Come la riduzione del peso degli aerei riduce i costi del carburante (e quali parti possono essere sostituite per ridurre il peso)

Per la maggior parte delle compagnie aeree il carburante rappresenta la spesa operativa più elevata e ogni chilo in più a bordo ne consuma di più.In un settore sotto pressione a causa delle tariffe, delle normative sulle emissioni sempre più restrittive e degli obiettivi di sostenibilità come l’obiettivo di zero emissioni nette entro il 2050 dell’IEA, la riduzione del peso è fondamentale per contenere i costi e mantenere la conformità (Agenzia Internazionale per l'Energia).

Le flotte devono perdere peso e aumentare la massa muscolare.

Compagnie aeree, produttori e consorzi di ricerca si sono tutti allineati, esplorando soluzioni come l'ammodernamento di materiali obsoleti, la riprogettazione della disposizione delle cabine e persino la riprogettazione dei flussi dei servizi igienici. Questo articolo esplora come la riduzione del peso degli aerei riduca i costi del carburante e le emissioni di carbonio, e quali componenti vengono alleggeriti per raggiungere questo obiettivo.

Il legame tra il peso dell'aereo e il consumo di carburante

Il rapporto è diretto e spietato: più pesante è l'aereo, più carburante gli serve per staccarsi da terra e restare in aria.Il peso aumenta il consumo di carburante e più carburante aggiunge più peso, in un ciclo composto che ingegneri e team operativi lavorano duramente per interrompere.

Un parametro di riferimento ampiamente citato mostra che per ogni calo dell'1% del peso dell'aereo, il consumo di carburante diminuisce di circa lo 0,75% (Metalli dinamici). Per un jet commerciale a lungo raggio, ciò può tradursi in 300.000 litri (~ 79.252 galloni) di carburante risparmiati all'anno, riducendo le emissioni di CO₂ di circa 750 tonnellate metriche (~ 827 tonnellate corte), con un risparmio sui costi di carburante per aereo di 475.000 dollari.

Anche il peso è rigidamente regolamentato per motivi di sicurezza. Il Manuale di Conoscenza Aeronautica del Pilota della FAA avverte che il sovraccarico o la cattiva gestione del peso e del bilanciamento dell'aeromobile possono ridurre la portanza, compromettere la velocità di salita, ridurre l'autonomia e persino rendere difficile l'atterraggio in sicurezza (FAA).

E poi c'è il peso del carburante stesso. La benzina per aviazione (Avgas) pesa circa 6-7 libbre per gallone, e il Jet A (carburante a base di cherosene) ancora di più (Sunoco,Foreflight). Ciò significa che aggiungere 30 galloni di carburante può aggiungere più peso di un passeggero adulto: il rifornimento diventa un calcolo di bilanciamento del peso (FAA).

Principali benefici della riduzione del peso

La riduzione del peso ha dei vantaggi tangibili, sia in termini economici che ambientali.

Dal punto di vista operativo, un aereo più leggero miglioraquasi ogni metrica di prestazione: rullate di decollo più brevi, angoli di salita più ripidi, velocità di crociera più elevate e velocità di stallo più basse.

Il peso in eccesso, tuttavia, riduce l'autonomia di volo, abbassa le altitudini massime e aumenta la velocità di atterraggio, tutti fattori che incidono negativamente sulle prestazioni e sulla sicurezza dell'aereo (FAA).

Dal punto di vista ambientale, ridurre il peso degli aeromobili è uno dei modi più semplici per ridurre le emissioni. Secondo Dynamic Metals, anche riduzioni minime del peso degli aeromobili comportano grandi vantaggi per l'ambiente. Una riduzione del peso dell'1% equivale all'eliminazione delle emissioni di 160 veicoli in circolazione all'anno (Metalli dinamici).

La riduzione del peso è inoltre in linea con gli obiettivi climatici globali. Il progetto CAELESTIS, finanziato nell'ambito del programma Horizon Europe dell'UE, si è impegnato a ridurre il consumo di carburante e le emissioni del 30% grazie a materiali e design leggeri.Progetto CELESTIAL). Questi miglioramenti aiutano l’aviazione a conformarsi al Green Deal europeo e all’accordo di Parigi, supportando al contempo la tabella di marcia più ampia dell’Agenzia internazionale per l’energia (AIE) verso emissioni nette zero entro il 2050 (Commissione Europea,Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici).

Parti e sistemi aeronautici sostituibili che riducono il peso

Materiali strutturali e componenti

Uno dei metodi più efficaci per ridurre il peso di un aereo è quello di cambiare i materiali che lo compongono.Metalli avanzati come le leghe di alluminio e litio possono ridurre il peso dei componenti fino al 10%, mentre il titanio sta sostituendo sempre più l'acciaio nel carrello di atterraggio e nelle parti del motore grazie al suo migliorato rapporto resistenza/peso (Metalli dinamici).

CAELESTIS è inoltre pioniera nell'uso di materiali compositi e prototipazione virtuale per costruire strutture più leggere e sicure. La tecnologia del gemello digitale consente agli ingegneri di simulare le prestazioni in tempo reale, ottimizzando i materiali per l'efficienza del peso in diversi scenari di volo senza sacrificare la durata.Progetto CELESTIAL).

Anche piccole sostituzioni, come l'utilizzo di cavi e connettori compositi, leghe AL-LI o vernici prive di cromati, possono far risparmiare centinaia di chili. Una presentazione di un workshop di Bombardier Aerospace ha illustrato come queste modifiche apparentemente insignificanti, combinate, possano ridurre il peso di oltre 3.000 libbre (Organizzazione internazionale per l'aviazione civile).

Interni e sistemi di cabina

Il design della cabina è una delle fonti di peso più trascurate e anche una dellepiù facileper ottimizzare. Le compagnie aeree stanno sostituendo i sedili tradizionali con opzioni leggere. Gli Airbus A350 di Iberia, ad esempio, utilizzano sedili Recaro ultraleggeri che migliorano significativamente il profilo ambientale dell'aereo (Settimana dell'aviazione,Recaro).

I carrelli per il servizio di bevande sono un altrosurprisingdissipatore di peso. La compagnia aerea giapponese All Nippon Airways (ANA) ha sostituito i suoi vecchi carrelli metallici con nuovi modelli leggeri, fino a 10 kg (22 libbre) più leggeri ciascuno. Con numerosi carrelli a bordo di un singolo Boeing 777-300ER, il risparmio di peso è stato di circa 580 kg (~1.270 libbre) per aereo. ANA stima che, in tutta la sua flotta, questo cambiamento da solo riduca il consumo di carburante di 5.700 tonnellate all'anno, eliminando l'equivalente di CO₂ di 17.500 piscine olimpioniche. In termini di costi, si tratta di un risparmio di 11,4 milioni di galloni di benzina all'anno, pari a 10,2 milioni di dollari in carburante (Tutte le compagnie aeree giapponesi).

Altri cambiamenti sono più piccoli ma sommati: la vernice senza cromati (-150 libbre), i tappeti più leggeri (-125 libbre) e i condotti dell'aria compositi (-11 kg) contribuiscono tutti a riduzioni significative (Organizzazione internazionale per l'aviazione civile,Settimana dell'aviazione).

Diehl Aviation sta addirittura progettando unità integrate di servizi igienici e cucina che consentono di risparmiare spazio e ridurre il peso, liberando spazio per altri 12 posti passeggeri e riducendo al contempo la massa strutturale in eccesso (Settimana dell'aviazione,Gruppo aeronautico Diehl).

Forniture di servizio e operative

Non tutti i risparmi di peso richiedono modifiche strutturali. A volte è importante cosa si porta a bordo e in che quantità.

Iberia ora adatta la quantità d'acqua imbarcata su ogni volo, riducendo il peso superfluo dovuto a serbatoi troppo pieni. I suoi A350 utilizzano un sistema che limita il flusso d'acqua del rubinetto del water a soli cinque secondi per utilizzo, rispetto ai 10 secondi dei modelli precedenti.Settimana dell'aviazione).

Il sistema di riutilizzo delle acque grigie di Diehl fa un ulteriore passo avanti. Ricicla l'acqua dai lavandini dei bagni per riutilizzarla negli sciacquoni dei WC, consentendo alle compagnie aeree di ridurre il carico di acqua dolce. Questa modifica offre un potenziale risparmio fino a 210 kg per volo a lungo raggio e quasi 90 tonnellate di emissioni di CO₂ all'anno per aeromobile (Settimana dell'aviazione,Gruppo aeronautico Diehl).

Anche i manuali digitali e le cabine di pilotaggio senza carta contribuiscono a ridurre il peso. ANA e Iberia hanno eliminato materiale stampato, riviste di bordo e manuali cartacei, sostituendoli con tablet e app per piloti ed equipaggio (Tutte le compagnie aeree giapponesi,Settimana dell'aviazione,Gruppo Iberia).

Innovazioni nella gestione del peso

Sebbene le sostituzioni di componenti hardware possano portare a rapidi risultati, le compagnie aeree e i produttori stanno investendo anche in altre strategie di gestione del peso a lungo termine.

I gemelli digitali e la prototipazione virtuale sono all'avanguardia. Questi strumenti simulano le prestazioni degli aeromobili in diverse condizioni reali, consentendo agli ingegneri di ottimizzare la progettazione strutturale, il posizionamento dei materiali e la distribuzione del carico senza sovradimensionare il velivolo per ogni scenario peggiore.

CAELESTIS utilizza questa tecnologia per ridurre il peso strutturale mantenendo la sicurezza, aprendo la strada ad aeromobili più resistenti e leggeri (Progetto CELESTIAL).

Un altro aspetto su cui concentrarsi è l'ottimizzazione del baricentro (CG). Volare con un baricentro arretrato riduce la resistenza al trim, che a sua volta riduce il consumo di carburante. Questo può essere ottenuto riprogettando le sequenze interne di consumo di carburante, spostando le attrezzature pesanti più indietro (verso la coda posteriore dell'aereo) o persino modificando la configurazione dei sedili dei passeggeri.Organizzazione internazionale per l'aviazione civile).

Una scienza dei materiali più intelligente sta inoltre consentendo all'industria aeronautica di spingersi oltre i limiti della riduzione del peso. Il settore aerospaziale sta esplorando leghe autoriparanti, metalli ultraleggeri che competono con i compositi e materiali intelligenti che rispondono alle condizioni di volo. Queste innovazioni potrebbero prolungare la durata dei componenti, ridurre i tempi di fermo per manutenzione e i cicli di riparazione e offrire migliori risultati di riciclo a lungo termine.Metalli dinamici,Reuters).

Casi di studio reali

Il risparmio di peso può sembrare esiguo, ma se rapportato a più flotte, i risultati sono enormi.

Southwest Airlines ha ristrutturato gli interni delle cabine e ha risparmiato 6 milioni di galloni di carburante in un anno. Si tratta di un risparmio di circa 36 milioni di dollari all'anno (Southwest Airlines Un rapporto).

Adottando misure ecologiche simili, la United Airlines ha riciclato oltre 700 fondi di sedili, 900 schienali di sedili e 1.000 poggiatesta trasformandoli in beni di consumo, risparmiando 3,4 milioni di galloni di acqua ed evitando centinaia di libbre di rifiuti da smaltire in discarica (Settimana dell'aviazione).

American Airlines ha adottato un approccio multidisciplinare: sedili più leggeri, nuovi sistemi frenanti, scorte di ghiaccio ridotte al minimo e verniciature ancora più leggere. Insieme, queste misure consentono di risparmiare 12,4 milioni di galloni di carburante all'anno (circa 74,4 milioni di dollari in costi del carburante) ed eliminare 117.800 tonnellate di emissioni di CO₂ (Settimana dell'aviazione,Rapporto ambientale, sociale e di governance di American Airlines).

Inoltre, LATAM Airlines si è impegnata a rimuovere tutta la plastica monouso, prevedendo di tagliare oltre 1.000 tonnellate all'anno, e Air Canada partecipa al riciclaggio e alla ridistribuzione su larga scala di kit di cortesia, coperte e uniformi inutilizzati (Settimana dell'aviazione,LATAM Airlines,Centro media di Air Canada).

Sfide e compromessi

Nonostante gli evidenti benefici, la riduzione del peso comporta dei compromessi. Il più ovvio: i costi iniziali.Metalli avanzati come il titanio o le leghe di alluminio e litio sono significativamente più costosi dei materiali tradizionali. Sebbene questi investimenti si ripaghino nel tempo grazie al risparmio di carburante e alla minore manutenzione, il prezzo iniziale può rappresentare un ostacolo, soprattutto per le compagnie aeree più piccole che operano con margini ridotti.Metalli dinamici).

Esistono anche sfide operative. Quando ANA ha introdotto carrelli di servizio più leggeri, il baricentro è stato alterato, influenzando la manovrabilità dei carrelli. Di conseguenza, una modifica anche minima come i nuovi carrelli per bevande ha richiesto la riqualificazione del personale e adeguamenti del lavoro.All Nippon Airways). Anche il peso delle posate e dei tessuti dei sedili può alterare leggermente l'equilibrio di un aereo, aumentando potenzialmente la resistenza di assetto o compromettendone la stabilità.

Anche i vincoli normativi possono bloccare alcune innovazioni. Ad esempio, la sostituzione dei tergicristalli con rivestimenti antipioggia potrebbe ridurre il peso di 11 kg per aereo, ma questo miglioramento dell'efficienza dipende dagli aggiornamenti delle normative FAA (Organizzazione internazionale per l'aviazione civile).

Infine, l’esperienza del passeggero non può essere ignorata.Le compagnie aeree devonobilanciasostenibilità con comfort e aspettative del marchio. Iberia, ad esempio, è passata alle riviste digitali ma ha comunque scelto di mantenere i menu stampati, sapendo che non tutti i passeggeri sono viaggiatori che privilegiano il digitale (Settimana dell'aviazione).

Il futuro della riduzione del peso degli aerei

La riduzione del peso degli aeromobili non è un'iniziativa una tantum. È sia un processo che una strategia, in continua evoluzione per soddisfare le esigenze ambientali, governative e di mercato. Pertanto, la riduzione del peso è integrata in ogni fase del ciclo di vita, sia di progettazione che operativo.

I progressi futuri arriveranno probabilmente dai materiali di nuova generazione che non sono solo più leggeri, ma anche più intelligenti: si pensi alle leghe che reagiscono allo stress, ai compositi che si rigenerano da soli e ai metalli riciclati che mantengono comunque le massime prestazioni.

I produttori come quelli coinvolti nel progetto CAELESTIS stanno inoltre integrando l'ingegneria digitale in ogni componente, testando i progetti virtualmente per progettare una distribuzione ottimale del peso e un utilizzo minimo di materiali (Progetto CELESTIAL).

Anche l'ammodernamento delle flotte esistenti sarà fondamentale. Winglet, interni più leggeri e avionica aggiornata sono tutte soluzioni valide per gli aerei più vecchi. E con la rendicontazione della sostenibilità sempre più integrata nelle strategie ESG aziendali, le compagnie aeree che ignorano la riduzione del peso dovranno affrontare costi maggiori.E rischi reputazionali.

Per ottenere la massima riduzione del peso dell'aereo,catena di fornituraLa collaborazione è fondamentale, e si basa sulla creazione da parte dei fornitori di componenti più ecosostenibili, dai sedili dei passeggeri ai dispenser di sapone. Le compagnie aeree, quindi, potranno effettuare sostituzioni che consentano di risparmiare peso in tempi più rapidi e a costi inferiori.

Guardando avanti

La riduzione del peso degli aeromobili non riguarda solo una migliore aerodinamica, un design più elegante e leghe metalliche avanzate. Si tratta di trovare e integrare tutti i modi possibili per aiutare gli aeromobili a perdere chili in eccesso.Ogni oncia risparmiata riduce i costi del carburante, abbassa le emissioni e protegge le flotte in futuro dalle normative climatiche sempre più restrittive.

Dalle innovazioni nella scienza dei materiali alla rivisitazione del flusso dell'acqua nei servizi igienici di un aereo, l'industria aeronautica sta dimostrando che la strada verso la sostenibilità è lastricata di piccole conquiste, passo dopo passo. Che si tratti di nuovi sedili in materiale composito, materiali di cabina riciclati o carichi di volo ottimizzati, ogni piccola decisione si traduce in enormi vantaggi ambientali ed economici.

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