Analisi sull'utilizzo di idrogeno per l'elettrificazione di velivoli = Analysis on the use of hydrogen for aircraft electrification

Negli ultimi anni sono sempre più evidenti gli effetti che il cambiamento climatico provoca sull’ambiente, influenzando così la vita quotidiana dell’essere umano. Una delle principali cause è la produzione di gas serra provocata dall’utilizzo spropositato di combustibili fossili. Per questo motivo c’è una crescente attenzione nella ricerca di soluzioni alternative che rendano possibile la produzione di energia pulita. Nel settore aeronautico, ad oggi, come combustibile viene utilizzato il cherosene per l’alimentazione dei velivoli, la ricerca si sta quindi concentrando sullo sviluppo di sistemi che permettano di sostituire il cherosene, tra questi, l’utilizzo di celle a combustibile risulta essere una delle soluzioni più promettenti, permettendo lo sviluppo di un sistema di propulsione elettrificato, che limiterebbe in modo significativo le emissioni. Le celle a combustibile riescono a generare elettricità senza il processo di combustione, sfruttando una reazione tra l'idrogeno e l'ossigeno in cui l’unico sottoprodotto è l’acqua. L’utilizzo di idrogeno presenta però delle limitazioni soprattutto per quanto riguarda lo stoccaggio che può richiedere notevoli spese energetiche e in più in applicazioni ‘on-board’ comporta ingombri e pesi elevati delle apparecchiature che in un settore come quello aeronautico risulta essere un aspetto molto rilevante. L’obiettivo del lavoro di tesi è quello di studiare un sistema di stoccaggio che utilizzi l’ammoniaca, la quale ha un elevato contenuto di idrogeno e può liquefarsi a basse pressioni rendendo il suo trasporto e stoccaggio relativamente facili e richiedendo una bassa quantità di energia. Poi, attraverso la reazione di decomposizione si ha la rottura della molecola di ammoniaca e la produzione di idrogeno. Quindi, sono state analizzate e confrontate da un punto di vista sistemico quattro tipologie di reattori come reattori a membrana, autotermici e i più comuni reattori a letto fisso, che permettano di ottenere dalla reazione di cracking dell’ammoniaca, idrogeno ad elevata purezza, condizione indispensabile per il funzionamento delle celle a combustibile, come le PEMFC. Tra questi, sono stati selezionati quelli che hanno presentato i risultati più rilevanti, in particolare un reattore a membrana e un reattore autotermico. Lo scopo del lavoro di tesi è valutare l’applicabilità di tali sistemi di produzione di idrogeno tramite ammoniaca prendendo come caso studio un aereo ATR72, considerando un tempo di volo di due ore. Partendo da questo presupposto, si è quindi proceduto al dimensionamento delle apparecchiature presenti nei due sistemi presi in esame, per verificarne ingombri e pesi e valutare se possano costituire una valida alternativa ai sistemi di propulsione ad oggi utilizzati.