La Porsche crede nell’idrogeno

RINGRAZIAMO I GEMELLI DIGITALI - Chi segue le automobili sa che la Porsche, pur proponendo alcune delle sportive elettriche più emozionanti in assoluto, ha un occhio di riguardo per i carburanti innovativi quali quelli sintetici e l’idrogeno. In questa visione si inquadra bene la notizia che la Casa di Stoccarda ha simulato al computer una versione a idrogeno da 4,4 litri del suo possente motore V8 a benzina, l’ha installata su un’ipotetica (e pesante) vettura premium e ha fatto fare al veicolo un giro virtuale sul Nürburgring Nordschleife. L’asfalto del leggendario “Inferno Verde” scorreva veloce sotto le gomme fatte di bit e il giro virtuale è stato completato in 8 minuti e 20 secondi con un motore da 598 CV. Vi sembra un risultato sotto tono rispetto allo strabiliante 7:33 della Taycan (qui la notizia)? In effetti il veicolo virtuale testato dalla Porsche pesava 2.650 kg, circa 400 kg in più rispetto alla Taycan, e non aveva l’impronta da supersportiva della berlinetta elettrica: il risultato ottenuto non è quindi da sottovalutare. Sappiamo poi che i motori alimentati a idrogeno hanno una risposta all’acceleratore più pronta (qui per saperne di più) e questo rende più efficaci i quasi 600 CV ottenuti nella simulazione. Il veicolo che ha “corso” sul Nürburgring era un gemello digitale, ovvero una rappresentazione computerizzata del veicolo reale che ha permesso di simulare diverse soluzioni tecniche sia nel motore sia nel telaio.

ALIMENTAZIONE AD HOC - Vincenzo Bevilacqua, senior expert engine simulation presso Porsche Engineering, ha spiegato infatti che “il punto di partenza per il nostro studio era un motore a benzina a otto cilindri da 4,4 litri esistente, o meglio, il suo set di dati digitali, poiché abbiamo condotto l'intero studio utilizzando simulazioni delle prestazioni del motore. Volevamo un motore a combustione di idrogeno che raggiungesse la potenza e la coppia degli attuali motori a benzina ad alte prestazioni”. Questo traguardo non è però molto facile da raggiungere perché la combustione pulita dell'idrogeno implica il dover convogliare nei collettori di aspirazione una massa d'aria che è circa due volte quella richiesta da motori a benzina paragonabili. Una difficoltà che viene aggravata dal fatto che i gas di scarico hanno temperature più basse e quindi possono trasferire alle turbine dei turbocompressori una minore quantità di energia rispetto a quanto fanno i gas più caldi dei motori a benzina. Si sono quindi simulati 4 diversi sistemi di sovralimentazione scegliendo alla fine quello con compressori back-to-back. Questi compressori hanno due giranti sullo stesso asse: l'aria viene compressa dalla prima girante, passa nell'intercooler per essere raffreddata e viene quindi ulteriormente compressa nel secondo stadio. La configurazione dei compressori è del tipo e-Turbo, che vede un motore elettrico inserito nello stesso asse del compressore e della turbina: in questo modo si minimizza il turbo-lag e si ottiene una risposta più pronta.

PULITO PER NATURA - La combustione dell’idrogeno non genera né idrocarburi né il monossido di carbonio (in effetti l’aria è composta da ossigeno e azoto e quindi di carbonio ce n’è pochissimo) e tantomeno il particolato, che è fatto principalmente di carbonio. Gli esperti di Porsche Engineering si sono potuti quindi concentrare sugli ossidi di azoto, che si creano a partire dall’azoto dell’aria e non dipendono quindi dal carburante. In effetti l’azoto è chimicamente quasi inerte ma le alte temperature e pressioni dei motori sovralimentati, soprattutto diesel, riescono a far combinare l’ossigeno con l’azoto generando gli NOX, composti tossici. In Porsche Engineering si sono quindi simulate strategie operative del motore per ottenere una combustione più pulita possibile. Si è così riusciti ad abbassare le emissioni grazie a una combustione molto magra e quindi più fredda, eliminando un importante fattore di produzione degli ossidi d’azoto. Il risultato sembrerebbe clamoroso: la promessa è infatti quella di riuscire eliminare il sistema di post-trattamento dei gas di scarico dato che le emissioni di ossido di azoto sono ben al di sotto dei limiti fissati dalla norma Euro 7 attualmente in discussione (qui per saperne di più) e sono vicine allo zero sull'intero arco di funzionamento del motore.

UN V8 EFFICIENTE - Matthias Böger, specialist engineer engine simulation in Porsche Engineering, ricorda che “una concentrazione fino a circa 40 microgrammi di ossido di azoto per metro cubo è equiparata a una buona qualità dell'aria. Le emissioni di questo motore a idrogeno sono al di sotto di questo limite e in pratica il suo funzionamento non ha quindi un impatto significativo sull'ambiente". La carburazione magra (chiamiamola così anche se di carbonio non c’è traccia) porta a consumi simulati piuttosto buoni, con valori nel ciclo WLTP e su strada (virtuale) dichiarati essere migliori rispetto ad un analogo motore a benzina. Il bilancio dei costi di costruzione sarebbe sostanzialmente in pareggio, dato che il maggior valore del sofisticato sistema di sovralimentazione e di altri componenti meccanici sarebbe bilanciato dall’assenza del complicatissimo sistema di post-trattamento dei gas di scarico necessario ad un motore a benzina Euro 7.