Scenari EoE -Electrification of Everything: il caso aeroporti

Le tecnologie stanno dando forma alla prossima generazione di trasporti aerei e terrestri, trasformando le condizioni operative e contribuendo a ridurre significativamente l’impatto ambientale. Il tutto va studiato con attenzione, bilanciando la spinta verso un futuro completamente elettrificato con le esigenze di resilienza energetica per i tempi – e i climi – che stiamo affrontando.

Italia | mercoledì 3 aprile 2024
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Gli aeroporti sono grandi consumatori di energia, per la gestione della attività e le esigenze dei terminal: sistemi di raffrescamento, display, scale mobili, nastri trasportatori di persone e bagagli, ascensori, negozi, ristoranti. Oggi l’aviazione rappresenta circa il 2% delle emissioni di carbonio e il 3,5% dei fattori che possono influenzare i cambiamenti climatici [1]. L’obiettivo minimo è adottare misure per ridurre le emissioni e raggiungere la neutralità emissiva entro il 2050 [2], con alcuni aeroporti e vettori aerei impegnatisi a raggiungere l’obiettivo zero entro il 2030.

Espansione e sostenibilità

Agli aeroporti di tutto il mondo viene oggi richiesto di progredire su un percorso più attento all’ambiente, quindi più efficiente dal punto di vista energetico. In tale senso, l’attenzione alle pratiche energetiche sostenibili, con una crescente enfasi sulle energie rinnovabili, va inquadrata negli sforzi complessivi di pianificazione energetica degli aeroporti.
L’elettrificazione è una strategia essenzale: riduce la dipendenza dai combustibili fossili, migliora la salute pubblica e accelera i progressi per raggiungere l’obiettivo generale di azzeramento delle emissioni nette di carbonio entro il 2050. Essa é in grado di combinare gli sforzi di espansione intesi a supportare l’aumento del numero di passeggeri, con iniziative per ridurre l’impronta di carbonio: si tratta di sfide apparentemente opposte, ma che una attenta programmazione può rendere compatibili e convergenti.

L’elettrificazione dei servizi aeroportuali é uno degli elementi centrali di una strategia pronta al futuro da predisporre, mediante studi volti a determinare come sfruttare le risorse energetiche disponibili e future per ottenere una maggiore efficienza, per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e generare nuove fonti di reddito. E’ una strategia che richiede uno sguardo attento alle pratiche di gestione dell’energia e valutare come gestire meglio l’uso e la produzione elettrica in loco. Tanto per cominciare, si tratta di analizzare capacità e resilienza delle reti di distribuzione elettrica esistenti, elemento che può risultare critico per ogni sviluppo.

Cambiamenti di scenario a terra

Massimizzare l’utilizzo dell’energia sotto forma di elettricità abilita un futuro caratterizzato da viaggi a minori emissioni, porta a soluzioni più pulite anche per la gestione di primo e ultimo miglio [3]. Un esempio sono gli autobus elettrici che stanno popolando il panorama aeroportuale, utilizzati per il trasporto di massa nell'accesso lato terra, per spostare i passeggeri dall’aerostazione ai parcheggi e fornire connettività lato volo tra i terminal e i piazzali di servizio.

Le apparecchiature di supporto a terra per gli aerei (Ground Support Equipment o GSE) sono una parte fondamentale delle operazioni delle compagnie aeree per consentire cambi di rotta rapidi, sicuri ed efficienti. Una nuova generazione di sistemi di stoccaggio dell’energia elettrica basati su batterie ad alta efficienza o celle a combustibile a idrogeno, é pronta a sostituire i tradizionali generatori diesel. L’elettrificazione dei GSE non solo fa risparmiare denaro sui costi di carburante e di manutenzione ma contribuisce positivamente alla salute dei lavoratori aeroportuali ed è allineata agli sforzi per migliorare la qualità dell’aria e ridurre le emissioni di carbonio.

Ad esempio, WSP é attualmente incaricata di uno studio di fattibilita’ presso un importante aeroporto italiano, volto a programmare l’affiancamento e la progressiva sostituzione nel tempo di apparecchiature GSE tradizionali endotermiche, con sistemi ad approvigionamento diretto dall’infrastruttura elettrica.

Le batterie sono un elemento essenziale per supportare gli sforzi di elettrificazione. Gli elementi BESS – battery energy storage systems - possono essere distribuiti, con batterie accoppiate a tutti i caricabatterie DC (quando non caricano le batterie delle singole apparecchiature, immagazzinano energia per tutto il sistema), oppure possono essere centralizzati, anche per ragioni di sicurezza, in sottostazione o impianto centrale. La vera soluzione distribuita futura può essere rappresentata dal parco di autobus e auto elettriche già parte del trasporto terrestre aeroportuale: queste possono essere collegate alla rete di distribuzione elettrica dell'aeroporto e gestite in modo unitario, in modo da trasferire energia da un veicolo all'altro (i veicoli fermi come pacco batterie a disposizione di altri), ottimizzando i costi del trasporto terrestre.
L’elettrificazione sta progredendo anche nelle strutture dei terminal passeggeri, ad esempio con la sostituzione dei sistemi di riscaldamento degli edifici basati su combustibili fossili con soluzioni completamente elettriche che utilizzano pompe di calore geotermiche e ad aria ad alta efficienza.

I cambiamenti lato volo stanno decollando

Voli a corto raggio effettuati con aerei a propulsione elettrica senza pilota, tipo droni, sono in fase di sperimentazione operativa. Questi aerei piccoli e silenziosi sono elemento costituente della cd. mobilità aerea avanzata (AAM). Essa non riguarda solo gli aspetti tecnologici del mezzo di trasporto: darà il via a modi completamente nuovi di spostarsi all'interno delle aree metropolitane (mobilità aerea urbana) con velivoli a decollo e atterraggio verticale o corto (VTOL/STOL), nonché connettendo le piccole città e aree rurali (mobilità aerea regionale) con aeromobili a decollo e atterraggio convenzionali (CTOL). Questi veicoli utilizzeranno sistemi di propulsione elettrici o ibridi a basse emissioni e bassa rumorosità, inoltre molti saranno veicoli connessi e automatizzati (CAV) .

Tali tecnologie dovrebbero consentire costi operativi complessivi inferiori, grazie anche alla riduzione dei costi di manutenzione derivanti da sistemi con poche parti mobili, rendendo gli spostamenti aerei potenzialmente più accessibili. L’approccio AAM potrebbe diventare una realtà commerciale nei prossimi anni, offrendo servizi point-to-point sul corto raggio, combinabili con la mobilità terrestre per arrivare a servizi porta a porta definiti “Mobility as a Service” (MaaS). L’AAM offre inoltre i presupposti per trasformare i viaggi aerei intraregionali, connettere meglio le comunità più remote e portare più attività negli aeroporti più piccoli.

The RED SEA AIRPORT, ARABIA SAUDITA

INDIRA GANDHI INTERNATIONAL AIRPORT, DEhLI INDIA

MARSEILLE PROVENCE AIRPORT, FRANCIA

Aeroporti in trasformazione

Il cambiamento diffuso sopra descritto non è fantascienza. Sono incerti i tempi del suo “atterraggio”, che avverrà al ritmo dei progressi tecnologici e dell’evoluzione dei quadri normativi e politici.
Gli aeroporti dovrebbero per intanto lavorare sulle predisposizioni, concentrando l’attenzione sull’efficientamento energetico per poter affrontare in modo proattivo questi sviluppi emergenti. [4]
Una strategia di gestione intelligente ed efficiente dal punto di vista energetico può avere un forte impatto propulsivo.
Misure mirate di efficienza energetica possono liberare la capacità necessaria per nuovi carichi elettrici. In più, sistemi intelligenti di gestione possono garantire che la maggior parte delle ricariche venga effettuata quando l’elettricità è meno costosa, di solito durante la notte, quando i carichi elettrici dell’aeroporto sono bassi. La gestione intelligente dell’energia può anche ridurre i carichi di picco da strutture esistenti mediante la condivisione dell’energia, ad esempio tra la rampa di sbarco e generatori a terra GSE.
La spinta verso l’elettrificazione e la autonomia dei veicoli influenzerà l’uso degli spazi negli aeroporti, ottimizzando i tradizionali requisiti di parcheggio. Infatti l’emergere di veicoli elettrici connessi e automatizzati - CAV - potrebbe avere un impatto sui ricavi dei parcheggi aeroportuali, voce consistente degli introiti.
E’ opportuno che i singoli aeroporti si preparino all’evenienza reindirizzando i ricavi, ad esempio cogliendo l’opportunità di ospitare hub di CAV, generando così nuove opportunità di business legati alla intermodalità [5]: terreni e strutture aeroportuali potrebbero essere liberati per altri scopi come la produzione di energia o il suo stoccaggio in batterie e la ricarica di veicoli, creando così nuove fonti per rifornire l’aeroporto in caso di interruzioni (approccio micro-rete) e per generare entrate non aeronautiche rivendendo l'eccedenza, aumentando la resilienza energetica delle comunità limitrofe.
I veicoli connessi alle reti di mobilità condivisa potrebbero usare le stazioni di ricarica elettrica messe a disposizione dall’aeroporto, come gli autobus degli hotel e dei trasporti urbani.
Anche i taxi tradizionali e i mezzi delle società di trasporto urbane possono usare l’energia mentre aspettano l’inizio del prossimo viaggio.
Alcuni aeroporti, riconoscendo che l’elettrificazione svolgerà un ruolo vitale nel favorire un migliore flusso del traffico, stanno già predisponendo stazioni di ricarica ultraveloci. Gli impatti tecnologici possono avere portata molto ampia nell’ecosistema delle infrastrutture aeroportuali.

Sono in sperimentazione nuovi programmi pilota di mobilità, compreso l’uso di sistemi AI per fornire informazioni ai passeggeri, veicoli autonomi per trasportare i bagagli e navette per i lavoratori. La connettività degli smartphone, l’orientamento digitale e gli scanner biometrici stanno già trasformando l’esperienza odierna dei passeggeri. Ovviamente la connettività, sia di segnale che di potenza, diventa cruciale e va attentamente programmata e gestita, soprattutto per gli aeroporti regionali turistici soggetti a grandi picchi stagionali di traffico e per quelli situati in luoghi meno “coperti”.

Un corretto bilanciamento

L’intero panorama aeroportuale è in rapida evoluzione, tentando di coniugare armoniosamente ma velocemente l’esigenza di crescita, efficienza e modernizzazione con l’applicazione di soluzioni positive per l’ambiente. Un esempio di pervasività del driver ambientale è la recente decisione della Direzione Operazioni di un aeroporto britannico di adottare un processo sistematico, documentaro e condiviso con tutti gli stakeholder, attuato mediante l’utilizzo di applicazioni digitali gestite da esperti di WSP Italia, per la selezione di percorsi di decollo e atterraggio che fossero i meno impattanti secondo una serie di criteri ambientali, emissivi, del rumore, della sicurezza e della salute degli abitanti delle comunità circostanti l’aeroporto.

In tale scenario evolutivo environment driven, i piani riguardanti l’elettrificazione negli aeroporti progrediscono regolarmente, anche se è necessario bilanciare tale spinta con i vincoli imposti dalla realtà cogente e con esigenze pur sempre guidate dal leit motif della decarbonizzazione ma talora contrastanti. Ad esempio, nell’ambito di studi in corso da parte di WSP per conto di un aeroporto internazionale italiano, relativi all’impatto dei cambiamenti climatici su tutte le strutture e funzionalità, per predisporre strategie di resilienza agli effetti degli stessi, é emersa la criticità della ridondanza dell’approvvigionamento di energia, che va garantito anche nell’evenienza di fenomeni atmosferici estremi.
Ciò si attua analizzando in modo puntuale le varie fonti e la loro “robustezza” e puntando, nella fase storica in cui siamo, alla massima diversificazione delle fonti: prendendo in considerazione, a fianco della Rete e della autoproduzione via rinnovabili – fotovoltaico, vento, batterie - anche ad esempio sistemi di generazione geotermica e sistemi di backup endotermici tradizionali, da attivare in caso di emergenze. Come del resto si deve fare, anche a norma di legge, nel caso degli ospedali e di infrastrutture “mission critical”.

Acronimi

BESS – battery energy storage systems – sistemi di accumulo di elettricità in batteria.
AAM - advanced air mobility - Concetto introdotto dalla NASA per indicare “servizi abilitati da aeromobili autonomi per la consegna di merci e il trasporto di passeggeri a corto raggio”.
BEV – battery electric vehicle
FCEV – Fuel Cell electric vehicle
CAV – connected and automated vehicles
GSE - Ground Support Equipment – equipaggimento presente nell’apron (rampa) che serve l’aeromobile quando è in sosta: generatori di elettricità, sistemi di mobilizzazione dell’aereo, per il carico/scarico merci e passeggeri.
VTOL/STOL/CTOL – rispettivamente aeromobili a decollo verticale, corto, convenzionale.
MaaS – Mobility as a Service - integrazione in un'unica piattaforma digitale dell’accesso a modalità di trasporto differenziate, sia private che pubbliche, offrendo all'utente la possibilità di pianificare, selezionare, prenotare e pagare il proprio trasporto con una applicazione.
EoE - Electrification of Everything - L’adozione dell’elettricità come fonte primaria di energia per tutti gli utilizzi previsti.

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Note

[1] Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici, Organizzazione meteorologica mondiale, Programma ambientale delle Nazioni Unite. Secondo uno studio condotto dalla Manchester Metropolitan University, quando si tiene conto di tutti gli impatti, anche quelli non legati alla CO2, la quota parte dell’aviazione di tutte le attività umane che determinano il cambiamento climatico è stata calcolata pari al 3,5%.

[2] Net Zero 2050, Gruppo d'azione per il trasporto aereo (ATAG)

[3] Per primo miglio nel trasporto aeronautico si intende il tragitto dallo sbarco – di persone o di merci – fino alla uscita dall’aerostazione, mentre con ultimo miglio la distanza tra parcheggi o stazioni di trasporto pubblico, terminal e aeromobile all’imbarco.

[4] WSP ha sviluppato il rapporto di ricerca ACRP 236 per il Transportation Research Board (TRB) degli Stati Uniti, titolato: “Preparare gli aeroporti agli aerei elettrici e alle tecnologie dell'idrogeno”. Nel rapporto è contenuto uno strumento di valutazione per stimare la domanda di energia elettrica a lungo termine dell’intero ecosistema aeroportuale, considerando “l’elettrificazione di tutto”, dal marciapiede alla pista.

[5] La nuova mobilità e i CAV fanno riferimento ai cambiamenti nei trasporti derivanti dalle tecnologie elettriche e di guida autonoma, dalla connettività e dall’uso condiviso.

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Questo Approfondimento é traduzione e adattamento dell’articolo Electrification of Airports From Landside to Airside.