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La rotta verso la decarbonizzazione dell'aviazione civile

Tempo di lettura: 13 mins
aereo in fase di atterragio

Dopo la pandemia il traffico aereo commerciale ha ripreso a crescere a ritmo sostenuto, raggiungendo già nel 2022 l’80% dei livelli pre-pandemici. Sebbene le emissioni di CO2 causate dall’aviazione siano solo il 2,5% delle emissioni antropogeniche, va tenuto conto che circa l’80% della popolazione mondiale non ha mai volato, dunque governi e compagnie aeree stanno iniziando ad affrontare il tema della decarbonizzazione dell’aviazione

Photo by John McArthur on Unsplash

Secondo il sito Flight Radar il 6 luglio 2023, con 134.386 voli, è stato il giorno più trafficato nella storia dell'aviazione commerciale. Il dato ha acceso il dibattito sul tema della decarbonizzazione dell’aviazione civile: ma quanto incide il traffico aereo sulle emissioni di CO2 e quali sono le soluzioni per decarbonizzare il settore?

Le emissioni di CO2 dell’aviazione civile

Le emissioni del trasporto aereo sono aumentate nel 2022 fino a raggiungere quasi l’80% del picco pre-pandemico registrato nel 2019. Dopo essere aumentate in media del 2,3% all’anno dal 1990 al 2019, le emissioni dirette di CO2, derivanti dall’uso dei combustibili fossili, sono crollate da oltre 1.000 Mt CO2 del 2019 a meno di 600 Mt CO2 nel 2020 a causa della pandemia di Covid. Con la ripresa della domanda nel 2022, le emissioni sono aumentate in tutto il mondo a eccezione della Cina, a causa della politica zero-Covid, e della Russia, a causa dell’invasione dell’Ucraina, raggiungendo quasi 800 Mt di CO2. Si prevede che le emissioni di CO2 cresceranno rapidamente e supereranno il livello del 2019 intorno al 2025.

Emissioni di CO2 nell'aviazione nello scenario net zero 2000-2030

Emissioni di CO2 nell'aviazione nello scenario net zero 2000-2030. Fonte IEA

Secondo i dati disponibili sul sito dell’Agenzia europea dell'ambiente (EEA), nel 2019, ultimo anno non influenzato dall’effetto della pandemia disponibile, le emissioni di CO2 dovute all’aviazione internazionale incidono per il 4% sulle emissioni complessive di CO2 dell’Unione Europea.

Emissioni di CO2 per settore nel EU-27 nel 2019

Emissioni di CO2 per settore nel EU-27 nel 2019. Fonte Agenzia europea dell'ambienteLe percentuali sono state calcolate utilizzando i dati per settore, relativi al 2019, al netto delle emissioni negative del Land Use, Land-Use Change and Forestry.

Anche focalizzando l’analisi solo al settore dei trasporti, si può osservare come il peso dell’aviazione civile sia tutto sommato basso rispetto al trasporto su gomma. Secondo dati dell’agenzia europea dell’ambiente, l’aviazione civile nel 2019 ha contribuito solo per il 13,4% alle emissioni di gas serra di tutto il comparto trasporti.

Emissioni prodotte dai trasporti nell'UE. Ripartizione delle emissioni di gas serra per modalità di trasporto nel 2019

Emissioni prodotte dai trasporti nell'UE. Ripartizione delle emissioni di gas serra per modalità di trasporto nel 2019. Fonte Parlamento europeo

A livello globale le emissioni dell’aviazione pesano per circa il 2,5% sulle emissioni totali. Va tuttavia considerato che, sebbene le emissioni prodotte dall’aviazione siano modeste rispetto alle emissioni totali, esse sono prodotte da una piccola fetta della popolazione. Secondo alcune stime non ufficiali, infatti, oltre l’80% della popolazione mondiale non ha mai volato.

Le emissioni sono cresciute nonostante tra il 2010 e il 2019 sia cresciuta anche l’efficienza dei veicoli dell’1,8% all’anno. Tuttavia, nello stesso periodo la domanda di carburante è contestualmente aumentata di oltre il 5% all’anno. Sono dunque necessarie molteplici misure per portare il livello di emissioni, attualmente in aumento, al di sotto di 1.000 Mt di CO2 entro il 2030, in linea con lo scenario Emissioni nette zero (NZE) elaborato dall’Agenzia internazionale dell’energia (IEA).

Le emissioni di CO2 non sono l’unico problema: infatti, un aereo in volo emette anche ossidi di azoto NOx, vapore acqueo e aerosol di solfati. Uno studio pubblicato nel 2021 ha evidenziato come la sola aviazione sia stata responsabile del 3,5% del riscaldamento totale registrato nel 2011, ma circa due terzi del riscaldamento causato dall'aviazione non era dovuto alle emissioni di CO2.

Le scie di condensazione, che si formano durante il volo, causerebbero l'aumento della nuvolosità, in particolare favorendo la formazione di cirri. Secondo gli autori dello studio, questi sarebbero il principale fattore che contribuisce al riscaldamento causato dall’aviazione, seguito dalle emissioni di CO2 e di NOx, mentre l’aerosol di solfati avrebbe un effetto refrigerante. Vanno inoltre considerate le reazioni chimiche che avvengono tra i gas emessi e quelli già presenti in atmosfera. Per esempio, le emissioni di NOx causano cambiamenti fotochimici che da una parte aumentano la formazione globale di ozono, contribuendo al riscaldamento, dall’altra riducono l'abbondanza di metano, svolgendo in quest’ultimo caso un effetto refrigerante. Tuttavia, la somma netta di tutti questi effetti contribuirebbe al riscaldamento globale.

Combustibili alternativi per la decarbonizzazione dell'aviazione

L’Organizzazione per l’aviazione civile internazionale (ICAO) classifica i combustibili alternativi, ovvero quelli non derivati dai fossili, in due categorie: combustibili drop-in e combustibili non drop-in. I primi sono combustibili sintetici che possono essere utilizzati sia nelle infrastrutture sia sugli aeromobili attuali con lievi modifiche alle apparecchiature di erogazione del carburante. I carburanti non drop-in non sono compatibili con gli attuali aeromobili e richiedono modifiche alle infrastrutture di rifornimento di carburante.

I combustibili drop-in sono a loro volta divisi in due categorie: i carburanti sostenibili per l'aviazione, sustainable aviation fuels (SAF), categoria che comprende carburanti derivati da rifiuti, e-fuel e biocarburanti, e i lower carbon aviation fuel ,ossia carburanti a basse emissioni di carbonio per l’aviazione. Questi ultimi sono sempre combustibili ottenuti da fonti fossili, ma il cui processo di produzione consente di ridurre la quantità di CO2 lungo tutto il ciclo di vita, dall’estrazione sino all’utilizzo su un aeromobile. Ciò può essere ottenuto, per esempio, utilizzando idrogeno verde e catturando la CO2 durante la raffinazione.

Attualmente, la domanda di carburante per l’aviazione è dominata dal cherosene per aerei, mentre i SAF rappresentano meno dello 0,1% dei carburanti utilizzati. I produttori e gli operatori stanno testando sempre più spesso voli interamente alimentati con il SAF. Tuttavia, stando con l’attuale capacità di produzione pianificata si riuscirà a soddisfare solo l’1-2% della domanda di carburante per aerei entro il 2027. L’aumento dell’uso di SAF nell’aviazione al 10% entro il 2030, previsto dallo scenario Net Zero, richiederà un significativo aumento degli investimenti nella capacità di produzione e politiche di sostegno economico.

I crescenti annunci di accordi di acquisto di SAF tra fornitori di carburante e compagnie aeree hanno segnato un netto aumento del volume contrattuale da 9 miliardi di litri nel 2021 a 22 miliardi di litri nel 2022. La consegna di molti dei volumi oggetto dei contratti è prevista dopo il 2025 per permettere la realizzazione degli impianti necessari.

Motori a idrogeno ed elettrici per l’aviazione

L’idrogeno può essere utilizzato tramite combustione diretta nei motori a reazione o nelle celle a combustibile per generare elettricità per i motori elettrici, o una combinazione dei due. Tuttavia, l’utilizzo dell’idrogeno negli aerei pone sfide significative, tra cui la necessità di sviluppare metodi innovativi per lo stoccaggio e la consegna del carburante, e la realizzazione di serbatoi criogenici leggeri e a basso costo. Secondo International Council on Clean Transportation entro il 2050 gli aerei a idrogeno avranno probabilmente un’autonomia massima inferiore a 3.400 km e potrebbero servire circa un terzo (dal 31 al 38%) di tutto il traffico aereo passeggeri. Si consideri però che, secondo alcune stime, una sostituzione compresa tra il 20 e il 40% della flotta aerea con aerei a idrogeno da qui al 2050 avrebbe solo l’effetto di rallentare la crescita delle emissioni di CO2.

Crescita delle emissioni di CO2 in tre scnari di utilizzo di aerei a idrogeno

Il grafico mostra come varia la crescita delle emissioni di CO2 al crescere della flotta di aerei a idrogeno. Anche se la flotta aerea dovesse essere costituita al 40% da aeromobili a idrogeno le emissioni di CO2 continuerebbero a crescere. Fonte International Council on Clean Transportation

Inoltre, va tenuto conto di alcuni limiti. Infatti, rispetto agli aerei a combustibile fossile, gli aerei con motore a idrogeno saranno più pesanti, e meno efficienti. In più, secondo le previsioni, il rifornimento con idrogeno verde costerà più del carburante fossile, ma meno dell’utilizzo del cherosene sintetico (e-fuel) e dell’idrogeno blu.

All'inizio del 2023 si sono svolti voli di prova per aeromobili dotati di motori elettrici alimentati a celle a combustibile. ZeroAvia, azienda anglo-americana, ha realizzato un aereo da 19 posti dotato di un motore elettrico alimentato a idrogeno. Anche le dimostrazioni di sistemi di propulsione alternativi sono progrediti dalla fine del 2022 in poi. Il programma ZEROe di Airbus ha prodotto un prototipo di serbatoio criogenico per il trasporto di idrogeno liquido a temperature estremamente basse (-253° C). Rolls-Royce e easyJet hanno testato la combustione dell'idrogeno per far funzionare un motore a reazione di un aereo regionale appositamente modificato. Avio Aero ha lanciato un’iniziativa per lo sviluppo delle tecnologie che abilitano la propulsione ibrido-elettrica per l’aviazione civile. Il progetto ha come fine la realizzazione di un dimostratore in cui un motore a turboelica termico, alimentato con combustibile, viene integrato con un motore elettrico alimentato da celle a combustibile a idrogeno.

Dimostratore di AvioAero con un motore turboelica termico integrato da un motore elettrico alimentato con celle a idrogenoDimostratore realizzato da AvioAero in cui un motore turboelica termico viene integrato da un motore elettrico alimentato con celle a combustibile a idrogeno. Fonte AvioAero

La propulsione elettrica a batteria è attualmente limitata a velivoli molto piccoli e a corto raggio. Gli aerei elettrici a batteria non hanno emissioni dirette, i costi operativi e di manutenzione sono potenzialmente molto inferiori e causano un inquinamento acustico molto basso. Tuttavia, l’attuale densità energetica e il peso delle batterie limitano l’autonomia dei voli elettrici a batteria e le dimensioni dell’aereo. Nel settembre 2022 Eviation ha effettuato un volo di prova del suo aereo elettrico da 9 posti, con un'autonomia di volo massima di circa 450 km. Se tutto procede secondo i piani, i primi aerei elettrici saranno consegnati già nel 2027. Tra le compagnie che hanno scelto questo tipo di velivoli c’è l’azienda di servizi logistici DHL e la compagnia aerea di bandiera neozelandese Air New Zealand.

Il successo degli aerei elettrici dipenderà in gran parte dall’evoluzione tecnologica delle batterie. La densità energetica delle attuali batterie agli ioni di litio è di circa 200 Wh/kg, ma per i voli a corto raggio superiori a 1.000 km, sarebbe necessaria una densità energetica di almeno 800 Wh/kg.

Sul fronte delle infrastrutture aeroportuali, Airbus e ArianeGroup stanno lavorando alla costruzione del primo impianto di rifornimento di idrogeno liquido per aeromobili ZEROe presso l'aeroporto Blagnac di Tolosa, in Francia e dovrebbe essere operativo entro il 2025.

In Italia, l’ENEA ha avviato una linea di ricerca per sviluppare e-fuel per l’aviazione. L’iniziativa, che prevede anche la progettazione di un impianto pilota da realizzare in collaborazione con il Politecnico di Milano, si inquadra nell’ambito del Piano Operativo di Ricerca (POR) sull’idrogeno rinnovabile coordinato da ENEA per affrontare diverse sfide tecnologiche, dalla produzione e stoccaggio di idrogeno verde alla distribuzione e agli usi finali.

Provvedimenti normativi e incentivi per la decarbonizzazione dell’aviazione

Nel 2022, i 184 stati membri dell’ICAO hanno fissato come obiettivo il raggiungimento delle emissioni nette zero entro il 2050. Tuttavia, si tratta di un obiettivo non vincolante per i paesi: infatti, non sono stati fissati obiettivi di riduzione su base nazionale; piuttosto lascia ai singoli stati la possibilità di contribuire al raggiungimento dell’obiettivo, in base del proprio contesto economico, tecnologico e sociale.

Nel 2022 gli Stati Uniti, con la promulgazione dell’Inflation Reduction Act, hanno annunciato l’introduzione di crediti d’imposta e un programma di sovvenzioni da 3,3 miliardi di dollari per aumentare la produzione di SAF, con l’obiettivo di raggiungere il traguardo di 3 miliardi di galloni entro il 2030 e di 35 miliardi di galloni entro il 2050.

Il Regno Unito, con la strategia Jet Zero, si è impegnato affinché l’aviazione nazionale e tutti gli aeroporti raggiungano emissioni nette zero entro il 2040. Il piano prevede che, entro il 2030, il cherosene sia miscelato per almeno il 10% con combustibili SAF e di avere almeno 5 impianti per la produzione di SAF sul proprio territorio nazionale entro il 2025. Inoltre, è stato istituito un fondo, l’Advanced Fuels Fund, da 165 milioni di sterline per finanziare progetti innovativi per la produzione di SAF.

Nel 2022 il Giappone ha proposto una legislazione che impone che i SAF debbano rappresentare il 10% del carburante per aerei entro il 2030. Nello stesso periodo anche l’Amministrazione dell’aviazione civile cinese ha fissato l’obiettivo di aumentare l’uso dei SAF e ridurre l’intensità delle emissioni di gas serra.

Per quanto riguarda l’Unione Europea nel 2023, con l'iniziativa ReFuelEU Aviation, il Parlamento Europeo e il Consiglio hanno raggiunto un accordo sulle regole per la decarbonizzazione dell'aviazione. Le nuove norme richiedono ai fornitori di carburante di miscelare i SAF con cherosene in quantità crescenti, iniziando dal 2% a partire dal 2025 e raggiungendo il 70% entro il 2050.

Decarbonizzazione dell'aviazione: percentuale minima di carburanti sostenibili che devono essere erogate negli aeroporti europei dal 2025 al 2050 secondo ReFuelEU

L'iniziativa UE ReFuelEU prevede che gli aeroporti europei dal 2025 al 2050 aumentino progressivamente la percentuale di combustibili sostenibili erogata. L'infografica indica la percentuale minima di combustibile sostenibile che deve essere erogata ogni anno. Fonte Consiglio europeo 

Secondo alcune stime questo provvedimento dovrebbe ridurre le emissioni di CO2 di circa due terzi entro il 2050. Il cherosene può essere miscelato con biocarburanti, escludendo quelli derivanti da colture alimentari e foraggere, carburanti derivanti da carbonio riciclato e i carburanti sintetici per l’aviazione, ossia gli e-fuel di cui si era già parlato in questo articolo. In più, i voli in partenza dagli aeroporti dell'UE devono fare rifornimento solo con il carburante necessario per il volo, per evitare emissioni legate al peso extra del combustibile stesso.

Inoltre, con un atto delegato pubblicato il 5 aprile 2023 il trasporto aereo e navale entrano nella tassonomia verde europea. Il documento, tra le altre cose, dà il via libera alla produzione di aeromobili con emissioni zero di CO2 o con emissioni inferiori ai limiti fissati per i nuovi aerei dall’ICAO. Dal 2028, tutti questi aerei dovranno anche essere in grado di funzionare con carburanti sostenibili. Se da una parte questo provvedimento avrebbe come obiettivo quello di tagliare le emissioni generate dall’aviazione, incentivare la produzione di carburanti sostenibili e la ricerca di nuove tecnologie, dall’altra ha sollevato alcune obiezioni tra le ONG. Secondo l’ONG Transport & Environment, i criteri indicati dalla tassonomia verde europea sarebbero già soddisfatti dal 90% del portafoglio ordini attuale di Airbus e da quasi un terzo della flotta futura di Ryanair; dunque, si tratterebbe di parametri troppo morbidi che finirebbero per prolungare ulteriormente la vita dei combustibili fossili.

A livello nazionale, un provvedimento che ha fatto molto discutere lo ha varato la Francia. Il 23 maggio 2023 è stato pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale un decreto che vieta i voli a corto raggio per le destinazioni raggiungibili con 2 ore e mezza di treno. Tuttavia, alcune voci critiche evidenziano la limitata portata del provvedimento a causa dei numerosi vincoli inseriti. Per esempio, affinché un volo di linea possa essere soppresso, la legge prevede che il collegamento tra le due stazioni debba avvenire senza cambi ed essere disponibile più volte al giorno a orari adeguati, per un minimo di otto ore di attività quotidiana durante tutto l’anno. Le rotte che rispettano questi e altri criteri sono solo tre, tra le città di Parigi-Orly, Nantes, Lione e Bordeaux, dove i collegamenti aerei non sono attivi già dal 2020.

Le iniziative delle compagnie e degli aeroporti per la decarbonizzazione dell’aviazione

A richiedere all’UE politiche a sostegno della decarbonizzazione del comparto aereo ci sono anche diversi stakeholder del settore, tra cui ACI Europe, Airlines for Europe, l’ente di controllo del traffico aereo CANSO e l’associazione regionale dei vettori ERA, che hanno lanciato nel 2021 l’iniziativa Destination 2050 – A Route to Net Zero European Aviation. Il documento punta su quattro elementi chiave: miglioramenti sostanziali nelle tecnologie degli aeromobili e dei motori; uso di combustibili sostenibili per l’aviazione; introduzione di misure economiche ad hoc che favoriscano le aziende del settore; miglioramenti nella gestione del traffico aereo. Secondo recenti stime, per raggiungere questi obiettivi le compagnie dovrebbero sostenere un investimento di 800 miliardi di euro in più, rispetto a quelli già previsti, entro il 2050.

Anche sul fronte degli aeroporti si inizia a registrare qualche iniziativa. L’aeroporto di Amsterdam-Schiphol, nei Paesi Bassi, ha annunciato lo scorso 4 aprile che eliminerà i voli notturni, per ridurre l’inquinamento acustico, e vieterà i voli con jet privati entro la fine del 2025 per ridurre le emissioni di CO2. Per dare un ordine di grandezza, i voli notturni sull’aeroporto della capitale olandese sono 10 mila all’anno. Inoltre, sempre l’aeroporto stima che le emissioni di CO2 per passeggero di un jet privato siano circa 20 volte superiori rispetto a un volo commerciale. Circa il 30-50% di questi voli con jet privati ​​sono diretti verso destinazioni turistiche come Ibiza, Cannes e Innsbruck, per le quali sono già disponibili voli di linea.

Il tema dei jet privati riguarda da vicino anche l’Italia visto che, con i suoi 55.624 voli privati nel 2022, siamo al quarto posto nella classifica dei paesi europei, e al terzo posto fra i paesi UE, per numero di voli con jet privati. Se si considera che a livello europeo nel 2022 i voli con jet privati sono stati 572.806, vuol dire che circa uno su dieci era italiano.

 

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