Elettrificare i Cieli – Quando Si Manifesteranno i Veicoli Elettrici Aerei?

I veicoli elettrici a terra sono tutti di moda ora. Come abbiamo condiviso in precedenza, le vendite globali di EV hanno raggiunto quasi 14 milioni lo scorso anno, portando la flotta elettrica globale a 40 milioni nel 2023.

Ma che dire dei cieli? Ci sono progressi in corso per gli EV aerei? Beh, ci sono, ma sono semplicemente non ancora così popolari o ampiamente adottati come gli EV su strada. 

Prima di approfondire lo stato del loro sviluppo, vediamo prima cosa sono. I veicoli elettrici aerei sono semplicemente aeromobili che utilizzano energia elettrica. Includono sia veicoli aerei pilotati che non pilotati, che decollano e atterrano verticalmente.

Dato che l’aviazione è responsabile del 3,5% del cambiamento climatico e nel 2021 l’Agenzia per la Protezione Ambientale (EPA) ha emesso uno standard di emissioni di gas serra solo per gli aeromobili, c’è ora un crescente interesse per gli EV aerei.

Invece di utilizzare combustibili fossili, questi aeromobili funzionano con elettricità, come osserva Mogale Modisane, rappresentante del Consiglio Mondiale dell’Energia delle Nazioni Unite:

“Non solo rende l’aviazione più sostenibile, ma riduce drasticamente l’inquinamento acustico e le emissioni di carbonio prodotte dagli aerei.”

I motori degli EV aerei sono alimentati da pacchi batteria che consentono “un volo più silenzioso e più fluido rispetto ai loro equivalenti a combustione”, ha aggiunto Modisane.

L’Avvento della Mobilità Aerea Urbana

Uno dei principali esempi di questo nuovo modo di trasporto aereo è l’eVTOL, un aeromobile elettrico a decollo e atterraggio verticale. Quindi, non sono davvero aerei; piuttosto, possono variare da droni per consegne a taxi aerei urbani.

Per quanto riguarda la mobilità aerea urbana (UAM), questi aeromobili elettrici sono tra le innovazioni che sono molto vicine a diventare realtà. Si prevede che migliaia di eVTOL potranno volare entro la fine di questo decennio. 

Acclamati come accessibili, silenziosi, sicuri e rispettosi dell’ambiente, potresti presto volare su uno, nei prossimi anni, davvero.

Il Medio Oriente, in particolare, sta diventando una delle regioni in più rapida crescita per le operazioni e-VTOL. Qui, gli Emirati Arabi Uniti e l’Arabia Saudita sono in prima linea nel futuro del trasporto aereo. 

Il produttore e-VTOL statunitense Joby ha già firmato un accordo con l’Autorità Strade e Trasporti (RTA) di Dubai per lanciare servizi di taxi aereo entro il 2026, con operazioni iniziali previste per l’anno prossimo. Un altro fornitore statunitense di aeromobili eVTOL, Archer Aviation (ACHR ), ha firmato un accordo con Abu Dhabi per avviare operazioni di taxi aereo elettrici negli Emirati entro la fine del 2025.

Il produttore cinese EHang, nel frattempo, ha già completato il primo volo dimostrativo con passeggeri dell’EH216-S, un aeromobile e-VTOL senza pilota, ad Abu Dhabi all’inizio di quest’anno. 

Secondo gli esperti di McKinsey, entro il 2030 le principali aziende del settore AAM passeggeri potrebbero offrire molti più voli giornalieri, più brevi e con meno passeggeri a bordo, rispetto alle più grandi compagnie aeree del mondo. 

In questo contesto, la Federal Aviation Administration (FAA) degli Stati Uniti ha pubblicato la scorsa settimana le regole definitive per l’operatività dei taxi aerei. La FAA ha dichiarato che i taxi aerei appartengono ai voli di Mobilità Aerea Avanzata (AAM). Sono altamente automatizzati, alimentati da elettricità e hanno capacità di decollo e atterraggio verticale, ha spiegato l’agenzia.

Considerati anche veicoli ‘power-lift’, hanno gli elementi sia degli aerei sia degli elicotteri, ha affermato la FAA. Sebbene inizieranno utilizzando i percorsi di volo e le strutture di atterraggio attualmente usati dagli elicotteri, le nuove regole consentiranno ai piloti di addestrarsi con un unico set di comandi di volo. 

Gli aeromobili powered-lift, ha detto l’amministratore della FAA Mike Whitaker, sono “la prima nuova categoria di aeromobile in quasi 80 anni”, e le nuove regole apriranno la porta al supporto delle loro operazioni AAM diffuse negli Stati Uniti.

Per far progredire questo settore, lo scorso mese la FAA ha concesso un finanziamento di 3,34 milioni di dollari a Wright Electric insieme ai suoi partner, tra cui NASA, DOE e DOD, nell’ambito del programma Fueling Aviation’s Sustainable Transition (FAST). Attraverso questo finanziamento, la FAA mira a sviluppare una nuova classe di batterie per grandi aeromobili elettrici che possano ospitare più di 100 passeggeri, rappresentando oltre il 90% delle emissioni di carbonio dell’industria aerospaziale.

Aprire Nuove Frontiere

Mentre la corsa per decarbonizzare l’industria dell’aviazione si intensifica, le aziende stanno ora cercando modi per far operare gli aerei passeggeri interamente con energia elettrica.

E9X è un aeromobile elettrico di nuova progettazione, il cui design è stato concepito dalla startup di aviazione Elysian e dall’Università Tecnica di Delft nei Paesi Bassi. L’aeromobile può trasportare più passeggeri (90) e volare più lontano (fino a 500 miglia) con una singola carica rispetto a quanto si pensasse possibile.

Queste stime si basano su un pacco batteria teorico di 360 wattora per chilogrammo. In confronto, le batterie Tesla (TSLA ) hanno una densità compresa tra 272 e 296 Wh/kg.

Il peso della batteria elettrica, secondo Jayant Mukhopadhaya, ricercatore senior presso l’International Council on Clean Transportation (ICCT), è il principale vincolo di questi aerei poiché le batterie commerciali convenzionali immagazzinano circa 50 volte meno energia per libbra rispetto al carburante per jet. Di conseguenza, per alimentare un aeromobile grande come il Boeing 737, avremmo bisogno di batterie di circa 35 tonnellate.

“La tecnologia delle batterie ad alta densità è una delle sfide attuali, perché l’aumento della produzione e il miglioramento ulteriore della densità rimangono cruciali per una diffusione su larga scala.”

– Simay Akar, membro senior dell’IEEE

Mentre la batteria è la preoccupazione principale, anche il design è fondamentale. Pertanto, le ali dell’aeromobile E9X sono estremamente grandi rispetto al corpo dell’aereo, il che aumenta la sua efficienza aerodinamica. 

“Non dovresti presumere che un aereo elettrico avrà l’aspetto degli aeromobili (più di successo) di oggi.”

– Reynard de Vries, direttore del design e dell’ingegneria presso Elysian

Inoltre, le batterie non saranno collocate nella fusoliera ma piuttosto nelle ali perché rappresentano una grande parte del peso dell’aereo, e il peso deve essere posizionato “dove si genera la portanza”.

L’E9X, tuttavia, è solo un concetto per ora e non volerà prima del 2033. Tuttavia, esistono già altri aeromobili passeggeri elettrici, come Aviation Alice, il cui prototipo è stato testato anni fa, alla fine del 2022, con una data obiettivo del 2027 per la produzione completa. Eviation Alice, invece, è progettata per trasportare solo nove passeggeri e due membri dell’equipaggio, con un’autonomia di circa 250 miglia nautiche. 

Quindi, ci sono limiti evidenti agli aerei elettrici; tuttavia, la loro capacità di ridurre significativamente l’impronta di carbonio del volo è troppo importante per essere ignorata. Si stima che il passaggio a aerei elettrici possa ridurre le emissioni di CO2 fino all’88%. Da qui l’attenzione crescente. 

Anche il miliardario della tecnologia Elon Musk, già coinvolto nella progettazione, produzione e vendita di EV e dispositivi di accumulo di energia a batteria, sta discutendo del potenziale e della possibilità di aerei elettrici alimentati a batteria. Sebbene le batterie siano attualmente “troppo limitate in autonomia”, Musk crede che potrebbero diventare praticabili tra circa cinque anni.

Per questo, la densità energetica delle batterie deve migliorare, poiché attualmente è inferiore a quella del carburante per jet. Musk ha aggiunto:

“(Tuttavia), i motori elettrici pesano molto meno e convertono l’energia immagazzinata in movimento meglio dei motori a combustione.”

Nel frattempo, il gigante cinese delle batterie Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) ha annunciato di aver fatto volare con successo un aereo da 4 tonnellate utilizzando le sue “batterie condensate” ultra ad alta densità, rilasciate per la prima volta lo scorso anno. I pacchi batteria hanno più del doppio della densità energetica di qualsiasi altro sul mercato, con 500 Wh/kg.

Queste batterie condensate sono state progettate specificamente per essere di grado aeronautico, con la sicurezza in mente e per aumentare l’autonomia degli aerei puliti. L’azienda ora prevede di avere un aereo elettrico da 8 tonnellate con un’autonomia di 1.240-1.865 miglia operativo entro il 2027 o 2028.

La Ricerca di Tecnologie Avanzate per le Batterie

Mentre le aziende hanno iniziato a cambiare il panorama della mobilità aerea avanzata (AMM) e il governo ha iniziato a fornire regole chiare, i ricercatori stanno affrontando la più grande sfida e sviluppando nuove batterie per gli EV aerei.

Per portare un trasporto più pulito nei cieli, i ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia (DOE) hanno sviluppato nuovi materiali ad alta densità energetica per comprendere il loro deterioramento sotto condizioni estreme.

Gli EV aerei non sono solo auto volanti. Pertanto, i ricercatori hanno concluso che non possiamo adattare le batterie delle auto elettriche per l’uso negli eVTOL, sebbene finora sia stato l’approccio dominante. 

“Il programma eVTOL presenta un’opportunità unica per creare un nuovo tipo di batteria con requisiti e capacità molto diversi da quelli che abbiamo visto finora.”

– Ricercatore capo Ilias Belharouak, ORNL Corporate Fellow

Lo studio ha scoperto che le richieste di potenza e prestazioni delle batterie eVTOL influiscono negativamente sulla loro durata e longevità. Questo è perché, mentre le batterie delle auto elettriche si scaricano a un ritmo uniforme, le batterie usate negli eVTOL richiedono quantità diverse di potenza per le varie fasi di volo come ascesa, sospensione e discesa.

“Ciò richiede di rispondere a domande sull’interazione tra sicurezza della batteria, vita del ciclo e stabilità ad alte temperature, bilanciando la necessità di brevi esplosioni di alta potenza con riserve energetiche per voli a lungo raggio.”

– Belharouak

Il team di ricerca ha sviluppato batterie al litio e le ha poi testate per le fasi di salita degli eVTOL. Hanno anche testato un nuovo elettrolita sviluppato da ORNL, che ha funzionato meglio, mantenendo più capacità durante le fasi che richiedono più potenza. Il team sta attualmente lavorando a ulteriori miglioramenti dell’elettrolita e di altri componenti della batteria.

All’inizio di quest’anno, i ricercatori della Chalmers University of Technology hanno anche riportato la loro prima valutazione del ciclo di vita di un aeromobile totalmente elettrico a due posti disponibile commercialmente, il Pipistrel Alpha Electro, e lo hanno confrontato con la sua versione alimentata da combustibili fossili.

Lo studio ha affermato che dopo circa 1.000 ore di volo l’aeromobile elettrico supera quello a combustibile fossile in termini di ridotto impatto climatico. La durata di vita stimata dell’aeromobile, nel frattempo, è di almeno 4.000 ore.

Secondo lo studio, ulteriori sviluppi delle batterie saranno un passo fondamentale per ridurre gli impatti del ciclo di vita degli aeromobili elettrici.

Il principale autore dello studio, Rickard Arvidsson, ha indicato lo sviluppo costante delle batterie al litio e le nuove tecnologie di batterie come le batterie al litio-zolfo, ancora nelle fasi iniziali di sviluppo, per migliorare le prestazioni ambientali degli aeromobili elettrici e renderli preferibili a quelli a combustibile fossile. 

Spinto dal ruolo critico delle batterie e dal crescente numero di consegne di aeromobili sia commerciali sia militari, la dimensione del mercato delle batterie per aeromobili è prevista in crescita da 4,26 miliardi di dollari nel 2023 a 11,9 miliardi entro il 2031. E man mano che gli EV aerei guadagnano più trazione, questa dimensione di mercato dovrebbe crescere ulteriormente.

Aziende che Lavorano per Rendere Reali gli EV Aerei

Ora, daremo un’occhiata ad alcuni nomi di spicco nel settore che hanno lavorato per far progredire questo campo, che, secondo l’analisi di McKinsey di ottobre 2024, ha registrato un rallentamento dei finanziamenti dichiarati. 

I finanziamenti sono diminuiti da quando hanno raggiunto un picco nel 2021 a 6,8 miliardi di euro. Questo finanziamento è sceso a 3,9 miliardi di euro nel 2023, e si prevede che sarà simile per quest’anno. Il calo “arriva in un momento particolarmente difficile” poiché la maggior parte delle aziende deve ancora completare lo “sviluppo, prototipazione e test necessari per la certificazione di tipo”, che richiedono 1-2 miliardi di euro.

Questo contesto ha già iniziato a influenzare le aziende. Quindi, approfondiamo queste aziende;

1. Joby Aviation

L’azienda con una capitalizzazione di mercato di 3,78 miliardi di dollari sviluppa taxi aerei elettrici progettati per il servizio passeggeri commerciale. I loro aeromobili possono trasportare un pilota e fino a quattro passeggeri, con un’autonomia massima di circa 100 miglia e velocità fino a 200 mph. Joby ha già condotto test di volo estesi, coprendo oltre 30.000 miglia, ed è ora nel processo di realizzare una struttura di produzione per fabbricare questi aeromobili a Dayton, Ohio.

Le sue azioni, al momento della stesura, sono scambiate a $5,27, in calo del 2,75% YTD. Ha un EPS (TTM) di -0,49 e un P/E (TTM) di -10,85. Per il Q2, ha riportato una perdita netta di $123 milioni pur avendo $825 milioni in contanti e investimenti a breve termine. L’azienda punta a ottenere un certificato di tipo entro la fine del prossimo anno, trovandosi al 37% della quarta fase del processo di certificazione FAA.

L’azienda, che ha partnership con Uber e Delta, ha recentemente lanciato un’offerta pubblica per vendere fino a $200 milioni delle sue azioni ordinarie. All’inizio di questo mese, Toyota, il più grande azionista esterno di Joby Aviation (JOBY ), ha annunciato un ulteriore investimento di $500 milioni per supportare la certificazione e la produzione commerciale del suo taxi elettrico.

2. Archer Aviation (ACHR )  

L’azienda con una capitalizzazione di mercato di 1,2 miliardi di dollari si concentra sulla mobilità aerea urbana e sta costruendo un taxi aereo elettrico chiamato Maker. Attualmente sta costruendo una struttura in Georgia per supportare la produzione dei suoi eVTOL Midnight.

Attualmente, le sue azioni sono scambiate a $3,41, in calo del 44,45% YTD. Ha un EPS (TTM) di -1,2 e un P/E (TTM) di -2,78.

Per il 2Q24, l’amministratore delegato Adam Goldstein ha osservato che il suo ordine indicativo si aggira quasi a $6 miliardi mentre le spese operative erano $121,2 milioni e la perdita netta era $106,9 milioni. La liquidità e le equivalenti per il trimestre ammontavano a $360,4 milioni. All’inizio della seconda metà del 2024, la casa madre di Chrysler, Stellantis, ha dichiarato che investirà ulteriori $55 milioni in Archer Aviation.

3. Lilium  

Questa azienda con una capitalizzazione di mercato di 88 milioni di dollari sta sviluppando un jet eVTOL utilizzando una tecnologia innovativa di spinta elettrica canalizzata. Ha fatto progressi significativi, inclusa l’assemblaggio del loro sistema di propulsione elettrica, e punta a una messa in commercio, con i primi voli previsti nei prossimi anni​.

Le sue azioni sono attualmente scambiate a $0,1391, in calo dell’88,41% YTD. Ha un EPS (TTM) di -0,16 e un P/E (TTM) di -0,88. Nella sua Lettera agli Azionisti del Q1 2024, Lilium ha osservato di aver avanzato la produzione dei suoi primi Lilium Jets, avviato la produzione dei pacchi batteria, e una pipeline di ordini commerciali in crescita di oltre 780 aeromobili.

Recentemente, la garanzia di prestito da $50 milioni dell’azienda tedesca è stata respinta dal governo federale. Successivamente, la società di taxi aereo ha dichiarato in una comunicazione la scorsa settimana che le sue due principali filiali, Lilium GmbH e Lilium eAircraft GmbH, presenteranno istanza di insolvenza nei prossimi giorni a causa dell’impossibilità di raccogliere fondi aggiuntivi sufficienti per continuare le loro operazioni.

4. Vertical Aerospace  

Con una capitalizzazione di mercato di 109,67 milioni di dollari, Vertical Aerospace (EVTL ) ha lavorato sull’aeromobile eVTOL VA-X4, che è progettato per i servizi di taxi aereo. L’azienda è concentrata sul conseguimento della certificazione e ha compiuto progressi nel suo programma di test​.

Le sue azioni, al momento della stesura, sono scambiate a $5,74, in calo del 16,57% YTD. Ha un EPS (TTM) di -4,23 e un P/E (TTM) di -1,36. Lo scorso mese, l’azienda ha annunciato una divisione azionaria inversa 1 per 10 delle sue azioni per aumentare il prezzo di scambio per azione.

Al 30 giugno 2024, l’azienda ha riportato liquidità e equivalenti di $84 milioni. Per la prima metà dell’anno, Vertical ha registrato una perdita operativa di $25 milioni ed è stata premiata con una sovvenzione di $10 milioni del governo britannico dall’Aerospace Technology Institute (ATI) per lo sviluppo del suo propulsore di nuova generazione.

5. Surf Air Mobility

Questa è un’azienda da $24,53 milioni che gestisce servizi di volo tradizionali oltre a sviluppare una versione elettrificata del Cessna Grand Caravan e prevede di incorporare propulsori elettrici e ibridi nella sua flotta.

Le sue azioni sono in calo dell’83,96% YTD, scambiate a $1,74. Ha un EPS (TTM) di -88,16 e un P/E (TTM) di -0,02. Ad agosto, Surf Air Mobility (SRFM ) ha annunciato una divisione azionaria inversa 1 per 7.

Per il 2Q24, ha registrato $32,4 milioni di ricavi e una perdita di EBITDA rettificata di $11,8 milioni. La perdita netta, nel frattempo, è stata $27 milioni, includendo investimenti in R&D per l’elettrificazione e la tecnologia software, compensi basati su azioni e costi di transazione.

Conclusione

Quindi, come abbiamo visto, i veicoli elettrici aerei (EV) stanno avanzando rapidamente, avvicinandoci a un’era dell’aviazione più pulita, silenziosa ed efficiente. Dai eVTOL nella mobilità aerea urbana agli aeromobili passeggeri elettrici sperimentali, questi sviluppi mostrano il potenziale dell’elettrificazione nei cieli. 

Mentre rimangono sfide, come la densità delle batterie e il design degli aeromobili, le innovazioni dei ricercatori e delle aziende suggeriscono che l’aviazione elettrica potrebbe presto diventare una parte integrante del trasporto. E mentre governi e industrie collaborano per affrontare le preoccupazioni climatiche, gli EV aerei possono anche svolgere un ruolo fondamentale nella riduzione delle emissioni di carbonio e nella trasformazione del viaggio aereo verso un futuro più sostenibile.

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