Motori navali: due sistemi ibridi con potenzialità

L’uso del motore ibrido nel mondo dei trasporti è un fenomeno in costante crescita ma, se nel settore dell’auto la richiesta di questo tipo di vetture continua a crescere (secondo quanto riportato da Greenstart in Italia negli ultimi 4 anni si è passati da una vendita di poco meno di 2500 vetture a poco più di 8000), nel settore navale la diffusione di questi motori sembra essere più lenta. Ad oggi i motori navali ibridi più promettenti sembrano essere quelli alimentati a diesel e LNG (Gas Naturale Liquefatto), come ad esempio il metano.

Questa soluzione dovrebbe ridurre di molto le emissioni di inquinanti (secondo Edison un motore a LNG può generare anche il 25% in meno di CO2 rispetto ad un motore a Diesel) ma ridurre non significa eliminare: si tratta comunque di un sistema a combustione, ed inoltre il metano non è una soluzione completamente green in quanto questo gas ha un forte potere termico ed è quindi uno dei principali responsabili del surriscaldamento del pianeta. Esistono però altre soluzioni, più ecosostenibili, già in commercio o in fase di sviluppo.

Eolico-Diesel. Una delle possibili soluzioni viene chiamata ibrido eolica, ossia quei sistemi che generano energia dalla forza del vento, ovvero una sorta di ritorno al passato e all’utilizzo delle vele.
Questo sodalizio tra idrocarburi e vento è spesso riproposto dagli armatori soprattutto quando si trovano a fronteggiare una crescita eccessiva dei prezzi dei carburanti: una soluzione per ridurre i consumi e quindi i costi che permette di rispolverare vele ed alberi maestri.

Vele. I primi esperimenti concreti in questa direzione infatti si ebbero durante la crisi petrolifera degli anni ’70 durante i quali furono realizzate navi ibride come la giapponese Usuki Pioneer oppure la Aqua City le quali sostenevano di raggiungere una riduzione fino al 30/40% del consumo di carburante durante condizioni di vento ottimali. Ad entrambe le imbarcazioni furono aggiunti 2 grossi alberi maestri che potessero sostenere le enormi vele quadrate.

Questo sistema , però, non è senza difetti, l’inserimento di alberi maestri necessita importanti interventi di ammodernamento che vanno a ridurre il carico e lo spazio disponibile per il carico di merci. Inoltre, bisogna aggiungere che alcuni porti e canali hanno un limite all’altezza degli alberi maestri limitando l’accesso ad alcune aree. Infine, l’introduzione di enormi alberi maestri potrebbe comportare un aumento del numero di marinai con particolari competenze al fine di poter gestire correttamente le vele.

Kite. Un’alternativa alle vele, ma che sfrutta lo stesso principio, è l’utilizzo di un kite (ossia una sorte di paracadute simile a quelli utilizzati nel kitesurf) il quale alzandosi al di sopra della prua e sfruttando la forza del vento trainerebbe l’imbarcazione alleggerendo il lavoro al motore termico. Questa soluzione rispetto alla precedente ha il valore di non avere bisogno di grandi supporti per sostenere le vele ed essere applicabile a qualunque imbarcazione anche di dimensioni più ridotte.

Turbovele. Un’altra soluzione che sfrutta l’energia eolica è quella delle cosiddette “Turbovele”: vele che appaiono di forma cilindrica e che sfruttano l’effetto Magnus (un fenomeno fisico che riguarda gli oggetti in rotazione, lo stesso che dona l'”effetto” alle palle curve negli sport). Inventate negli anni ’20 ebbero una vita molto breve per via della successiva diffusione dei motori termici. In generale sarebbe da preferire a sistemi a vela classica perché in grado di agevolare le manovre dell’imbarcazione e perché necessita di meno personale per la gestione. Ad oggi questa tecnologia è stata in parte recuperata.

Tra le nuove applicazioni possiamo citare il test realizzato nel 2018 dalla compagnia Maersk la quale introdusse le turbovele su una petroliera per ridurne di circa il 10% i costi del carburante. Nello specifico sono stati inseriti 2 cilindri di circa 30 metri in grado di generare circa 3 megawatt di potenza e di generare una riduzione fino a 1.000 tonnellate all’anno di CO2. La sperimentazione avrà termine a fine 2019.

I sistemi ibridi eolico-diesel potrebbero avere un ruolo sempre maggiore in futuro in quanto, poiché sono le soluzioni più facili ed immediate da applicare, potrebbero essere le tecnologie migliori per rispondere nel breve periodo all’incremento del costo del carburante che si prevede nel 2020. In particolare questi sistemi ibridi diesel-eolico potrebbero avere particolare fortuna se impiegati sulle Bulk carrier (navi per il trasporto di materie prime sfuse, come ad esempio grano) perché queste normalmente non devono sottostare a tempi di navigazione particolarmente stretti, inoltre il commercio di queste materie prime viaggia solitamente sull’asse Nord-Sud che è quello battuto dai principali e più importanti venti mondiali.

Ibrido elettrico. Quando si parla di sistemi ibridi la prima idea che ci balena in mente è quelle dei motori a combustione che lavorano assieme a sistemi elettrici che possono essere alimentati da una batteria oppure da una cella a combustibile, un sistema che sfrutta l’idrogeno per generare una corrente elettrica. L’idrogeno di per sé potrebbe essere una soluzione in grado di sostituire completamente gli idrocarburi ma ci sono delle criticità da risolvere prima che questo accada. L’idrogeno necessita di molto spazio per essere immagazzinato (spazio che verrebbe sottratto alle merci, in caso di navi cargo), oppure di costosi serbatoi pressurizzati oltre ad un certo quantitativo d’energia per comprimere il gas.

Una possibile soluzione sarebbe quella di usare l’idrogeno come coadiuvante di un motore termico. Questo permetterebbe di ridurre di molto le emissioni e di superare in parte i problemi di spazio. In realtà ad oggi la tecnologia è ancora lontana dall’essere applicata su navi di grandi dimensioni. Uno dei pochi esempi di imbarcazione completamente a idrogeno è la Energy Observer un catamarano lungo 30 metri e realizzato in Francia nel 2017 a scopo sperimentale.

Il motivo di questo ritardo è ancora una volta da ricercare nelle difficoltà d’utilizzo dell’idrogeno e soprattutto nei numerosi interventi di retrofitting necessari per adeguare una nave esistente all’utilizzo dell’idrogeno come combustibile. Per ovviare a questo problema però alcuni pensano di utilizzare l’ammoniaca (NH3) in sostituzione dell’idrogeno puro. Infatti, bruciando l’ammoniaca è possibile liberare i 3 atomi di idrogeno e sprigionarne l’energia. Altro punto a favore dell’ammoniaca è il fatto che si mantiene in uno stato liquido anche intorno a una pressione di 7 bar (come un serbatoio GPL) e che quindi potrebbero permetterebbe di utilizzare essere utilizzati gli attuali serbatoi senza grandi modifiche.

Le soluzioni ibride, in futuro, saranno sicuramente fondamentali nel breve periodo per ridurre le emissioni. Molto probabilmente il biogas avrà un ruolo da protagonista ma le soluzioni sono diverse e numerose ed è auspicabile che i sistemi ibridi si diffondano sempre di più facendo prevalere l’idea di poter alimentare un mezzo di trasporto con diversi sistemi di propulsione così da poter affrontare al meglio le oscillazioni dei mari come quelle dei mercati.