Far volare l'oggetto
Nel progetto focus e-Sling, otto studenti all'ETH stanno lavorando all'aeroplano elettrico alimentato da batterie e idrogeno. Per un anno, l'Hangar 3 dello Zurich Innovation Park di Dübendorf diventerà il centro della loro vita.
Il sole di mezzogiorno proietta una luce calda ed estiva sull'Hangar 3 del Parco dell'Innovazione di Zurigo, accanto all'aeroporto militare di Dübendorf. L'ampiezza del terreno e la vista sulla pista di decollo e atterraggio di Chi siamo evocano sensazioni di vacanza. Ma gli otto studenti dell'ETH - una donna, sette uomini, tutti di età compresa tra i 20 e i 24 anni - che dall'autunno 2021 lavorano qui a un piccolo aereo elettrico alimentato a batterie e idrogeno, sono tutt'altro che in vacanza: trascorrono in questo luogo fino a sei giorni alla settimana. Per molti di loro, l'hangar e il piccolo aereo del costruttore sudafricano Sling, circondato da banchi di lavoro e attrezzature, sono il centro della loro vita.
Apertura alare: 10,5 metri. Peso massimo al decollo: 950 chilogrammi. Velocità di crociera: 160 chilometri all'ora. Autonomia stimata: 250 chilometri. E non alimentato da combustibili fossili, ma da una batteria di 240 chilogrammi con quasi 3.000 singole celle. Al posto dell'elica e del motore, invece, si vedono solo connessioni allentate. Al posto di una cabina di pilotaggio per quattro persone con schermi, display e interruttori, c'è solo un groviglio di cavi. E su entrambe le ali ci sono ampi spazi vuoti per le batterie. Sembra che questo aereo non decollerà presto.
Nel progetto quota fissa
Una scala in fondo alla sala conduce a una piattaforma d'acciaio. Il team del progetto è seduto a un tavolo rotondo e ha appena terminato la pausa pranzo con caffè e biscotti. La piattaforma ha l'aspetto di un appartamento condiviso da studenti: una piccola cucina con lavastoviglie, macchina del caffè e microonde; un divano, armadietti e sei posti di lavoro con computer. Ci si potrebbe tranquillamente trasferire qui.
È subito evidente: Colin, Elsa, Jan, Joël, Patrick, Rafael, Robin e Sander si sentono a casa. L'atmosfera è rilassata. Otto persone che hanno già trascorso molto tempo insieme sono sedute qui insieme. Ciò che hanno in comune, oltre agli studi di ingegneria meccanica o elettrica, è il fatto di aver deciso di dedicare un anno a un progetto di ricerca: Hanno deciso di dedicare un anno della loro vita a un progetto focus e di sviluppare un prodotto realistico, dalla concezione alla produzione fino alla commercializzazione. Il progetto focus e-Sling è in corso dal settembre 2020 e i predecessori dell'attuale team hanno trascorso un anno a sviluppare tutte le parti del velivolo a batteria. Tuttavia, non c'è stato abbastanza tempo per testare a sufficienza il nuovo sistema di propulsione dell'aereo e ottenere le necessarie ammissioni per il volo inaugurale.
Questo compito spetta ora a Elsa Wrenger e ai suoi compagni di corso: "Vogliamo far decollare l'aereo dei nostri predecessori entro l'estate", spiega la 21enne di Monaco. Ma sembra molto più facile di quanto non sia.
Il laboratorio delle batterie nel container
Un unico container merci si trova in modo un po' triste di fronte all'hangar. L'elica e il motore dell'aereo sono montati in uno spazio molto ridotto e collegati a un computer con numerosi cavi. Entrambi gli elementi della batteria sono a terra e vengono caricati. Ci vogliono tre ore prima che siano completamente cariche. L'aereo dovrebbe essere in grado di rimanere in aria per un'ora. "Questo è il nostro piccolo laboratorio di batterie", dice il ventitreenne Jan Wallimann, responsabile del sistema di batterie del velivolo nel team. "È qui che testiamo le prestazioni delle batterie e la loro interazione con il motore e il sistema di controllo".
Gli studenti hanno persino sviluppato un proprio software a questo scopo, che viene alimentato con i dati di 150 sensori. "Possiamo persino monitorare la temperatura o la tensione dei singoli moduli della batteria tramite un'applicazione per smartphone autoprogrammata. E possiamo farlo a casa sul divano", dice Patrick Benito, che ha programmato il software da solo. Si vede: gli studenti sono orgogliosi di conoscere il loro aereo fin nei minimi dettagli.
Progetto focus = risoluzione dei problemi
Far parte di un progetto focus significa trovarsi costantemente di fronte a sorprese. Questo è stato anche il caso di e-Sling: il team precedente si è reso conto che l'elettronica della cabina di pilotaggio - e quindi l'intero sistema di controllo - continuava a guastarsi non appena l'elica era in funzione. Quando ciò accadeva, non era più possibile azionare il motore tramite la leva di comando. Questo non dovrebbe mai accadere in volo. Ma i predecessori non hanno avuto abbastanza tempo per risolvere il problema.
Spettava quindi a Jan, Elsa e agli altri membri del team trovare una soluzione. Hanno stretto i denti per due mesi. La svolta è arrivata dopo innumerevoli test e misurazioni: "Ci siamo resi conto che il motore e i numerosi cavi che vanno dal motore alle batterie passando per l'abitacolo generano un campo elettromagnetico che interferisce con i segnali elettrici nell'abitacolo", spiega Wallimann. Questo campo doveva essere soppresso".
Il modo in cui si poteva ottenere questo risultato era principalmente un problema meccanico e rientrava nelle competenze di Joël Meyer: "Dopo innumerevoli tentativi, siamo riusciti a risolvere il problema montando, tra l'altro, una piastra di copertura sul motore e facendo passare i cavi in modo diverso".
Un'esperienza formativa
Sono proprio queste esperienze a rendere così attraente un progetto focus: affrontare nuovi problemi e risolverli insieme come una squadra. Gli studenti non possono mai affidarsi completamente ai libri di testo o al materiale delle lezioni. Proprio come nell'industria, devono aiutarsi sulla base di principi scientifici e tecnici. Fanno ricerche, chiedono a esperti dell'industria e della ricerca, mettono insieme le loro teste e improvvisano, perché di solito non esistono soluzioni standard.
Gli ingegneri in erba sono consapevoli di avere ancora numerosi altri ostacoli, grandi e piccoli, da superare prima che il loro aeroplano decolli. Tuttavia, questo non sembra scoraggiarli affatto. Ma cosa li spinge personalmente a investire così tanto tempo nel progetto?
"È chiaro che non lo si fa solo per i punti ECTS, perché ce ne sono solo 14 per tutto l'anno", dice Sander Metting e ride maliziosamente. Per il ventitreenne ingegnere meccanico, che per il progetto si è trasferito in un appartamento condiviso a Dübendorf, l'importante è l'esperienza pratica che si può fare come studente di Bachelor. Poter applicare le conoscenze acquisite durante le lezioni e i seminari per sviluppare qualcosa di nuovo da zero è unico. Per questo motivo, le candidature per i progetti focus sono sempre più numerose dei posti disponibili. Anche il processo di selezione richiede un grande impegno da parte degli studenti.
"Vogliamo dimostrare che esistono alternative ai combustibili fossili nell'aviazione".Elsa Wrenger
La maggior parte dei membri del team è anche entusiasta dell'aviazione e vuole sperimentare in prima persona cosa significa costruire un aeroplano. Alcuni possono anche immaginare di lavorare nell'industria aeronautica dopo gli studi. Ma ci sono anche altre ragioni: "Vogliamo dimostrare che esistono alternative ai combustibili fossili nell'aviazione", afferma Elsa. L'ETH spera di dare un piccolo contributo a un viaggio aereo più sostenibile.
Guida a idrogeno
Nell'hangar, una piccola parte del team si riunisce attorno a un grande tavolo. Qui stanno lavorando alla seconda parte del progetto: lo sviluppo di un motore a idrogeno per un piccolo aereo. Dovrebbe essere il più leggero e potente possibile, per mantenere il velivolo in aria per molto tempo. Tuttavia, il motore a idrogeno da solo non è sufficiente come fonte di energia: "Le batterie sono necessarie anche come riserva per coprire rapidamente l'elevato fabbisogno energetico durante il decollo, l'atterraggio e le turbolenze", spiega Sander.
Per ora ci sono solo schizzi dell'aereo e di alcuni componenti. "Il nostro obiettivo è quello di mettere in funzione il fulcro del sistema di propulsione - la cella a combustibile - entro ottobre, gettando così le basi tecniche per il prossimo team", afferma Robin Feuz, aggiungendo: "Così come abbiamo beneficiato del lavoro e delle conoscenze dei nostri predecessori, vogliamo lasciare ai nostri successori una posizione di partenza ottimale".
Come la maggior parte dei loro compagni di squadra, Sander e Robin studiano ingegneria meccanica al terzo anno. Hanno imparato a conoscere il funzionamento teorico delle celle a combustibile durante una lezione di termodinamica. Tuttavia, questa conoscenza non è sufficiente per installarne una in un aereo, poiché tutti gli elementi devono essere definiti da zero: oltre alla scelta della giusta cella a combustibile, si tratta soprattutto del sistema di raffreddamento e dell'alimentazione di idrogeno e aria. "La grande sfida è coordinare tutti questi componenti in modo da ottenere un sistema di propulsione leggero e conveniente che non solo soddisfi tutte le normative, ma sia anche idoneo al volo", spiega Sander.
All'inizio del progetto, l'argomento era completamente nuovo per il team. Tuttavia, nel corso delle ultime settimane e degli ultimi mesi, gli studenti si sono familiarizzati sempre di più con l'argomento, hanno parlato con esperti e hanno persino visitato l'Hydrogen Expo di Brema. Ora hanno acquisito una competenza sufficiente per ordinare i singoli componenti. Pezzi come questo compressore, che Sander estrae da una grande scatola di cartone. Tuttavia, ci vorrà del tempo prima che questo fornisca aria alla cella a combustibile e, insieme a tutte le altre parti, faccia decollare l'aeroplano a idrogeno. Poi un nuovo team di studenti andrà e verrà nell'Hangar 3 dello Zurich Innovation Park di Dübendorf.
Al momento di andare in stampa, l'aereo era ancora a terra. Lo stato attuale del progetto è consultabile su pagina esternae-sling.com/news/
"Bellezza e scienza "Globe
Questo testo è stato pubblicato nel numero 22/02 della rivista dell'ETH Globo è apparso.