Diesel 2022-11

Stazionari
Lo sappiamo, Rolls-Royce
Power Systems si applica
con devozione al paradigma
della diversificazione
delle fonti energetiche, e
lo fa in modo trasversale alle
applicazioni, generazione di
potenza compresa. Proseguiamo
nel racconto del PG Symposium,
iniziato sul numero
di ottobre. A Friedrichshafen
non dimenticano che l’endotermico,
come ha esplicitamente
riconosciuto Michael
Wagner, direttore product and
solutions management stationary
business, può essere
«parte della soluzione e non
del problema». E cominciamo
proprio da Wagner, ingegnere
meccanico austriaco, che ha
parlato di “Fuel Flexibility:
incrementare la sostenibilità
dei motori a combustione
ROLLS-ROYCE POWER SYSTEMS. PG Symposium. Parte seconda
SI PARLA DI TERMICO
E DI IDROGENO
Dopo le riflessioni a caldo raccolte durante le diverse sessioni seminariali di
Friedrichshafen, in questa sede vi portiamo due approfondimenti. Michael Wagner
ci parla di “Fuel Flexibility: Incrementare la sostenibilità dei motori a combustione
interna”. Armin Fürderer si concentra invece su “Idrogeno: il carburante del futuro”
interna”. «Parlando di carburanti
rinnovabili, la nostra
gamma di motori diesel, comprese
le serie 1600 e 4000, è
stata completamente omologata
per funzionare con carburanti
a norme EN 15940»,
ha detto Wagner. «La serie
2000 seguirà l’anno prossimo,
quando ottimizzeremo la
pompa del carburante. Il tema
principale del mio intervento
sarà l’Hvo (la contemporanea
pietra filosofale, insieme all’idrogeno,
ndr). Sulla base della
nostra valutazione di sostenibilità,
nonché del potenziale
di riduzione delle emissioni di
CO 2
“tank to wheel” e di miglioramento
delle prestazioni,
l’Hvo è un carburante promettente.
Abbiamo confrontato
diffusamente le emissioni
di residui grafitici del diesel
e dell’Hvo al banco e sul
campo e abbiamo riscontrato
una notevole riduzione delle
emissioni nell’intera gamma
di potenza, compresa tra il 50
e l’80 per cento».
In conformità alla norma Iso
8258-5-G3, Rolls-Royce ha
effettuato valutazioni approfondite
su frequenza, potenza
elettrica e tensione e non ha
riscontrato variazioni di prestazioni
tra il diesel e l'olio
idrogenato. Anche il comportamento
in transitorio è
paragonabile. La capacità di
stoccaggio è addirittura di
gran lunga migliore rispetto al
gasolio fossile. «È una caratteristica
molto importante per
le installazioni di back-up»,
secondo Wagner, «perché l’energia
è utilizzata per poche
ore all’anno e si rivela quindi
A Friedrichshafen
è operativo
un impianto
dimostrativo delle
potenzialità delle
reti intelligenti e
dell’idrogeno.
necessaria una grande quantità
di carburante immagazzinato
in loco. Il consumo di
carburante è inferiore anche
in ragione delle sue proprietà
chimiche positive».
In poche parole, l’Hvo è interessante
per la riduzione degli
inquinanti nocivi, fino all’80
per cento in meno di particolato
(mg/m 3 ) e fino all’8 per
cento di riduzione dei ppm di
ossidi di azoto. Raggiunge le
stesse prestazioni, in termini
di potenza massima, accettazione
del carico e consumo.
È oltretutto semplice da
adottare: non sono necessari
adattamenti del motore o del
software. Le miscele sono
tollerate. Nessun effetto nemmeno
sugli intervalli di assistenza
e manutenzione: si replicano
le usuali condizioni di
garanzia. Un aspetto peculiare
dell’olio vegetale idrotrattato
riguarda la sua capacità di
stoccaggio. I volumi globali
di lavorazione dell’Hvo sono
destinati a quadruplicare entro
il 2025, rispetto ai volumi
del 2020; i siti di produzione
delle energie rinnovabili fungeranno
da hotspot PtL (Power
to Liquid) oltre il 2025.
Infine, alcune osservazioni
sulla percorribilità del ciclo
Otto. «Nella nostra road
map» precisa Wagner «vogliamo
raggiungere l’obiettivo
del funzionamento al 100
per cento a idrogeno entro il
2025. Per quanto riguarda i
motori marini a Gnl, la sfida
è che le prestazioni arrivino
ad essere simili a quelle dei
diesel. L’iniezione di gas è
individuale, in ogni cilindro,
prima di ogni valvola di ingresso
nell’aria compressa.
Questo ci permette di avere
un funzionamento molto dinamico».
Kit di conversione a gas
Rolls-Royce Power Systems
ha sviluppato un kit di conversione
per adattare i motori
a gas naturale al funzionamento
a idrogeno al 100 per
cento, quando l’idrogeno sarà
disponibile. Il motore a idrogeno
inietta il carburante nelle
valvole multiport con una
pressione compresa tra 4 e 6
bar nel turbo. Nella camera
il pistone si muove, facendo
quasi scoccare la scintilla
all’avvio dell’accensione. La
combustione richiede l’aspirazione
di molta aria per tenere
sotto controllo la velocità
della fiamma della combustione.
Oltre a contenere ossigeno
in abbondanza, la miscela
deve essere assai omogenea
per ottenere una combustione
stabile dell’idrogeno. La
pressione media effettiva del
motore a idrogeno è stimata
dai tedeschi dell’ordine di 40
bar, mentre i motori a gas si
attestano mediamente a 22
bar. La riduzione della potenza
erogata sarà nell’ordine del
40 per cento. «Siamo fiduciosi
che nel corso del tempo saremo
in grado di allineare, passo
dopo passo, la potenza dei
motori a idrogeno all’attuale
gamma di motori a gas naturale»,
ha concluso Michael
Wagner.
Non si può fare cenno dell’idrogeno
senza transitare da
Armin Fürderer, Direttore Sustainable
Customer Solutions.
Il tema del suo intervento è
infatti “Idrogeno: Il carburante
del futuro”. «Abbiamo
iniziato con soluzioni da 500
chilowatt per il container di
celle a combustibile Pem, per
arricchire successivamente le
opzioni di potenza. Le prime
tre unità, che hanno sostituito
i generatori diesel, saranno
visibili nel porto di Duisburg
nell’aprile del prossimo
anno». Fürderer sottolinea che
«a seguito di abboccamenti
con diversi clienti, in particolare
nel campo dei centri
dati, non sarà replicato. Il
futuro è rappresentato dalle
reti a corrente continua; ora
non c’è nulla di disponibile,
ma saremo pronti quando il
passaggio da corrente alternata
a corrente continua sarà
avvenuto. Questo è un ulteriore
vantaggio di questa tecnologia».
L’idrogeno ha un problema
di stoccaggio a causa
della sua densità energetica.
«L’idrogeno ha una densità
dieci volte inferiore a quella
del gas naturale e per ottenere
una densità volumetrica
similare deve essere compresso,
a partire da 500 bar, fino
a raggiungere dimensioni tali
da consentire l’immagazzinamento
di energia; il sistema è
molto costoso, la liquefazione
richiede 600 e più gradi. Una
soluzione per gli utilizzatori
dai consumi modesti è quella
di immagazzinare una tonnellata
di idrogeno in un container
da 40 piedi (pari a 12,2
metri, ndr), che capitalizza
1,5 MW di energia di riserva
in circa 12 ore».
Diverse aziende in Europa
hanno annunciato di voler
creare una rete decentralizzata
di idrogeno. È l’ inerzia
attuale all’interno di questo
ambiente tecnologico. In pratica,
si installano elettrolizzatori
alimentati da energia
verde, collocati in un’area
di stoccaggio. Vogliono portare
l’idrogeno il più vicino
possibile ai clienti, servendo
almeno l’ultimo miglio o
addirittura attraverso piccole
condutture. «Quale sarà il
vettore dell’idrogeno in futuro?»,
ha chiesto al pubblico
Armin Fürderer. La risposta
è la seguente: «Al momento
sembra essere l’ammoniaca».
Nella prima parte del resoconto
del Simposio, vi abbiamo
parlato dell’elettrolizzatore
di Hoeller. Per dare seguito
a quanto scritto nel numero
di ottobre di DIESEL, riportiamo
alcuni progressi applicati
alla tecnologia da “1,5
MW per stack”: una migliore
connettività per ridurre la necessità
dei catalizzatori; uno
strato di trasporto poroso, per
avere una minore resistenza al
fine di aumentare la potenza e
l’efficienza; piastra bipolare,
per l’ottimizzazione del campo
di flusso per massimizzare
la potenza. Di seguito, alcune
informazioni tecniche aggiuntive
sulla seconda generazione
di Prometheus L Stack (Prometeo
rubò il fuoco agli dei
per donarlo all’umanità). La
potenza assorbita è fino a 1,5
MW, con circa 312 celle, per
una superficie attiva di circa
1.180 cm 2 /cella. Fino a 750
Volt DC e 2.500 Ampere, il
consumo di corrente alternata
a piena capacità è di circa 4,5
kWh / Nm 3 . Le pile sono progettate
per almeno 80.000 ore
di funzionamento. Il consumo
di acqua è inferiore a 1 litro
per Nm 3 H2. E il tempo di risposta?
Inferiore a 10 secondi
in entrambe le direzioni. Le
caratteristiche di produzione
dell’idrogeno sono fino a 680
chili al giorno, operando a
40 bar di pressione, con una
temperatura di esercizio dello
stack di 80 gradi Celsius al
massimo.
Per l’idrogeno
Infine, entriamo nel dettaglio
delle architetture disponibili
per i carburanti a idrogeno.
Hanno iniziato con Fcd250,
65 chilowatt per modulo, che
non stanno più utilizzando.
Nella fase pilota, utilizzano
moduli da 100 chilowatt, che
nel 2025 saranno aggiornati
a 150 chilowatt per modulo.
«Al momento garantiamo
10.000 ore, ma arriveremo a
25.000 ore di fine vita. Stiamo
discutendo con un installatore
una soluzione da 1,5 MW,
per testarla in un ambiente
scalabile. Abbiamo bisogno
di qualcosa che funzioni,
soprattutto nel sito di stoccaggio»
conclude Fürderer.
Essendo applicabile a cielo
aperto senza alcuna infrastruttura,
a parte l’idrogeno, il dimostratore
autonomo di celle
a combustibile è molto più di
un banco di prova. Dotato di
un sistema statico di Ups e
di batterie agli ioni di litio, il
dimostratore può essere adattato
a diversi casi d’uso dei
clienti. La dimostrazione di
altri concetti per l’integrazione
di sistemi modulari di celle
a combustibile nelle asettative
di Rolls-Royce getterà le basi
per la generazione di energia
su larga scala dalla tecnologia
delle celle a combustibile
Pem.
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