Ibrido per mare

di Vittorio di Sambuy

I veicoli ibridi sono diventati di moda ma non è detto che possano risolvere al meglio i problemi per sopperire alla futura carenza di idrocarburi.

E’ chiaro che nel traffico cittadino saranno premiate autovetture poco ingombranti, dotate solo di motore elettrico, sia private, sia organizzate, come ha fatto il comune di Milano con le biciclette gialle, per un noleggio a tempo. Questa soluzione elimina le emissioni gassose, alleggerisce il traffico e consente di parcheggiare più veicoli nei pochi spazi e posteggi esistenti. Dal punto di vista dell’ecocompatibilità l’energia elettrica per ricaricare le batterie (perlopiù durante le ore notturne quando il carico sulla rete è più basso) deriva però sempre dalle centrali esistenti, in maggioranza alimentati ad idrocarburi, perciò il problema di fondo viene solo eluso.

I veicoli ibridi sono più ingombrati dei precedenti, anche perché hanno due motori, uno a combustione interna e uno elettrico per la marcia in città a “emissioni zero”, nonché una grossa e costosa batteria di accumulatori al litio/ioni di litio più leggera, più capace e più adatta alla trazione dei vecchi modelli al piombo. (Vds Nota 1)

Gli ibridi prevedono quattro modalità d’impiego: marcia con motore elettrico, marcia con motore termico, marcia con carico ripartito fra entrambi, ricarica delle batterie a veicolo fermo. Il motore elettrico può ricaricare le batterie sia quando viene trascinato dal motore termico, sia quando serve come freno o sui percorsi in discesa.

Per il primo modo, la marcia a bassa velocità in città utilizzando solo il motore elettrico, la capacità della batteria installata deve ovviamente consentire un’autonomia sufficiente a coprire i chilometri che si prevede si debbano percorrere nell’arco della giornata.

In definitiva la doppia motorizzazione dei veicoli ibridi serve principalmente per circolare fuori città a velocità più elevate usando il motore a combustione interna ma è inutile per chi marcia perlopiù su autostrade a velocità  costante e frena raramente. Essa interessa soprattutto quando il percorso (per esempio in montagna o su strade che attraversano abitati o sono molto trafficate), richiede molto l’uso della frenatura, fase in cui le batterie vengono ricaricate..

Ci sono anche casi particolari e diversi tassinari trovano che l’ibrido è vantaggioso per viaggiare a emissioni e rumore zero in città, ricaricando le batterie durante i frequenti trasferimenti da e  per gli aeroporti.

In conclusione i veicoli ibridi sono  costosi ed agli effetti delle eco-compatibilità la migliore soluzione a breve termine sembra ancora quella di utilizzare  motori endotermici di tipo convenzionale alimentati a biocombustibili ricavati da biomasse di scarto (come le bagasse di canna da zucchero per il bioetanolo – già moto diffuso in Brasile – oppure da oli vegetali non commestibili per il biodiesel).

Infatti i biocarburanti producono meno emissioni di quelli fossili perché derivano da piante che per crescere utilizzano il CO2 atmosferico. Per diffondersi è comunque importante che i biocombustibili non provochino l’aumento di prezzo dei prodotti alimentari. (Vds Nota 2 )

A lungo termine c’è l’idrogeno, purché sia verde, vale a dire prodotto usando energie rinnovabili perché quello cosiddetto nero, derivato da idrocarburi come il metano o i gas di cokeria comporterebbe solo sprechi. L’idrogeno si potrà diffondere come vettore energetico appena si disporrà di abbondante energia elettrica alternativa a basso costo, per esempio nucleare, in modo da ricavarlo mediante elettrolisi.

Le tecnologie d’applicazione dell’idrogeno alla trazione sarebbero già mature adesso, sia alimentando direttamente i motori a combustione interna, sia per fornire attraverso le fuel-cells (celle a combustibile) corrente al motore elettrico.

Ma si dovranno superare anche altri ostacoli per la distribuzione e lo stoccaggio dell’idrogeno. Se allo stato gassoso in bombole (che pesano molto) dovrebbe essere ad altissima pressione, mentre liquefatto a bassissima temperatura evapora rapidamente. Un modo di conservarlo a bassa pressione e temperatura ambiente è fissandolo sui cosiddetti idruri metallici, un metodo però ancora tutto da perfezionare.

Si sente ora spesso parlare di yacht a motore ibridi. In realtà si tratta di  unità a propulsione diesel-elettrica, che non sono una novità, erano infatti già così le navi scuola Cristoforo Colombo del 1926 e la Vespucci (1930). Oggi la propulsione diesel-elettrica si è diffusa su molte navi da crociera soprattutto per i vantaggi di silenziosità con vibrazioni ridotte. Gli yacht cosiddetti ibridi hanno anche una grossa e costosissima batteria per navigare per brevi periodi tenendo in moto soltanto il motore elettrico che utilizzano ad esempio per uscire ed entrare nei porti ma, a differenza degli autoveicoli che possono ricaricare le batterie in fase di frenata, non hanno questa possibilità perché una barca non frena mai o se lo fa per emergenza è invertendo il moto delle eliche.

Proporre quindi una barca a motore ibrida non ha alcun interesse tecnico perché la ricarica delle batterie potrà avvenire soltanto mediante il motore termico o allacciandosi alla rete di terra.

Diverso è il caso del veliero a zero emissioni, che è già in avanzata fase evolutiva come abbiamo ricordato su questo sito descrivendo il ketch “Ethereal”, un prototipo del cantiere olandese Royal Huisman, veramente definibile ibrido.

  • Nota relativa ai biocarburanti. Il Sudamerica è piazzato molto bene sia con l’etanolo da canna da zucchero sia per le sue numerose fonti di oli vegetali non commestibili, che cioé non influiscono negativamente sui mercati alimentari.
    Oltre all’olio di copra ci sono le noci di babassù (nello stato del Maranon, pochissimo sfruttate); e si può ottenere biodiesel anche dai fondi di caffè (di cui il Brasile è un fortissimo consumatore).
    L’Economist del 7 marzo 2009 ha riportato che in tutto il mondo si consumano 77 milioni di quintali di caffè, da cui si potrebbe ricavare per transesterificazione un litro di biodiesel ogni 6 kg di fondi, a un costo di 0,17 euro al litro. Ha ragione Obama che conta molto sulle energie rinnovabili come strumenti per uscire dalla crisi.

Alle conclusioni sui biocombustibili che dovrebbero a breve termine essere la soluzione più consona ai mezzi nautici a motore vanno opportunamente abbinate le necessarie considerazioni sulla potenzialità del comparto.

In tale contesto ho ascoltato una recente conferenza del “Dr. Federico Radice Fossati” da cui ho stralciato alcune informazioni che interessano Altomareblu e che servono da corollario al discorso generale.

Eccole:

  • Biocombustibili per la nautica

Mentre le motorizzazioni  ibride (motore endotermico+motore elettrico) si adattano bene per l’autotrazione, in molti casi le medesime non hanno interesse per applicazioni alla nautica, salvo che nei casi di velieri con motore elettrico. Questi ultimi possono infatti, navigando a vela, ricaricare le batterie lasciando girare l’elica.

  • I biocombustibili rivestono perciò un particolare interesse per la nautica a motore. Utilizzandoli ne derivano i seguenti vantaggi:
  1. Sostituiscono benzina e gasolio per i quali dipendiamo da paesi a rischio
  2. Riducono le emissioni inquinanti  dei motori (CO2, particolato, aromatici)
  3. Possono utilizzare le reti esistenti per la loro distribuzione
  4. Sfruttano sottoprodotti oggi inutilizzati.

I biocombustibili si ottengono oggi come segue:

  • Il bioetanolo per motori a ciclo Otto da amidi, zuccheri e cellulosa tramite fermentazione aerobica: dalle bagasse esauste di canna da zucchero se ne ottengono 6,7 litri per ettaro con un saldo energetico positivo dell’88% (vale a dire che l’energia estratta è l’88% di quella necessaria per estrarla).
  • Il biodiesel per transesterificazione di oli vegetali: se ne possono ottenere con le tecniche attuali circa 4 l/Ha con un saldo energetico positivo del 50%.
  • Il biogas si ottiene per fermentazione anaerobica.
  • Le biomasse legnose servono come combustibili in caldaie sia domestiche sia per centrali elettriche.

La produzione di bioetanolo è aumentata negli ultimi anni come segue:

  • Usa: 2004 14 MT; 2008 22 MT;
  • Brasile: 2004 14 MT, 2008 17 MT;
  • EU: 2004 2 MT, 2008 6 MT, in Italia nel 2008 solo 1000 T.

Il 2007 è stato un anno critico  per il settore in quanto si sono scatenate le lobby ambientaliste che hanno voluto addebitare ai biocombustibili l’aumento dei prezzi di alcuni prodotti agricoli, in primis i cereali, causati peraltro da diversi motivi, come la siccità. Sono d’altronde emerse altre perplessità al loro impiego fra cui principalmente l’incertezza sulla stabilità del costo delle materie prime, soggetto al clima dell’annata, i problemi burocratico-amministrativi e fiscali nonché la constatazione che le terre disponibili a coltivazioni dedicate ai biocombustibili non sono in grado né ora né presumibilmente per il futuro, di sopperire a tutta la richiesta del mercato.

In Europa per esempio sarebbero liberi solo 60 MHa su 180 MHa coltivabili in totale ma vanno rimossi alcune incongruenze poste da Bruxelles ancora pochi anni, indennizzando gli agricoltori per ogni ettaro dismesso volontariamente. Inoltre la fiscalità dei biocombustibili dev’essere tutta riconsiderata alla luce delle provvidenze riservate agli agricoltori che si dedicano alle coltivazioni specifiche.

Ad modo occorre notare che la strategia di sottrarre terreni agricoli alle culture tradizionali va attentamente calibrata in modo da eliminare eccedenze e scarti senza incidere sui prezzi dei prodotti agricoli alimentari. Esistono infatti differenze abissali in diverse parti del mondo: in India tutti i terreni sfruttabili sono già coltivati.

La percentuale di terreno sfruttabile è in alcuni paesi la seguente:

  • Argentina 62%
  • Russia 55%
  • Canadà 40%
  • EU 34%
  • Usa e Cina 30%

Va notato che Il presidente Obama ha stanziato 15 G$ per lo sviluppo delle energie rinnovabili e dei biocarburanti di seconda generazione.

E’ infatti su questi ultimi che occorre concentrare gli sforzi della ricerca per migliorare le rese ed i saldi energetici. Una soluzione promettente è quella de impianti combinati di bioetanolo+biodiesel, quest’ultimo ricavato da alghe a rapido accrescimento alimentato dal CO2 prodotto dalla fermentazione del primo. Gli scarti diventano biogas rimesso in ciclo.

Si calcola che con questa tecnologia  si potrebbero ricavare dalla cellulosa annualmente 12,5 T/Ha di bioetanolo e 58 T/Ha di Biodiseel dalle alghe.

In Italia per produrre in questo modo il 25% di combustibili biologici sul totale consumato occorrerebbero 340.000 Ha per il bioetanolo e 100.000 Ha per il biodiesel.

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