Idrogeno, il “carburante” verde, il futuro dei motori
Utilizzare l’idrogeno come “carburante” per gli attuali motori termici, ovviamente riadattati. È questa la proposta green del gruppo Punch, la multinazionale belga che distribuisce e cura lo sviluppo tecnologico dei motori General Motors.
Stop alla vendita delle auto a combustione interna (Diesel e benzina) entro il 2035. È la proposta della Commissione Europea, che, concretizzatasi quest’estate, dovrà essere ratificata dal Parlamento Europeo entro due anni. Si tratta di una proposta, certo, che andrà sviluppata e dettagliata in termini sia temporali sia di sviluppo di adeguate alternative ma, tuttavia, ribadisce un trend ormai chiaramente definito che influenzerà pesantemente tutti i settori della mobilità, nautica compresa.
In questa prospettiva, però, l’alternativa non può essere solo l’elettrico, poiché, come sostiene l’Acea – associazione europea dei costruttori del settore automobilistico – che ha espresso un iniziale parere negativo sulla proposta, affermando che “bandire una singola tecnologia non è un modo razionale di guardare avanti “, dovrà necessariamente comprendere una pluralità di fonti energetiche e le tecnologie ad esse collegate.
Dunque, nel caso specifico dei propulsori marini, l’obiettivo green – ovvero la loro decarbonizzazione – va raggiunto attraverso una serie di valide alternative che, oltre alla propulsione elettrica e quella ibrida, preveda anche i motori a combustione interna ma con combustibili alternativi come l’idrogeno e il metanolo. Parliamo di un futuro tutto da scrivere ma di eccezionale importanza dal punto di vista strategico.
In questo scenario, Punch Group – la multinazionale belga che nel febbraio 2020 ha acquisito il centro engineering di Torino della General Motors e che distribuisce i motori della casa motoristica americana – ha fatto la sua proposta di mobilità nautica sostenibile in occasione dell’ultimo salone nautico di Genova, presentando – mediante la sua branch Punch Hydrocells – un motore termico che utilizza come carburante l’idrogeno: l’Hydrogen V8 6.6l che, basato sul motore Diesel GM DURAMAX V8, verrà installato sull’Heritage Hydro 9.9 del cantiere ligure Castagnola Yacht, primo motoryacht del genere che vedremo in acqua in occasione del salone 2022. Insomma, un motore convenzionale che brucia idrogeno al posto del gasolio e, quindi, non produce anidride carbonica (ricordiamo che la combustione dell’idrogeno avviene con l’ossigeno presente nell’aria e come scarto produce principalmente acqua). Non solo. Dato che si tratta di un motore Diesel convenzionale con modifiche e adattamenti alquanto ridotti, si salvaguarda anche tutta la filiera produttiva esistente, compresi i posti di lavoro. “Perché – come sostengono in casa Punch – la differenza non la fa il motore, ma la fa il carburante”.
Non a caso, attraverso partnership mirate, Punch Group vuole promuovere la più ampia diffusione di prodotti e tecnologie carbon neutral. Un esempio per tutti è la creazione dell’alleanza H2-ICE, volta a promuovere l’uso dell’idrogeno nei motori a combustione interna nel settore del trasporto pubblico.
Abbiamo approfondito tutti questi argomenti con Pierpaolo Antonioli, AD di PUNCH Torino.
Punch propone di utilizzare motori termici convenzionali alimentati a idrogeno. Quali sono i vantaggi?
Si tratta di un’alternativa secondo noi vincente per una serie di motivi, a partire dalla tecnologia consolidata e affidabile per la quale già esiste una rete di assistenza strutturata e capillare. Parliamo di un motore Diesel tradizionale dove cambia solo il carburante, da gasolio a idrogeno. Il risultato è un motore omologabile a zero emissioni di CO2 perché emette meno di un grammo per kilowattora di anidride carbonica.
Per quanto riguarda i costi?
Una volta ammortizzati i costi di sviluppo, un motore a idrogeno ha un costo pressoché equivalente a quello di un motore Diesel tradizionale: da una parte c’è qualcosa in più in termini di componentistica ma, dall’altra, il sistema di trattamento dei gas di scarico è molto più semplice e meno costoso. Poi, sicuramente c’è il costo aggiuntivo del serbatoio per l’idrogeno ma, in fin dei conti, le cose si bilanciano. Invece il costo di una fuel cell è oggi ancora molto elevato, comunque decisamente superiore a quello di un motore a combustione interna.
Inoltre, una fuel cell ha bisogno di un grado di purezza dell’idrogeno molto elevato, altrimenti perde drasticamente di efficienza, contrariamente a quel che succede in un motore termico, che brucia l’idrogeno senza problemi, anche se non è purissimo, con un’efficienza praticamente invariata. Non a caso, al di là dei costi, nelle situazioni operative difficili in cui non è possibile garantire la purezza dell’idrogeno o la purezza dell’aria necessaria alla combustione, come si riscontra in particolari ambienti marini o industriali, oppure in quello dei trattori che fanno movimento terra, alle fuel cell è decisamente preferibile un motore termico a idrogeno.
La domanda che tutti si pongono è quella relativa alla distribuzione: dove si fa rifornimento di idrogeno?
La distribuzione dell’idrogeno è oggi il vero punto dolente di questa tecnologia. E non a caso è un tema fondamentale nella strategia dell’Unione Europea per la mobilità sostenibile e la riduzione delle emissioni, a partire dai settori industriali, che saranno i primi a convertire le loro tecnologie. Non potendo utilizzare le batterie o le celle a combustibile, avranno necessità di utilizzare i motori termici e, perciò, sarà necessario creare degli appositi hub di distribuzione. Penso ad esempio al trasporto pubblico, dove è possibile centralizzare il rifornimento di idrogeno, che può essere prodotto in vari modi.
Ad esempio, dalle energie rinnovabili come il solare, da cui ricavare, attraverso elettrolisi, idrogeno “verde”, cioè completamente green. Oppure dal metano, da cui ricavare idrogeno grigio, cioè non completamente green ma che può diventare verde con successivi trattamenti.
Intanto, però, l’Unione Europea propone lo stop alla produzione di tutti i motori a combustione interna entro il 2035. Come vi ponete di fronte a questa prospettiva?
Lo stop della produzione di motori a combustione interna è una soluzione tecnica secondo noi semplicistica che non centra l’obiettivo, che, invece, è il raggiungimento delle emissioni zero. L’estrema semplificazione di oggi, secondo la quale transizione ecologica significa solo motori elettrici, oltre a non risolvere un problema in realtà ben più complesso, rischia di ammazzare tutta una filiera che, al di là della perdita dei posti di lavoro, causa la perdita della capacità di produrre soluzioni per mercati e situazioni dove l’elettrico non è – e non può essere – la soluzione.
Penso a quei Paesi dove non esistono adeguate reti di distribuzione elettriche, come quelli in via di sviluppo o quelli molto vasti come Russia o Canada e gli stessi Stati Uniti. In questo scenario, come Gruppo PUNCH siamo fortemente impegnati per un futuro a emissioni zero attraverso lo studio di nuovi sistemi di propulsione da immettere sul mercato, incluso il motore a combustione interna a idrogeno che fornisce una soluzione a zero emissioni e presenta vantaggi in termini di peso e tempo di ricarica rispetto alla propulsione a batteria.
Per noi l’elettrico non è nemico del motore a idrogeno ma è complementare. La transizione ecologica che noi immaginiamo non prevede un’unica soluzione, come può essere l’elettrico o le fuel cell, bensì un ventaglio di soluzioni in cui convivono l’elettrico, l’idrogeno, il motore a idrogeno, i motori termici tradizionali, compreso il motore Diesel che, per alcune applicazioni, è ancora insostituibile, almeno secondo noi. D’altronde, problemi complessi richiedono soluzioni complesse.
A proposito di complessità, immaginiamo che gli aspetti normativi legati all’idrogeno, al suo utilizzo e stoccaggio, siano anch’essi decisamente complessi.
Dice bene. Ad esempio, mancano le norme tecniche per la gestione dell’idrogeno, sia per l’uso delle fuel cell sia per i motori a idrogeno. Sono aspetti normativi complessi che non riescono a seguire un’evoluzione tecnica che invece è molto veloce. Aspetti sui quali stiamo lavorando con ministeri ed enti di classifica. Più in generale, rispetto a questa complessità, stiamo presentando la nostra proposta integrata ai ministeri della Transizione Ecologica, dello Sviluppo Economico e dei Trasporti, coinvolgendo anche altri player come Rina, Fincantieri, Snav, Eni ed Enel. Perché la transizione ecologica è un problema complesso che va gestito in modo integrato da tutti gli attori e non può essere semplificato dicendo ‘solo motori elettrici o solo idrogeno’.
Quali sono i vostri prossimi passi sul piano più tecnico?
Nei nostri laboratori, abbiamo appena messo sui banchi di collaudo i nostri nuovi motori a idrogeno e incominciato i test di verifica e validazione. Inoltre, stiamo lavorando con le autorità di alcuni grandi porti su alcuni progetti che prevedono centrali elettriche da 9-10 MegaWatt dotate di motori a idrogeno che lavorano come generatori, quindi alimentati dalla rete di distribuzione di terra. Si tratta di centrali funzionali all’alimentazione e la ricarica delle grandi navi attraccate, navi da crociera e mega yacht compresi, centrali a emissioni zero decisamente più economiche di centrali alimentate con celle a combustibile.
IL MOTORE A IDROGENO
PUNCH Hydrocells, con sede a Torino, è la neonata società del gruppo PUNCH (leader mondiale del settore automobilistico e tecnologico) che ha come obiettivo lo sviluppo, la fornitura e l’integrazione di sistemi di propulsione e accumulo di energia basati sull’idrogeno. Tre le sue principali articolazioni: H2-ICE (motori a combustione interna a idrogeno), FC (integrazione e controllo di celle a combustibile) e PSD (integrazione e controllo di sistemi di accumulo di energia a idrogeno), alle quali si aggiunge lo sviluppo interno di elettronica e software.
Al suo interno opera un team avente un’ampia rosa di competenze: dall’intelligenza artificiale all’elettronica di controllo, dall’ingegneria meccanica ed elettrica all’utilizzo dell’energie rinnovabili. Di questo team fa parte l’ingegner Stefano Scalabrini, project leader del settore sviluppo tecnologia motori a idrogeno, al quale abbiamo rivolto alcune domande.
Com’è nato il vostro motore alimentato a idrogeno?
Siamo partiti da un motore Diesel convenzionale, il nostro GM Duramax V8 6.6l, che abbiamo modificato per bruciare idrogeno puro iniettato allo stato gassoso direttamente nel collettore di aspirazione. Essenzialmente abbiamo rimosso gli iniettori del gasolio, introdotto il sistema di accensione – in pratica una candela – e inserito iniettori specifici per l’idrogeno che sono stati forniti dal gruppo Landi Renzo, che opera sia nel settore nautico sia in quello automobilistico. Inoltre, abbiamo modificato i pistoni per modificare il rapporto di compressione e abbiamo sostituito alcuni materiali non compatibili con l’idrogeno, come ad esempio le sedi delle valvole.
Infatti, essendo la combustione a idrogeno “secca”, necessita di materiali adeguati che, tra l’altro, non soffrano del cosiddetto “infragilimento da idrogeno”: un fenomeno che interessa diversi metalli, tra i quali alcuni acciai. Per aumentare la quantità di idrogeno imbarcabile e quindi l’autonomia, l’idrogeno è stoccato a 700 bar nelle bombole, sempre fornite da Landi Renzo, a valle delle quali c’è una serie di riduttori di pressione che la riducono fino ai 10bar ai quali lavora l’iniettore. In pratica, a parte alcune differenze e specificità, il motore alimentato a idrogeno lavora in modo simile a quello alimentato a metano.
Perché è un motore sostenibile?
Perché è un motore omologabile a zero CO2, in quanto emette meno di un grammo di anidride carbonica per kilowattora. Anche le altre emissioni sono molto basse, a partire dai NOX, gli ossidi di azoto frutto di una qualsiasi combustione che, proprio per questo, sono comunque presenti. Ma in quantità pari a circa un decimo rispetto alle emissioni di un motore Diesel.
Quali sono gli altri suoi vantaggi?
A parte la sua piena sostenibilità ambientale, un motore alimentato ad idrogeno si basa su una tecnologia pienamente consolidata. D’altronde i motori Diesel esistono da oltre 100 anni! È questo uno dei principali punti di forza. Cambia il carburante ma il motore resta lo stesso, quello di sempre, quindi ultra collaudato e affidabile. Anche in termini di assistenza è possibile utilizzare la filiera esistente, diffusa e capillare, che può tranquillamente intervenire perché il motore è molto simile a quello alimentato a gasolio.
Dunque, in estrema sintesi, la logica di questo motore è quella di raggiungere zero emissioni di CO2 come un motore elettrico alimentato da una batteria o da celle a combustibile, ma con il vantaggio di utilizzare una tecnologia consolidata e affidabile per la quale già esiste un’eccellente rete di assistenza.
Inoltre, è un motore che può essere montato sulle architetture esistenti, che siano quelle di un’auto o di una barca, senza particolari modifiche o adattamenti perché, in sostanza, si tratta di un’unità termica convenzionale a tutti gli effetti, come un normale Diesel. Le modifiche più consistenti sono invece legate all’alloggiamento delle bombole di stoccaggio dell’idrogeno, che occupano un volume complessivo maggiore rispetto ai serbatoi di gasolio e hanno le problematiche legate all’alta pressione di stoccaggio.
Restano però i problemi di rifornimento.
Le attuali politiche di sostenibilità ambientale, che vedono l’idrogeno come uno dei principali attori, porteranno sicuramente alla realizzazione di una rete di distribuzione. Ovviamente ci vorrà del tempo perché diventi capillare, ma è molto probabile che i primi hub di distribuzione in particolari siti a elevato traffico li vedremo prima di quanto si possa pensare. In alcuni Paesi del nord Europa già sono operative alcune stazioni di rifornimento, specie nei grandi porti, e si sta pensando di realizzare altrettanto in località come Savona, Venezia, Ravenna.<p style=”text-align: center;”></p>
