Powertrain 2023-10

mare
di Bari. Le attenzioni del gruppo ingegneristico
di ricerca saranno dedicate a tutti i componenti
sensibili, dalle teste cilindro, a pistoni, sensori
e attuatori, turbo, collettori di aspirazione e di
scarico, alla distribuzione. Oltre 1.000 ore sono
state spese dal 16V170G e da 12V170G per
convalidare prima l’Hvo a banco di prova e in
configurazione gruppo elettrogeno. Sotto la lente
d’ingrandimento è finita la progettazione della
camera di combustione, complice le simulazioni
in Cfd (Computational fluid dynamics), per verificare
gli effetti più “scorbutici” dell’idrogeno,
quali detonazione e preaccensione, oltre alle problematiche
legate alla velocità di combustione
e alle temperature. Il 12 cilindri è stato testato
con il 100% di idrogeno. L’ingegneria di Isotta
Fraschini si è occupata della verifica e della calibrazione
della combustione dell’idrogeno sul
singolo cilindro, sia con iniezione indiretta che
diretta, per verificare l’efficienza del motore di
fronte alle sfide della complessità tecnologica.
L’esplorazione dell’universo idrogeno non
è avvenuta in solitaria. Al Joint research centre
(Jrc) di Petten, in Olanda (gli altri centri Jrc
della Commissione europea si trovano a Geel,
in Belgio, a Karlsruhe, in Germania, a Ispra, nel
varesotto, e a Siviglia, in Spagna), è in gestazione
una cella a combustibile da 30 chilowatt.
Ancora Olanda, per via delle attività congiunte
di ricerca con Nedstack, specialista delle fuel
cell, su un progetto da 100 chilowatt. Nell’ottobre
di un anno fa, il Rina ha classificato la
Zeus, acronimo di Zero emission ultimate ship,
di Fincantieri. Lungo 125 metri, 170 tonnellate, è
uno scafo alimentato a idrogeno, con lo zampino
di Isotta Fraschini, Cetena, Seastema, il Cnr, le
Università di Genova, Palermo e Napoli. Zeus
dispone di un’architettura ibrida (con due gruppi
diesel e altrettanti motori elettrici) da utilizzare
come sistema di propulsione convenzionale. In
Genevos a Parigi
A HyVolution c’erano anche
loro. Genevos ha presentato in
quella sede l’Hpm-80 (Hydrogen
power module). Questa cella a
combustibile marina plug-andplay
da 80 kW è impilabile su
scala multi-MW, consentendo
ad applicazioni ad alta intensità
energetica come traghetti e navi
di servizio di azzerare (o quasi)
le emissioni all’elica.
La Hpm-80 si aggiunge alle celle
a combustibile marine Hpm-15 e
Hpm-40, fornendo una soluzione
drop-in per la decarbonizzazione
di imbarcazioni e navi con
sistemi di propulsione da 10
chilowatt a 5 MegaWatt. La
gamma è in fase di certificazione
di omologazione e il primo
sistema multi-stacked Hpm-80
sarà consegnato quest’estate.
Applicazioni immediate possono
essere legate all’ibridazione.
Una vasta gamma di
applicazioni commerciali, come
le imbarcazioni di servizio, da
pesca e da pattugliamento,
operano a bassa velocità,
relegando il motore a
combustione interna a regimi
estranei alla coppia massima.
In questi casi Genevos candida
la propulsione elettrica a celle a
in grado di dimezzare il consumo
di carburante. Inoltre, per le
navi da carico e da crociera
esistenti, gli Hpm-80 possono
essere utilizzati per eliminare le
emissioni in porto e all’ancora,
più, celle a combustibile da 130 kW, alimentate
da circa 50 chili di idrogeno, contenuti in 8 bombole
a idruri metallici, e un sistema di batterie,
che insieme consentiranno un’autonomia di circa
8 ore di navigazione a zero emissioni ad una
velocità di circa 7,5 nodi. Un ulteriore esempio
dell’attivismo del braccio motoristico di Fincantieri
è testimoniato da un prototipo di stack da 5
chilowatt presso l’Istituto di tecnologie avanzate
alimentando i sistemi ausiliari
della nave. Con 330 chili,
l’Hpm-80 pesa il 50-60% in
meno di un equivalente gruppo
elettrogeno diesel.
Gli Hpm sono collegati
elettricamente in parallelo per
raggiungere i requisiti ottimali
di potenza dell’imbarcazione,
con ciascun modulo protetto e
controllato per fornire energia
indipendente. La famiglia Hpm
utilizza la tecnologia delle
piastre di grafite resistenti alla
corrosione, integrando gli stack
Cummins-Hydrogenics ad alta
durata (serie HD), che sono
stati sviluppati e testati per
applicazioni pesanti negli ultimi
vent’anni.
per l’energia del Cnr a Messina.
Le membrane di Zucca
Il seminario ha intercettato le varie appendici del
tema, appellandosi a Mauro Risi dell’Eni (Un approccio
globale alla decarbonizzazione marittima),
Paolo Benetti, di Chimitrade (Il metanolo
come combustibile marino), Gianluca Valenti,
del Politecnico di Milano (Stato dell’arte e prospettive
per l’utilizzo dell’idrogeno liquido nelle
applicazioni marine), e Philippe Davignon, di
Genevos (L’elevata durata delle celle a combustibile).
Noi ci soffermeremo sull’intervento di
Tullia Zucca, consulente di ingegneria industriale
e civile: “Produzione di idrogeno verde dalla
scissione dell’ammoniaca in un reattore dotato
di torcia al plasma e membrane speciali”. «Le
membrane che abbiamo creato» dice Tullia Zucca
«a differenza delle altre che arrivano al 30% di
efficienza, sono certificate dall’Olanda per quasi
il 100%. Senza timore di smentita possiamo dichiarare
il 90%. Questa creazione ci libera dalla
schiavitù geopolitica, perché possiamo fare
l’ammoniaca verde. Sia chiaro che l’ammoniaca
verde è la conditio sine qua non, altrimenti non
faccio contratti». Quindi torce al plasma, cioè dispositivi
che erogano plasma tramite un ugello.
E come avviene il processo? «Pirolizziamo gli
idrocarburi, soprattutto il metano. Emissioni negative
per fare l’idrogeno e l’ammoniaca verde,
trasportabile su nave in Europa, a Rotterdam,
spero anche a Ravenna, chiamata a un parere
sul rigassificatore ho proposto di posizionare il
terminale di ammoniaca sulla stessa piattaforma
Eni descrive così il suo HVOlution:
«È composto da una miscela di paraffine
stabili-igroscopiche e, pertanto, è
scarsamente soggetto a contaminazione
batterica. Ha un elevato numero di cetano
che consente un’ottima combustione,
soprattutto nelle partenze a freddo, e
riduce la rumorosità del motore».
(da 8,5 chilometri). L’uso su navi è particolarmente
adatto perché i motori possono funzionare
a idrogeno senza stoccarlo. Pensate alle applicazioni
militari. Se un drone bomba centrasse una
nave alimentata a combustibili fossili innescherebbe
un incendio, su una nave ad ammoniaca
tuttalpiù ammaccherebbe l’arredamento. La torcia
al plasma in Italia suscita polemiche e agita
i comitati, all’Estero è invece ben accetta. Un
reattore dotato di torce al plasma non produce
null’altro che idrogeno e azoto. L’ingegneria del
nostro reattore si compone di quattro versioni,
che abbiamo rappresentato in quattro costruzioni
meccaniche. Presentata a Praga nel 2022, la mia
idea è stata riconosciuta e apprezzata dall’associazione
mondiale membrane. La quarta versione
è studiata appositamente per le navi, perché si
procede rapidamente alla manutenzione, la sostituzione
della membrana può essere fatta facilmente
dall’alto, ma la produzione di idrogeno è
molto più alta rispetto alla seconda e alla terza
versione, per la presenza delle torce al plasma,
che rendono il tempo di contatto dell’ammoniaca
con la scissione praticamente istantaneo».
Università di Eindhoven
Il professor Fausto Gallucci, Professore all’Università
di Eindhoven ha commentato così l’intuizione
di Tullia Zucca: «L’introduzione di uno
stadio di purificazione dell’idrogeno a valle del
reattore a membrana consente di far funzionare
il reattore a temperature più basse e di accettare
una maggiore concentrazione di NH 3
all’uscita
del reattore».
34
35