Carburanti ecologici: motori vecchi carburanti nuovi

Nuovi carburanti, ecologici e sostenibili, al posto degli inquinanti gasolio e benzina, continuando a utilizzare gli attuali motori termici, ovviamente riadattati. A questo stanno lavorando i tecnici e gli ingegneri di PUNCH Torino, storico centro di sviluppo dei motori General Motors.

I motori a combustione, in particolare i motori a combustione interna (ICE), da oltre un secolo sono la tecnologia dominante nel settore dei trasporti. Dalle auto alle navi, tutto si muove grazie a un motore termico. Allo stesso tempo, come ben sappiamo, proprio i motori a combustione interna sono tra i maggiori responsabili dell’attuale problema climatico per l’emissione dei cosiddetti gas serra.

E allora, come fare per il futuro? A questo riguardo, l’Europa ha le idee chiare: dal 2035 non si potranno più vendere nuove auto con motori benzina o Diesel. Lo hanno definitivamente deciso qualche mese fa i ministri europei dell’Energia, che hanno ratificato a maggioranza lo stop ai motori a combustione interna, fatta eccezione per quelli che verranno alimentati con e-fuel.

Infatti, a differenza delle prime proposte che prevedevano il blocco totale dei motori termici, indipendentemente dal combustibile utilizzato, la proposta approvata esclude dal divieto i motori che utilizzano carburanti ecologici o alternativi. Parliamo di quei combustibili come biocarburanti, gas naturale o idrogeno che possono essere prodotti in modo più sostenibile ed emettono meno sostanze inquinanti quando vengono bruciati.

Allo stesso tempo, tutto ciò prevede che questi carburanti alternativi siano facilmente disponibili. Da qui la sfida a sviluppare una rete di distribuzione sufficientemente capillare, fattore che, insieme ai costi, può ostacolarne l’adozione diffusa.

Passando al nostro mondo, quello del diporto nautico, e navale più in generale, anche se non è previsto alcuno stop – almeno per ora – queste dinamiche sono egualmente pressanti, se non altro in termini di sensibilità ambientale.

Ma come è possibile immaginare la transizione ecologica della mobilità sull’acqua? Solo elettrica come sta avvenendo per le auto? Precisando che anche per il settore automobilistico non è realistico immaginare di affidarsi unicamente alla motorizzazione elettrica, tanto più non è realistico immaginare una mobilità sul mare esclusivamente elettrica, perché ciò vorrebbe dire, almeno con la tecnologia oggi disponibile, una quantità di batterie improbabile per una nave che deve navigare per settimane, se non mesi.

Per una nave, ma anche per una normale imbarcazione da diporto che deve fare un trasferimento dal continente alla Sardegna. Ecco allora entrare in gioco i combustibili alternativi, che permettono di mantenere gli attuali motori – anche se opportunamente modificati – e allo stesso tempo ridurre significativamente le emissioni.

Di tutto questo abbiamo parlato, durante lo scorso salone di Genova, con Pierpaolo Antonioli, AD di PUNCH Torino S.p.A., la Core Company che consente al Gruppo PUNCH di guidare l’ingegneria dei sistemi di controllo e di propulsione innovativi grazie alla competenza unica di sviluppare, produrre e integrare tecnologie, sistemi e processi collaudati per soluzioni chiavi in mano.

L’Heritage 9.9 US di Castagnola Yacht è una bellissima barca, dallo stile retrò ma tecnologicamente modernissima. Soprattutto dal punto di vista della motorizzazione, nella quale c’è lo zampino di Punch. Cosa ci può dire a riguardo?

Sul Castagnola sono stati installati due potenti motori che, ingegnerizzati da PUNCH, utilizzano combustibile HVO. Ed è proprio l’utilizzo dell’HVO a rappresentare un passo concreto nella riduzione delle emissioni inquinanti.

Di che cosa si tratta esattamente?

L’HVO, ovvero Hydrotreated Vegetable Oil, è il biocombustibile prodotto da ENI, un prodotto già oggi disponibile alla pompa. Si tratta di un combustibile di origine vegetale, ovvero olii vegetali trattati con idrogeno e poi opportunamente filtrati e depurati per creare un combustibile assolutamente equivalente al Diesel ma con il vantaggio di avere zero emissioni di CO2. O meglio, neutro in termini di emissioni di CO2. Infatti, trattandosi di oli vegetali, la pianta durante la sua vita assorbe CO2 che viene restituita quando il biocombustibile brucia con un bilancio complessivo pari a zero. Quindi, di fatto, non viene immessa in atmosfera CO2 in eccesso. Questo è un modo per poter continuare a utilizzare motori a combustione interna senza aumentare il livello di CO2 esistente. Quella dell’utilizzo dei biocombustibili, del HVO, è una strada già percorsa in passato per l’automotive, dove l’utilizzo dei biocombustibili è una prassi consolidata. Diversa la situazione nel settore marino.

Tornando all’Heritage 9.9 US, chi produce i suoi motori?

Su quella barca sono stati installati due motori da 500 HP che, come detto, utilizzano combustibile HVO. Sono prodotti dalla storica azienda danese Bukh, da oltre 100 anni specializzata in motori Diesel per applicazioni marine, partendo da motori General Motors che sono stati ingegnerizzati da noi sia per la marinizzazione sia per l’utilizzo dell’HVO. Possiamo fare tutto ciò perché PUNCH progetta e sviluppa i motori General Motors. Lo faceva in passato, quando era parte integrante del gruppo GM; lo fa oggi che è parte del gruppo PUNCH, quindi continua a lavorare sui motori GM grazie ad accordi di partnership.

 

 

Il pubblico conosce bene General Motors – GM – ma non conosce PUNCH, che è un nome nuovo per chi non è addetto ai lavori. In pratica, che cosa fate?

PUNCH è un centro di ingegneria per lo sviluppo dei motori Diesel. Partiamo dal disegno del motore stesso per arrivare allo sviluppo dell’elettronica, per finire con tutte le fasi di verifica e collaudo sui prototipi. La nostra sede è a Torino, dove non produciamo motori ma lavoriamo su motori che sono stati sviluppati da noi e che continuiamo a sviluppare per i nostri clienti, o meglio partner, che ad oggi sono GM e Renault con la quale abbiamo fatto un accordo importantissimo a dicembre 2022. Poi, dato che abbiamo il know-how completo del motore e sottoscritto accordi che ci permettono di lavorare su questi motori e fornirli per le diverse esigenze, possiamo modificarli per adattarli, per esempio, all’uso marino o per nuovi combustibili. Oltre ai motori Bukh per il Castagnola, stiamo sviluppando per Oxe un motore Diesel per un fuoribordo.

Un fuoribordo Diesel con motori GM?

Esatto. Oxe Marine è un’azienda svedese che produce fuoribordo Diesel – una delle poche al mondo – e le sue soluzioni brevettate consentono ottime performance. Abbinando una testata marinizzata proveniente dall’industria automobilistica e il piede poppiero, hanno ottenuto un’elevata richiesta di fuoribordo. Una delle nostre prime collaborazioni è stata proprio finalizzata a utilizzare un motore Diesel General Motors da 2 litri sviluppato a Torino per marinizzarlo e integrarlo all’interno del fuoribordo OXE200. Dunque, grazie a questa collaborazione, Oxe Marine integra al suo interno la notevole competenza ingegneristica e tecnologica nel settore automobilistico propria di PUNCH e tutto ciò le permetterà di migliorare ulteriormente i suoi motori Diesel, che già oggi sono a basse emissioni, sviluppando ulteriori soluzioni che soddisfino anche le future normative antinquinamento del settore nautico. Questa nostra collaborazione è nata proprio qui al salone di Genova qualche anno fa, ed è una partnership che pone le basi per molte opportunità. Ad esempio la possibilità di lavorare sui vari modelli di motori a combustione interna, compresi quelli alimentati a idrogeno, per i quali PUNCH, attraverso la sua controllata PUNCH Hydrocells, ha una notevole competenza.

Dunque, PUNCH non è specializzata esclusivamente nello sviluppo di motori Diesel.

No, infatti. Tradizionalmente sviluppiamo motori Diesel, tuttavia, nell’ottica dell’utilizzo dell’idrogeno, un carburante per il quale il motore è ad accensione comandata (in pratica ci sono le candele), abbiamo iniziato a sviluppare anche tutte quelle parti tipiche del motore a benzina. Tanto che il positivo andamento di questa attività ci sta spingendo a lavorare anche sui motori a benzina di alcuni nostri clienti. Ma tornando all’idrogeno, noi crediamo che in una prospettiva a medio termine esso possa essere utilizzato in miscelazione, così come si fa già oggi con i biocarburanti.

Quindi per alimentare i motori del futuro potremmo avere, ad esempio, un serbatoio Diesel e uno di idrogeno per poi miscelare i due carburanti a seconda delle prestazioni desiderate?

È esattamente quello che stiamo facendo, per esempio sulle auto. E sistemi di questo tipo stanno già prendendo piede per varie applicazioni industriali, dove il rifornimento è un problema risolvibile perché viene effettuato sempre con le stesse modalità e nello stesso luogo.  Infatti, il problema dell’idrogeno, oggi, come in origine con il metano, è rappresentato dalla sua disponibilità e dal suo accumulo: serbatoi e tutto il resto. Se però incominciamo a sviluppare soluzioni in cui l’idrogeno, anziché utilizzarlo puro al 100%, lo si utilizza al 20-30 %, si ottiene un sistema bi-fuel con il quale automaticamente si riducono del 20-30% le emissioni di CO2. Può sembrare poco ma in realtà non è così perché un Diesel moderno ha già emissioni molto ridotte e produce poca CO2 che, comunque, viene ulteriormente ridotta.

Tutto questo è reso possibile dal livello tecnologico raggiunto dai motori a combustione interna che oramai hanno dei livelli di riduzione di Nox – gli ossidi di azoto – e di idrocarburi incombusti bassissimi rispetto al passato. Parliamo di ordini di grandezza di 10, 20, fino 100 volte di meno. Tanto che oggi il vero problema rimasto sono le emissioni di CO2, elemento che contribuisce all’effetto serra e al riscaldamento globale di cui vediamo gli effetti sul clima. Per cui la priorità numero uno è quella che i nostri motori non emettano CO2 addizionale, come nel caso dell’HVO che, come dicevo prima, ha un bilancio neutro tra la CO2 che assorbe la pianta da cui si ricava il carburante e quella poi rilasciata nella combustione. Oppure utilizzare l’idrogeno.

 

Sempre riguardo all’utilizzo dell’idrogeno, come devono essere modificati i motori per permetterne l’utilizzo?

Il motore Diesel di per sé si presta molto bene ad essere retrofittato, ad esempio con un sistema a idrogeno. Noi già lo scorso anno, proprio qui a Genova, avevamo presentato un prototipo a iniezione indiretta, un 8 cilindri Diesel nel quale si iniettava idrogeno nel collettore di aspirazione. Quindi la modifica sul motore era limitata e, tutto sommato, semplice, perché il cuore del motore non veniva modificato. E, nonostante tutto, si bruciava una miscela contenente idrogeno che, a seconda della percentuale utilizzata, determinava un’equivalente riduzione di CO2.

Di contro si ha un leggero decadimento delle prestazioni, cosa che non avviene con l’iniezione diretta in cui l’idrogeno viene iniettato direttamente nella camera di combustione. In questo modo il motore a idrogeno diventa performante come un Diesel moderno, se non di più, e al contempo abbiamo zero CO2. Proprio per arrivare un motore ad iniezione diretta, abbiamo sviluppato tutta la tecnologia necessaria, disegnando una nuova testata e sviluppando dei nuovi iniettori.

Infatti, l’iniettore a iniezione diretta per l’idrogeno è un oggetto molto sofisticato, complesso, perché l’idrogeno ha una serie di criticità, tra cui l’assenza di lubrificazione. Proprio riguardo allo sviluppo dei nuovi iniettori, il recente ingresso in casa PUNCH di Vitesco Technologies Italy di Pisa, una delle più importanti aziende produttrici di iniettori benzina, ha reso tutto più facile. Così, da un lato abbiamo il motore, dall’altra la componentistica: li mettiamo insieme e vien fuori il prodotto finito!

E quando saranno disponibili questi nuovi motori a idrogeno?

Per i motori a iniezione diretta penso che saremo pronti a entrare in produzione nell’arco di 3-4 anni. Invece, per i motori a iniezione indiretta prevediamo di entrare in produzione già il prossimo anno. Ad esempio, quest’ultima sarà una tecnologia disponibile per i generatori Tecnogen che poi inizieremo ad introdurre in altre applicazioni, partendo da quelle di tipo commerciale, come autobus, oppure di tipo industriale come i generatori, appunto. Oppure applicazioni dove abbiamo transitori limitati, quindi regimi di funzionamento costanti, come una barca.

Per quanto riguarda l’iniezione diretta, questi oggetti sono invece pensati per quelle applicazioni più onerose come le auto, che hanno regimi di funzionamento molto variabili. Ad esempio Toyota ha applicato su un suo dimostratore – una vettura sportiva – proprio un sistema a iniezione diretta a idrogeno modificando un motore a benzina. Anche Kawasaki sta lavorando su soluzioni analoghe, ovvero su un motore a iniezione diretta di idrogeno per una moto. In pratica, pian piano tutti si stanno avvicinando e stanno sperimentando questa tecnologia, mentre quello che manca ad oggi è la rete di distribuzione. Perché la tecnologia già c’è, visto che i nostri motori stanno girando sui banchi prova da mesi e a breve saranno pronti.

In attesa di risolvere i problemi legati alla rete di distribuzione e alla disponibilità, quali sono le applicazioni che già oggi consentono l’utilizzo dei motori ad idrogeno?

Un primo impiego è sicuramente nel trasporto commerciale, laddove il punto di rifornimento è sempre lo stesso. Quindi autobus, treni, mezzi industriali. Nel campo marittimo stiamo discutendo con le autorità portuali per l’utilizzo dei motori a idrogeno per tutti quei mezzi portuali di supporto al traffico marittimo che possono essere ricaricati direttamente in banchina. I porti di Trieste, Livorno e altri porti del Nord Europa si stanno dotando di questi sistemi, in primo luogo proprio per rifornire questi mezzi.

Oppure per il cold ironing o shore connection, ovvero l’alimentazione da banchina delle grandi navi, navi da crociera e megayacht compresi, che oggi, quando sono in porto, devono comunque tenere accesi i motori per alimentare i servizi di bordo. Parliamo di centrali elettriche da 9-10 MegaWatt a emissioni zero perché dotate di motori a idrogeno che lavorano come generatori, quindi alimentati dalla rete di distribuzione di terra.

 

 

Un nuovo carburante, l’HVO, per l’Heritage 9.9 US di Castagnola Yacht

Non fidatevi delle apparenze: dietro quel design retrò che conferisce alla barca il fascino di altri tempi, l’Heritage 9.9 del cantiere ligure Castagnola Yacht nasconde tanta tecnologia e tanta modernità. Soprattutto per quel che riguarda la motorizzazione, che abbina prestazioni velocistiche di rilievo a un elevato livello di sostenibilità ambientale grazie ai due potenti motori Bukh dei quali abbiamo accennato nell’articolo.

Per saperne di più, siamo saliti a bordo dell’Heritage Hydro 9.9 con Paolo Pagano e Stefano Barbato di PUNCH Torino, due degli ingegneri che hanno lavorato in prima persona proprio su questo progetto.

Qual è stato il vostro ruolo nella motorizzazione dell’Heritage 9.9?

1. Noi in PUNCH seguiamo il settore marino e, nel caso dell’Heritage, abbiamo seguito tutto il progetto di motorizzazione, quindi la parte meccanica ed elettronica, compresa la sua integrazione a bordo, per arrivare al dashpanel, il cruscotto, le leve di comando, i cablaggi e tutto il resto.

Quali sono le caratteristiche dei motori?

6. Si tratta di due GM V8 da 500 HP da 6.6 litri Diesel di estrazione GM, alimentati sia a Diesel sia ad HVO, il carburante biologico di Eni già in distribuzione alle pompe di benzina.

Quali sono i vantaggi nell’utilizzare l’HVO?

1. L’HVO permette di mantenere alte performance del motore ma anche di tagliare molto le emissioni. Quindi è un combustibile perfetto per la transizione tra il carburante Diesel convenzionale e il carburante idrogeno, perché con l’HVO si mantiene lo stesso hardware, lo stesso motore, ma si tagliano le emissioni.

In particolare quali emissioni vengono ridotte?

1. Un po’ tutte: CO2, NOX eccetera, soprattutto ai bassi regimi. Di conseguenza, il suo utilizzo è molto utile in quei casi dove i motori lavorano spesso a bassi regimi, proprio come nel caso del diporto. In questi casi si ottiene un taglio considerevole proprio della produzione di fumo e, parallelamente, una riduzione dei consumi. Ed è una cosa di cui è facile rendersi conto a bordo, dove l’odore del Diesel incombusto è molto attenuato.

Avete detto che il motore montato su Heritage è un General Motors: si tratta dello stesso montato sulle auto?

250. Esattamente. È un motore che proviene dal mondo dall’automotive, supercollaudato e super affidabile perché studiato e testato per avere una durabilità di 250.000 km e 10 anni di vita. Su questo motore abbiamo sviluppato le modifiche per l’utilizzo dell’HVO e tutta la componentistica per la sua marinizzazione.

Il prossimo step?

1. Il prossimo step sarà il motore a idrogeno, su cui crediamo molto, specie se abbinato all’utilizzo di idrogeno prodotto da energie rinnovabili, il cosiddetto idrogeno verde, con il quale il motore diventa al 100% a emissioni zero.

Come funziona il motore ad idrogeno?

1. Il motore a idrogeno funziona come un Diesel ma con dei particolari iniettori e, a sua differenza, invece di avere un’accensione spontanea per compressione, ha un’accensione comandata da candele. Però il monoblocco rimane lo stesso.

Quali sono le prestazioni di un motore a idrogeno comparato con un Diesel equivalente?

1. Sono praticamente sovrapponibili. A parità di potenza si hanno dimensioni e pesi molto simili. Forse con un leggero svantaggio a carico del motore a idrogeno, almeno al livello attuale di sviluppo. Però, con l’enorme il vantaggio di avere emissioni zero.

E come viene stoccato a bordo l’idrogeno?

1. In bombole ad alta pressione. Ma il problema vero oggi è il reperimento dell’idrogeno perché ancora non esiste una rete di distribuzione. Attualmente c’è una pompa a Bolzano, per le auto ovviamente, ma ce n’è una anche a Marghera. Però è un discorso in evoluzione sul quale si sta investendo tanto: ad esempio sono in corso studi ed esperimenti per trasportare l’idrogeno combinato con il metano utilizzando la rete esistente, per poi separarli al momento del rifornimento.