfruttando la forza elettromagnetica per produrre movimento, i motori elettrici funzionano generando campi magnetici utilizzando bobine di rame, vicino alle quali un magnete ruota nella stessa direzione del campo, che può quindi essere utilizzato per alimentare strumenti rotanti come un ventilatore o, nel caso caso di un aereo, un'elica.

Spakovszky e il suo team affermano che il motore che stanno attualmente sviluppando potrebbe essere combinato con fonti di energia elettrica costituite da batterie o celle a combustibile, che verrebbero poi incanalate in un lavoro meccanico in grado di azionare le eliche di un aereo.

Un altro possibile progetto ibrido potrebbe incorporare un motore a reazione turbofan convenzionale che genererebbe energia elettrica durante determinate fasi di volo.

In definitiva, ciò che Spakovszky e il team di ingegneri del MIT ritengono sarà veramente necessario per rendere l’industria aeronautica sufficientemente ecologica da soddisfare gli attuali obiettivi ambientali sarà lo sviluppo di progetti di aeromobili unici e innovativi che combinino la propulsione elettrica ibrida con sistemi di carburante “intelligenti”, nonché come la costruzione di aerei non convenzionali del 21° secolo utilizzando materiali avanzati.

"Si tratta di ingegneria complessa, in termini di co-ottimizzazione dei singoli componenti e di renderli compatibili tra loro massimizzando al tempo stesso le prestazioni complessive", ha affermato Spakovszky in un comunicato stampa del MIT.

"Per fare ciò significa che dobbiamo superare i limiti nei materiali, nella produzione, nella gestione termica, nelle strutture, nella rotordinamica e nell'elettronica di potenza", ha aggiunto.

Fortunatamente, questo è esattamente ciò che Spakovszky e il suo team sono riusciti a fare, progettando un motore elettrico costituito da un rotore ad alta velocità dotato di una serie di magneti con orientamento di polarità variabile, che pesa meno di un viaggiatore aereo adulto e non più grande di una valigia. .

Il nuovo motore innovativo fornisce anche il raffreddamento con uno scambiatore di calore, un dispositivo che trasferisce il calore da un'area o un mezzo a un altro, nonché un sistema elettronico di potenza distribuito che gestisce le correnti fornite agli avvolgimenti in rame del motore ad alte frequenze.