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I motori diesel possono funzionare a idrogeno

Pubblicato 26 settembre 2022

La canadese Westport ha messo a punto un sistema di iniezione che consente ai motori diesel dei mezzi pesanti di funzionare ad idrogeno.

I motori diesel possono funzionare a idrogeno

GAS NEI MOTORI A GASOLIO? - I motori diesel non sembrano avere un grande apprezzamento di questi tempi e molti modelli li hanno abbandonati: le Dacia Sandero e Jogger, le Fiat 500 e Panda e le Ford Fiesta, Mondeo, S-Max, Ecosport e Puma, per esempio, non li hanno più nei listini italiani. Le future norme Euro 7 sono infatti complicate da rispettare per i piccoli motori diesel e non è un caso che il nuovo diesel Euro 7 di Stellantis sarà di taglia medio-grande dato che equipaggerà anche i commerciali leggeri (qui la notizia). La canadese Westport Fuel Systems intende ripulire motori diesel ancor più grossi - quelli dei veicoli pesanti - e per riuscirci mette in campo l’idrogeno. La cosa può sembrare surreale, ma l’azienda sfodera argomentazioni che appaiono credibili.

IL GASOLIO PERDE LO SCETTRO - Westport ha già esperienza di alimentazioni miste: il suo sistema LNG HPDI (nello schema qui sopra) impiega metano liquido (per il quale è previsto uno speciale serbatoio criogenico dato che il gas deve rimanere a una temperatura di circa -160° C) e un iniettore a doppio ago concentrico. Il suo compito è iniettare prima una piccola quantità di gasolio e poi una quantità maggiore di LNG (Liquid Natural Gas) ad alta pressione. Quest’ultimo viene iniettato alla fine della fase di compressione, quando il gasolio si è già ‘acceso’: in questo modo l’LNG esplode rapidamente dando una combustione vigorosa e pulita. Le emissioni di CO2 crollano e il motore non subisce modifiche pesanti: l’iniettore unico non richiede infatti modifiche alla testata. Il metano ha però purtroppo perduto, fra l’impennata della domanda e la guerra in Ucraina, buona parte della sue doti di sicurezza ed economicità al punto che anch’esso è stato oggetto del taglio delle accise (qui la notizia). Ecco quindi l’evoluzione del sistema che diventa H2 HPDI, con il prototipo del camion a idrogeno che è stato portato al salone IAA Transportation 2022 a Hannover.

PROMESSE INTERESSANTI - L’azienda non ha diramato molte informazioni tecniche sulla sua tecnologia H2 HPDI all’idrogeno, ma ha fornito cifre interessanti. Secondo Westport le prestazioni avrebbero un incremento significativo: si parla di un aumento di potenza fino al 20%, mentre la coppia salirebbe del 18% rispetto all’alimentazione a gasolio. Le emissioni di CO2 sono definite “prossime allo zero” e, come nel caso dell’alimentazione a gasolio-metano LNG HPDI, viene mantenuta l'architettura del motore diesel esistente (questo fatto fa pensare anche anche in questo caso si usi l’iniettore bi-carburante) così come gli stabilimenti produttivi dei motori stessi. Le basse emissioni native permetterebbero inoltre di soddisfare requisiti anche stringenti per le emissioni CO2 con dispositivi di trattamento allo scarico semplificati. Un altro vantaggio promesso è la possibilità di usare idrogeno non puro al 100%, a differenza di quel che è richiesto dalle fuel cell.

LA PULIZIA? DIPENDE DAL CARBURANTE - Abbiamo nominato le fuel cell e notiamo come Westport abbia pubblicato dei grafici nei quali paragona l’abbattimento delle emissioni di CO2 (rispetto a quelle dell’alimentazione a gasolio) delle sue soluzioni a LNG e idrogeno con quelle delle celle a combustibile confrontando le emissioni sia TTW - Tank To Wheel sia WTW - Well To Wheel. Le prime riguardano l’anidride carbonica emessa “all’interno del veicolo”, partendo cioè dal serbatoio fino alle ruote mentre le seconde prendono in esame anche le emissioni connesse al reperimento del carburante e alla produzione del veicolo. Il confronto WTW con la soluzione a metano liquido è double face e risente del processo produttivo dei carburanti: se il metano impiegato è 100% da biomasse (100% LBM nella figura) allora il vincitore è il sistema LNG HPDI perché il biometano ha emissioni nette nulle (si considera che la CO2 insita nelle biomasse è stata catturata dall’atmosfera e lì ritorna dopo la combustione). Diverso è il discorso delle emissioni dal serbatoio alle ruote TTW: la soluzione a metano liquido riduce molto meno la CO2 allo scarico perché sia il gasolio sia il metano (è sempre CH4 anche se viene da biomasse) contengono carbonio che si trasforma in anidride carbonica.

LA SEMPLICITÀ CONTA - Il sistema H2 HPDI si prende quindi una bella rivincita nelle emissioni TTW: l’idrogeno bruciando produce soltanto vapore acqueo e il gasolio iniettato per la preaccensione sembra essere veramente poco, dato che le emissioni allo scarico sono ridotte del 97%. Ritornando alla riduzione delle emissioni WTW si nota che, come accade con il sistema a LNG, esse dipendono molto dal ‘come’ si produce il carburante: usando idrogeno Blu (prodotto dal metano, ma neutralizzando il carbonio emesso dal processo) le emissioni si riducono del 44%. Usando idrogeno verde - creato dall’elettrolisi dell’acqua con elettricità da fonti rinnovabili - il dato migliora moltissimo con una riduzione delle emissioni che, con il 71%, è persino migliore di quanto riescano a fare i veicoli con fuel cell. Il paragone è molto interessante perché l’idrogeno viene usato in entrambi i sistemi e se nei veicoli con celle a combustibile la riduzione delle emissioni TTW è del 100%, la produzione costosa e avida di energia delle fuel cell porta il dato WTW a valori paragonabili a quelli ottenuti dal sistema H2 HPDI.

CONSERVIAMO UNA TECNOLOGIA COLLAUDATA - È su questo che punta Westport Fuel Systems: emissioni TTW ridotte del 97% mentre quelle WTW sono paragonabili ai valori esibiti dai veicoli a fuel cell, il tutto con limitate modifiche ai veicoli già esistenti. Questi risultati potrebbero interessare molto ai gestori delle flotte perché il rifornimento dell’idrogeno è piuttosto veloce e se i camion (che non richiedono modifiche radicali) sono molti potrebbe essere conveniente installare un distributore di idrogeno nel piazzale. L’azienda sostiene che gli iniettori, prodotti in collaborazione con BorgWarner, potrebbero evolversi per funzionare sia a gasolio/metano sia a gasolio/idrogeno e non manca la prospettiva di riuscire a funzionare senza bisogno del gasolio, usato nel sistema H2 HPDI in pratica soltanto per innescare la combustione. Rimangono gli interrogativi legati agli ossidi d’azoto, prodotti dalla combinazione dell’azoto presente nell’aria con l’ossigeno e che ci sono anche nel prototipo da corsa Toyota (qui la notizia).

LE SPECIFICITÀ DEL TRASPORTO - Non è poi un caso che Westport si concentri sui veicoli pesanti, per i quali non occorrerebbe una rete di distribuzione capillare per l’idrogeno, complicata da creare e mantenere . Dal punto di vista energetico il rendimento di un sistema che genera idrogeno verde con l’elettrolisi per usarlo in un motore diesel è molto più basso rispetto all’usare la stessa quantità di elettricità per alimentare veicoli elettrici. Vista la specificità del settore del trasporto su strada, però, la soluzione Westport ha una sua validità anche perché consente di continuare a valorizzare gli ingenti investimenti fatti per i veicoli convenzionali e il costo totale di possesso (TCO) è molto più basso rispetto a quello di un camion a fuel cell. Ricordiamo inoltre che la produzione di idrogeno verde non solo è a zero CO2 ma è anche meno geopoliticamente sensibile rispetto a quello blu fatto a partire dal metano. 



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Ritratto di Quello la
26 settembre 2022 - 16:39
Ma magara! Mammagara!!!
Ritratto di TheViking
26 settembre 2022 - 18:10
È un'alternativa molto allettante e che spero abbia un seguito. Per il trasporto a medio raggio fuori dall'ambito urbano è molto interessante (nonostante permanga il problema degli NOx, ma ci si può passare sopra in un'ottica di tecnologia di trasmissione). Per il lungo raggio non ci sono scuse che tengano invece: che si usi il treno perché non riesco a concepire nulla di tanto stupido quanto un camion che attraversa tutta l'Europa in autostrada. In ambito urbano credo che il problema degli NOx non possa essere sottovalutato, ma staremo a vedere. Interessante infine l'idea di fare uno sviluppo per consentire l'uso senza gasolio, soprattutto perché da quanto ricordo l'idrogeno utilizzato puro, al pari di metano e GPL, richiede una candela per comandare l'accensione. Per quanto riguarda infine la produzione di biometano, sicuramente a livello di emissioni di CO2 net-zero, ma metterei una legge per vietarne la produzione a meno di 20 km da aree abitate, perché le normative sui biodigestori non sono abbastanza rigide (si veda il caso di Terni di questa estate, con la gente costretta a stare chiusa in casa per la puzza)
Ritratto di TheViking
26 settembre 2022 - 18:11
ovviamente intendevo "tecnologia di transizione", non di "trasmissione".
Ritratto di Andre_a
27 settembre 2022 - 11:46
9
Esatto, treni! Sono elettrici, non hanno batterie e l'infrastruttura c'è già. Poi dalla stazione alla destinazione vera e propria bastano furgoni e camion elettrici, non servono 1000 km di autonomia. Sul biometano ne so davvero poco, ma istintivamente direi che se la normativa non è sufficientemente rigida, rendiamola tale, perché in Italia ho paura che sia difficile trovare posti a 20 km da aree abitate. Forse in qualche parco nazionale
Ritratto di PONKIO 78
26 settembre 2022 - 19:08
Forza westport, forza…. Dateci ancora dei bei sogni da realizzare…. Vi prego compro anche le vostre azioni in borsa….
Ritratto di Oxygenerator
26 settembre 2022 - 20:38
Così facendo si risolve il problema dei trasporti a medio raggio, perchè a lungo raggio bisogna caricare i treni. Ma se non ricordo male, il problema principale dell’idrogeno, era il costo e lo stoccaggio, nel quale, si spende, molto più, in energia, che far viaggiare i mezzi direttamente in elettrico.
Ritratto di TheViking
27 settembre 2022 - 09:25
@Oxygenerator, sì, l'efficienza totale del ciclo dell'idrogeno è abbastanza bassa. Mi pare che se parliamo dell'idrogeno verde il rendimento totale nel ciclo di vita (quindi da quando lo produci a quando lo usi in una fuel cell) sia attorno al 30%. Utilizzato in un motore a combustione interna, come in questo caso, probabilmente scendiamo ad un 15%. Però IMHO se la vediamo non come una tecnologia definitiva ma come una tecnologia di transizione (in fondo non è a emissioni zero, dato che comunque un minimo di gasolio si brucia sempre, almeno in questa versione per motori diesel) per camion, pullman, ecc. con riduzioni enormi di CO2 allo scarico penso che gli unici problemi seri che rimangono siano quelli di costi e infrastrutture per l'idrogeno (che al pari delle colonnine e delle auto elettriche ha il problema che bisogna far espandere domanda e offerta sopra la massa critica).
Ritratto di Ferrari4ever
27 settembre 2022 - 13:18
1
Ma a proposito del nuovo motore Euro 7 di Stellantis, si sa qualcosa? Che debutti sui restyling di Giulia e Stelvio? Peccato che non sarà ibrido.
Ritratto di Vincenzo1973
27 settembre 2022 - 18:21
come tecnologia di transizione va bene, ma solo per quello....una complicazione non indifferente
Ritratto di otttoz
27 settembre 2022 - 23:16
ve lo avevo scritto un anno fa
Ritratto di Maximilian-92
28 settembre 2022 - 12:43
In Italia abbiamo qualcosa di simile, non uguale, Hydromoving. Io l'ho montato. Peccato che se lo filano solo in pochi... Arrivano tardi sti canadesi.
Ritratto di Cruiser956
1 ottobre 2022 - 15:22
1
Forse non se lo filano perché, come me, non lo conoscono. Grazie al tuo commento l'ho scoperto ed ho perfino scoperto che c'è un officina ( Alfa Romeo, se non sbaglio) a poca distanza da me (una ventina di chilometri ) che Hydromoving li installa. Grazie Max..