Il Soffiante di Ricircolo di Busch Vacuum Solutions supporta il primo aereo a idrogeno della Svizzera.

Secondo i dati del Centro aerospaziale Tedesco, nel 2024 sono decollati oltre 36 milioni di voli, rendendo il traffico aereo responsabile di circa il 2,1% delle emissioni globali di CO₂. Ciò equivale all'incirca alle emissioni annue totali di un Paese come la Germania. Per ridurre l'impatto climatico dell'aviazione e rendere i viaggi aerei significativamente più ecologici in futuro, sono necessarie nuove tecnologie. Per la loro ricerca vengono utilizzate le soluzioni del vuoto di Busch.

Un rapporto dell'Ufficio di Valutazione della Tecnologia del Bundestag Tedesco (TAB) identifica i combustibili sostenibili come l'area più importante per l'innovazione a breve termine, poiché il consumo di carburante è il principale fattore determinante dell'impatto climatico dell'aviazione.

In particolare, l'idrogeno offre un grande potenziale come carburante pulito per l'aviazione. Il rapporto del TAB osserva, tuttavia, che lo stoccaggio dell'idrogeno sugli aeromobili impone sfide tecniche, poiché richiede grandi serbatoi isolati a meno 253 gradi Celsius di peso certamente non trascurabile. Superare questi ostacoli richiederà una ricerca continua e l'avanzamento tecnologico degli aeromobili e delle infrastrutture odierne.

Partendo da questo spirito innovativo, un gruppo di studenti svizzeri, organizzato nell'associazione Cellsius, ha sviluppato un piccolo aeromobile alimentato esclusivamente a idrogeno. Cellsius è un'organizzazione no profit fondata nel 2022 dedicata alla ricerca sull'aviazione sostenibile. Gli studenti dell'ETH Zurigo possono utilizzare l'ultimo anno del loro corso di laurea per applicare il know-how ingegneristico teorico acquisito all'esempio pratico di un aeromobile reale.

Durante questo periodo, hanno sviluppato l'H2-Sling, un aereo che funziona a idrogeno nella sua forma gassosa. L'efficiente ricircolo dell'idrogeno è reso possibile da un soffiante ricircolo MINK MH, donata da Busch Vacuum Solutions all'ETH di Zurigo come supporto al progetto di ricerca e al progresso tecnologico.

Il primo aereo a idrogeno in Svizzera

L'aereo stesso è alimentato da un sistema celle a combustibile da 100 kilowatt di potenza. In una cella a combustibile, una reazione elettrochimica tra idrogeno e ossigeno libera elettricità e calore. La cella è composta da due elettrodi separati da una membrana elettrolitica: un anodo e un catodo. La membrana è responsabile del trasporto degli ioni.

L'idrogeno entra sul lato dell'anodo. Le molecole di idrogeno vengono suddivise in protoni ed elettroni. I protoni di idrogeno si diffondono attraverso la membrana fino al catodo, dove reagiscono con l'ossigeno dell'aria ambiente per formare acqua, rilasciando quindi energia. Questa energia viene utilizzata dal motore elettrico per fornire potenza all'elica dell'aereo.

Poiché l'acqua è l'unico sottoprodotto della reazione, durante il volo non vengono emessi nell'atmosfera gas serra dannosi per il clima. L'idrogeno stesso è immagazzinato in due serbatoi sotto le ali dell'aereo, ciascuno di capacità 2,6 kg. Poiché l'idrogeno ha un'elevata densità di energia, l'aeromobile è in grado di volare per 200 chilometri, pari a circa due ore di volo. Il lancio e la prima presentazione pubblica dell'aereo hanno avuto luogo nell'ottobre 2025. L'aeromobile è ora in attesa di certificazione da parte dell'Ufficio Federale dell'Aviazione Civile in Svizzera, affinché il primo volo di prova possa avere luogo nella primavera del 2026. L'obiettivo finale: un volo sulle Alpi.

Le pompe MINK MH di Busch garantiscono un ricircolo efficiente

Affinché la cella a combustibile funzioni in modo affidabile, l'idrogeno e l'alimentazione d'aria devono essere controllati attentamente per sostenere la reazione chimica. La soffiante ricircolo MINK MH di Busch garantisce che l'idrogeno non reattivo non venga sprecato, ma riutilizzato in modo efficiente.

Ecco come funziona: l'idrogeno proviene dai serbatoi ad alta pressione situati sotto le ali. Per garantire una reazione chimica stabile nella cella a combustibile, viene alimentata una quantità di idrogeno superiore a quella effettivamente necessaria. In questo modo si evita la "carenza di carburante" locale, un effetto che si verifica quando non c'è abbastanza reagente nella cella, con conseguente arresto del ciclo di reazione.

A causa dell'alimentazione in eccesso, dopo il completamento della reazione rimane ancora idrogeno. Se non si utilizzasse questo residuo, sarebbero necessari serbatoi ancora più grandi per trasportare l'idrogeno necessario al mantenimento della reazione, aggiungendo peso all'aereo e riducendone le prestazioni. Per massimizzare il tempo di volo e l'autonomia, l'idrogeno inutilizzato deve quindi essere ricircolato.

Soffiante ricircolo sviluppata appositamente per celle a combustibile

A tal fine il reagente deve essere riportato dall'uscita dell'anodo della cella a combustibile al suo ingresso. È qui che entra in gioco la pompa per vuoto MINK MH di Busch: due rotori a forma di uncino si muovono in direzioni opposte all'interno dell'alloggiamento del compressore. Grazie alla rotazione di questi rotori a camme, l'idrogeno viene aspirato all'interno, compresso e quindi riconvogliato all'anodo della cella a combustibile, dove si miscela con l'idrogeno fresco proveniente dal serbatoio. In questo modo, il ciclo di reazione può continuare ininterrottamente. Il riutilizzo dell'idrogeno non reattivo riduce al minimo il consumo di carburante e consente di risparmiare risorse.

MINK MH è una soffiante ricircolo certificata TÜV sviluppata appositamente per l'uso nelle celle a combustibile. "Busch è uno dei pochi fornitori che offre soluzioni per celle a combustibile a idrogeno. Abbiamo già avuto ottime esperienze con la versione più piccola della MINK MH, che abbiamo installato in un circuito di test", afferma Andres Neff, responsabile tecnico del progetto H2-Sling. "Tutto ha funzionato perfettamente nel sistema di test e la soffiante è molto facile da usare. Siamo stati quindi molto felici di poter utilizzare la versione più grande della soffiante per il nostro progetto."