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  • Propulsione al plasma, sfida tra MIT di Boston e Wuhan per il motore del futuro

    Propulsione al plasma, ecco la soluzione per riuscire a costruire gli apparentemente impossibili aerei a zero emissioni.

    Cos’è il plasma

    Il plasma è uno stato della materia molto comune e presente costantemente nella nostra vita quotidiana, visto che ne è ricca l’attività solare. Oltre il 99% dell’Universo visibile, formato da stelle e spazi interstellari, è costituito da plasma.

    Nubi di Plasma sul Sole

    Anche uno strato importante dell’atmosfera terrestre, la ionosfera, è caratterizzato dalla presenza di plasma.

    Il plasma è protagonista di molti aspetti della ricerca fisica moderna e contemporanea.

    Un plasma è un gas ionizzato costituito da una miscela quasi-neutra di elettroni liberi, ioni (atomici o molecolari) e specie neutre interagenti tra di loro.

    Il quarto stato della materia

    Comunemente definito come il quarto stato della materia, il plasma non è però raggiunto dai gas attraverso una transizione di fase.

    La transizione di fase in senso termodinamico tra stato solido, liquido e gassoso avviene infatti a precise condizioni di pressione e temperatura, mentre la formazione di plasma a partire da un gas avviene gradualmente all’aumentare della temperatura.

    Propulsione al plasma al MIT di Boston

    Il gruppo di ricerca del MIT sulla propulsione elettrica applicata all’aeronautica cerca soluzioni alternative all’attuale utilizzo dei combustibili fossili negli aeroplani di tutto il mondo, estremamente inquinante e impattante dal punto di vista dei cambiamenti climatici.

    L’ambito di ricerca relativo alla propulsione al plasma ha portato all’ottenimento di un risultato storico per l’aviazione.

    Propulsione al plasma aereo MIT stato solido

    L’aereo senza parti in movimento

    Il progetto del MIT è estremamente ambizioso e apre un capitolo inesplorato e secondo molti impossibile del volo in atmosfera.

    Il volo allo stato solido ha dimostrato di poter funzionare nello spazio con la sonda Dawn della NASA, utilizza per raggiungere gli asteroidi Vesta e Cerere del Sistema Solare nello scorso decennio.

    Sonda Dawn propulsione al plasma

    Vento ionico

    Il prototipo messo a punto dal MIT però va in un territorio inesplorato e porta sulla Terra, all’interno dell’atmosfera, la possibilità di volare soltanto attraverso la creazione di un vento ionico. Il vento ionico è ottenuto grazie alla generazione di plasma con una forte differenza di potenziale elettrico e senza parti in movimento.

    Aereo MIT propulsione al plasma vento ionico

    Il prototipo ha una massa di circa 2,268 kg comprensiva delle batterie al litio polimeriche ospitate nella fusoliera e un’estensione alare di cinque metri.

    La potenza del sistema elettrico di bordo è di 400 Watt, con differenze di potenziale – capaci di creare il vento ionico alla base della dinamica di volo – di 40.000 Volt.

    Il primo volo allo stato solido della storia

    Il primo volo della storia aeronautica mondiale di un aereo con propulsione al plasma, senza parti in movimento, avviene nella grande palestra del DuPont Athletic Center del Massachusetts Institute of Technology di Boston.

    Il volo del prototipo messo a punto dal professor Steven Barrett, direttore del Laboratorio per l’aviazione e l’ambiente del MIT, e dai suoi colleghi di diversi laboratori coinvolti nell’impresa, è lungo 60 metri -la massima lunghezza consentita dalla palestra – e viene ripetuto dieci volte con caratteristiche simili.

    Come funziona il prototipo del MIT

    Prpulsione al plasma descrizione aero MIT

    Il vento ionico che si dimostra capace di sostenere il volo del prototipo è ottenuto generando plasma grazie alla differenza di potenziale tra un primo filo caricato a +20.000 Volt e un secondo che invece è a -20.000 Volt.

    Questo permette di sottrarre elettroni alle molecole di azoto naturalmente presenti in atmosfera e di ionizzarle, inducendo la loro forte attrazione da parte dell’elettrodo negativo.

    Propulsore al plasma vento ionico

    Il flusso crea un vero e proprio vento ionico, capace di trasportare con sé le molecole d’aria con le quali entra in contatto nella migrazione. Le molecole d’aria vengono spinte verso il profilo alare e permettono l’ottenimento di una portanza e il volo dell’aereo.

    Clicca qui e leggi la pubblicazione originale sulla rivista scientifica Nature: Flight of an aeroplane with solid-state propulsion.

    Propulsione al plasma all’Institute of Technological Sciences di Wuhan in Cina

    La sfida per il raggiungimento della propulsione al plasma in atmosfera per uso aeronautico è stata raccolta immediatamente dai ricercatori di Wuhan in Cina.

    ITS Wuhan logo propulsione al plasma

    La megalopoli dello Hubei è diventata famosa nel mondo come luogo di origine della pandemia mondiale di Coronavirus.

    Si tratta di un centro di grande importanza dal punto di vista scientifico e tecnologico ed è sede dell’eccellente ITS – Institute of Technogical Sciences.

    Aerei jet senza combustibili fossili

    Il gruppo del professor Jau Tang dell’ITS di Wuhan punta su una soluzione completamente diversa rispetto a quella del MIT di Boston.

    In questo caso non si crea un vento ionico per sostenere il volo ma si ottiene un vero e proprio sistema con propulsione a getto, simile nella fisica del volo a quella degli aerei attuali turbo-jet.

    Il getto, quindi, è la vera chiave della tecnologia cinese. Questo perchè la potenza ottenuta, secondo la pubblicazione dei risultati a firma di Jau Tang, Dan Ye e Jun Li sulla rivista scientifica AIP Advances, è molto superiore a quella del prototipo americano.

    Propulsione al plasma getto su mano

    Confronto tra le soluzione MIT Boston vs Wuhan

    La soluzione del MIT, secondo i calcoli cinesi, garantisce una portanza di 6 N/kW e permette di raggiungere una pressione di 3 N/m2.

    Mentre la tecnologia sviluppata a Wuhan dimostra già nel prototipo una spinta di 10 Newton con 400 Watt di potenza, utilizzando un flusso d’aria di 0,5 litri/secondo.

    Questo corrisponde a ben 28 N/kW di forza di sollevamento, con una pressione jet di 24.000 N/m2.

    Con un maggiore flusso d’aria e una maggiore potenza delle microonde, la forza e la pressione ottenibili sono comparabili a quelle di un attuale turbogetto per aeroplani commerciali.

    Come funziona il prototipo di Wuhan

    Il sistema è costituito da un magnetron, cioè un generatore di onde elettromagnetiche simile nel principio a quello dei forni a microonde, da un compressore d’aria, da un alimentatore e da un tubo di quarzo all’interno del quale far sviluppare il getto al plasma.

    Propulsione al plasma schema Wuhan

    Completa la componentistica un sistema di accensione della fiamma, la cui lunghezza e luminosità varia con la potenza di generazione delle microonde.

    La spinta ottenuta è visualizzata nel filmato ed è misurata grazie al sollevamento di una sfera d’acciaio.

    Clicca qui e leggi la pubblicazione originale sulle rivista scientifica AIP Advances: Fossil fuel-free propulsion with air plasma.

    Prossimi passi verso l’aereo a zero emissioni

    La soluzione del MIT sta prendendo la strada dei droni, per riuscire a realizzare piccole macchine volanti analoghe nelle prestazioni a quelle attuali ma silenziose.

    Per quanto riguarda invece Wuhan, la sfida è nella misurazione delle prestazioni con sistemi di maggiore potenza. La temperatura della fiamma impone infatti soluzioni diverse alla semplice sfera d’acciaio per valutare il risultato ottenuto.

    Aerei verdi

    Ma la strada della propulsione al plasma è aperta. L’aereo del futuro non può che essere verde.

    Aereo ipersonico del futuro
  • Los Angeles lancia il suo Green New Deal

    A Los Angeles lo hanno chiamato Green New Deal ed è il piano che il sindaco della metropoli californiana, Eric Garcetti, ha presentato con un documento di 77 pagine.

    LOs Angeles Green New Deal plan

    Il Los Angeles Green New Deal Plan racchiude la visione per governare le risorse del territorio, le infrastrutture, l’urbanistica, i servizi e la mobilità. Tutto questo contemperando le esigenze dell’ambiente e della salute degli “angelenos” creando nuove occupazione.

    Los Angeles è stata sempre una città di sognatori e piena di intraprendenza, un luogo che accoglie il domani a braccia aperte e vede ogni nuova sfida come una possibilità per assicurarsi un futuro più luminoso per i nostri figli

    Ha scritto Garcetti sul documento che elenca tutti gli obiettivi di medio, lungo e lunghissimo termine per la Città degli Angeli. Nello spirito di uno stato come la California che ha sempre fatto dell’innovazione e dell’attenzione all’ambiente due veri e propri fiori all’occhiello.

    Investimenti e obiettivi

    Per avere un’idea della portata di questo piano basti sapere che entro il 2022 saranno spesi ben 8 miliardi di dollari solo per ammodernare la rete elettrica, per renderla più efficiente e soprattutto intelligente.

    Pronta così a supportare un piano di sviluppo per la ricarica delle auto elettriche (10 mila nuovi punti di ricarica pubblici entro il 2022 e 25 mila entro il 2028). La produzione domestica di energia verde creerà 45mila posti di lavoro sui 400mila in totale previsti da qui fino al 2050.

    Questo grazie alle tecnologie “verdi” e investimenti di 2 miliardi di dollari entro il 2035. Los Angeles sarà alimentata al 100% da energie rinnovabili entro il 2045, per le acque si approvvigionerà per il 70% in loco e sarà in grado di raccogliere le acqua piovane che cadono su una superficie di oltre 600 km quadrati. Nel 2050 tutti gli edifici saranno ad impatto zero, nel 2025 per la produzione di energia sarà eliminato il carbone e nel 2029 saranno dismesse 3 centrali a gas.

    Il sistema di trasporto

    Il sistema di trasporto, pubblico e privato, sarà capace di creare nel suo complesso fino a 788mila posti di lavoro e saranno spesi 860 milioni di dollari per il trasporto pubblico che sarà strutturato in modo che sia disponibile per ciascun abitante a non più di 10 minuti a piedi.

    Altri obiettivi sono la riduzione della percorrenza media per persona del 45% entro il 2050 e di avere sulle strade 5 milioni di veicoli in meno accorciando del 15% i tempi di spostamento.

    Nel 2028 tutti i taxi e la flotta pubblica saranno elettrici mentre nel 2050 lei prevede che lo siano tutte le auto in circolazione passando per il 25% del 2025 e l’80% del 2035.

    Nel 2050 solo l’8,5% delle Emissioni del 2015

    Il tutto per avere nel 2050 emissioni di CO2 pari all’8,5% di quelle del 2015 con benefici enormi sulla salute dei cittadini valutabile, in termini di spesa per la comunità, in un risparmio di 16 miliardi di dollari.

    Il piano va controcorrente rispetto alla linea federale impostata dal presidente Donald Trump. Ma la California si è sempre sentita forte e orgogliosa delle proprie idee, precorrendo i tempi e alimentando il mito tutto americano della frontiera.

    Ma sono molte le grandi città americane che cominciano a fare degli obiettivi ambientali la loro strategia di sviluppo (Clicca qui e LEGGI articolo Chicago solo rinnovabili dal 2035 e solo bus elettrici dal 2040).

    E da noi?

    Numeri e cifre impressionanti, che appaiono purtroppo anche prospettive impensabili per i nostri governanti, tantomeno per le nostre municipalità.

    Certo, forse ad esse mancano gli strumenti legislativi e di governo per progettare certi scenari.

    Ma ciò che appare è che alla base ci sia anche un rifiuto da parte della politica di appropriarsi di tematiche a lungo termine. Che sono invece fondamentali per le comunità.