A Trieste un convegno che guarda al futuro della nautica da diporto

di Michela Marassi

Il 28 maggio si è tenuta, presso l’Università degli studi di Trieste, una giornata di studio intitolata “Propulsione elettrica navale: dalle grandi navi alla nautica da diporto”, organizzata da AEIT sezione di Trieste e di Genova e i vari dipartimenti di Ingegneria elettrotecnica, Elettronica e Informatica delle Università di Trieste, Genova e Napoli.

L’incontro, suddiviso in due parti: mattina dedicata alle “Grandi navi a propulsione elettrica”, pomeriggio alle “Applicazioni elettriche nelle imbarcazioni da diporto” ha visto la partecipazione in video-conferenza dell’Università di Genova (Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica e Informatica) e dell’Università di Napoli (Federico II).

L’attenzione per le imbarcazioni da diporto, accanto alla modalità “all electric”e a sistemi di propulsione ibrida, realizzabile per mezzo di sistemi di accumulo (fuel cells, batterie), è focalizzata sull’utilizzo delle stesse per andature ridotte (dai 5 agli 8 nodi), per entrare e uscire dai porti e soprattutto per poter entrare in aree marine protette, in assoluto silenzio e a emissioni zero. L’ingegnere Davide Bellini, responsabile strumenti e elettronica – AYT, Gruppo Ferretti, ha presentato il Long Range 23, primo motor yacht a ricevere la certificazione R.I.Na “green star clean energy e propulsion”, descrivendo le 5 modalità dello ZEM (zero emission mode) e la nuova Fer-Wey. Entrambi sono oggetto di brevetto: nel sistema ibrido di propulsione viene mantenuta la parte propulsiva tradizionale (con due motori da 800 cavalli) ai quali sono collegati i due motori elettrici, in un sistema “asse elica – invertitore – motore elettrico – motore diesel” tutto compattato. Nella modalità diesel propulsion i motori diesel trascinano quelli elettrici che, funzionando da generatori, ricaricano le batterie di propulsione. Le batterie sono agli ioni di litio e sono sistemate in volumi relativamente contenuti .

La domanda è qual è il costo ecologico della batteria, tenuto conto che lo smaltimento è operosissimo? Il recupero del litio è possibile, ma non è altrettanto semplice recuperare l’intera batteria. Il suo smaltimento inoltre è difficoltoso in quanto il litio (a livello metallico) genera, in determinate condizioni, gas infiammabili, è corrosivo, nocivo e sensibilizzante, pertanto richiede condizioni di trattamento finale particolari. (Dott. Filippo Bonfatti (consulente Ecoricerche S.r.l.)”Merci pericolose: sviluppo futuro delle batterie al litio”).

Dal mondo scientifico arrivano notizie positive riguardanti lo studio di nuovi sistemi di accumulo di energia: tra queste il progetto Stair (St Andrews Air), un nuovo tipo di batteria alimentata ad aria (Dipartimento di Chimica presso l’Università di St. Andrews). L’aumento di capacità è dovuta all’aggiunta di un nuovo componente (carbonio poroso), che utilizza direttamente l’ossigeno presente nell’aria per ricaricare la batteria.

Ritornando al Long Range, tutto il fascino del brevetto Ferretti sta nella modalità ZEM, modalità che permette una propulsione totalmente elettrica alimentata solo dalle batterie di propulsione e una funzionalità silenziosa per tutti i servizi di bordo sempre alimentate dal banco di batterie.

In questo modo, ad esempio, per un’uscita giornaliera di 9 ore in barca verso una baia protetta, la configurazione, totalmente a zero emissioni, è la seguente :

• 30 minuti per accedere alla baia protetta a ZEM Propulsion (velocità stimata 5 nodi per 3h, 8 nodi per 1,5h)
• 8 h stazionamento in rada a ZEM Function
• 30 minuti per rientrare a ZEM propulsion

Il tutto per un costo stimato di 20,50€, quindi non solo risparmio ambientale, ma economico.

Per quel che riguarda la ricarica completa delle batterie (effettuabile a barca ferma in porto collegata a presa di terra), questa si ottiene in 3-4 ore. Le batterie inoltre possono essere sottoposte a 2000 cicli di carica-scarica: calcolando, per eccesso, 200 giorni all’anno di utilizzo, dovrebbero durare 10 anni circa; con un uso più intensivo 6 anni.

Di accumulo di energia nelle batterie agli ioni di litio ne ha parlato anche il prof. Tomasso, responsabile scientifico del Laboratorio di Automazione Industriale, Università di Cassino, presentando il progetto per un taxi-boat elettrico. Accanto a tali batterie è necessario prevedere altri sistemi di accumulo di energia, proveniente da fonti rinnovabili. Il taxi-boat previsto è un’imbarcazione ecologica atta al trasporto di persone in aree urbane e protette: zone lagunari, tratti di fiume all’interno di zone urbane, canali. Scopo di questo lavoro, che vede come partnership alcune università italiane (Università di Cassino, Università di Napoli – Federico II, Politecnico di Torino e Università di Padova), è lo sviluppo di una tecnologia per questa possibile imbarcazione, che racchiuda come caratteristiche principali una bassa velocità(4-5 nodi), bassa rumorosità, inquinamento ridotto o nullo.

Le fonti alle quale attingere energia variano a seconda dello scenario previsto per il taxi-boat: dal moto ondoso (il generatore ausiliario da moto ondoso è costituito da un corpo galleggiante che ospita un giroscopio e 4 sistemi lineari di trasformazione – su un pattino di 1 metro circa 200/300 W), al fotovoltaico, all’ idrogeno (anche se il grasso problema dell’idrogeno è lo stoccaggio a bordo e l’approvvigionamento), alla la corrente del fiume (sia a imbarcazione ferma, sia in movimento quando la velocità dell’acqua del fiume è maggiore e concorde a quella dell’imbarcazione, sia in frenata), o per quel che riguarda i canali, tenendo conto del movimento d’acqua praticamente assente, l’energia dovrebbe derivare da sistemi di accumulo o da sorgenti interni (è stato ipotizzato un pantografo – come quello dei tram, da posizionare sul tetto delle imbarcazioni.

La navetta a ogni sosta si ricaricherebbe per mezzo di questo pantografo in apposite stazioni ad hoc). Il collegamento con prese di terra sposta però a monte il problema: l’approvvigionamento di energia non è risolto, è semplicemente spostato sulla terraferma, per cui non è risolto il nodo di emissioni zero. Degna di nota la presentazione, effettuata circa un mese fa, da parte delle aziende austriache Fronius, Bitter e Frauscher della prima barca elettrica (Riviera 600, 6 m di lunghezza per 2,2m di larghezza) al mondo, alimentata con celle a combustibile di idrogeno. Innovazione assoluta è il rifornimento a terra dell’imbarcazione per mezzo della Clean Power, stazione di rifornimento, equipaggiata con 250 mq di pannelli solari fotovoltaici, collegati ad un micro impianto in grado di produrre per elettrolisi l’idrogeno.(produzione di 823 Kg annui sufficiente per 1100 bombole da 26 lt con 7800litri di idrogeno compresso, con un’autonomia di 80 km a 6 nodi e un peso di 20 kg). Il discorso deve pertanto partire da un progetto che tenga conto di tutte le fasi di produzione dell’ energia.

Sono in fase di studio le rese possibili da questi tipi di fonti rinnovabili, ma dati certi per ora non sono stati illustrati; come soddisfare con l’energia solare,con il moto ondoso o la corrente i bisogni per la corretta funzionalità dei servizi di bordo e dei sistemi propulsivi? Quali sono i rendimenti? Per un progetto di una bio-barca che impianto è necessario per un zem totale?

La propulsione elettrica senza dubbio offre innumerevoli vantaggi così come accuratamente enunciati anche dagli ingegneri G.Barabino, M.Marchesoni, Dipartimento Ingegneria Elettronica , Università di Genova, nell’intervento “Sistema innovativo di accumulo e conversione per propulsione elettrica di imbarcazioni da diporto”:

• Minore emissione componenti inquinanti
• Minor consumo di combustibile
• Massima affidabilità del sistema
• Minor rumore, minori vibrazioni, quindi maggior comfort
• Maggior flessibilità nella distribuzione delle apparecchiature di bordo
• Maggior facilità di manutenzione

Dall’inizio del 2008 stanno sviluppando un progetto per la realizzazione di un propulsore ibrido in mare aperto e ZEM nelle AMP, attraverso lo studio per il sistema di accumulo (batterie) e dei supercondensatori (per un surplus di potenza). A partire dal dimensionamento del sistema di accumulo in base a un’analisi di quanta energia serve, tenendo conto anche della potenza del carico idrodinamico e della potenza legata alla variazione di E cinetica, e attivando un simulatore di accumulo, si è proposto un convertitore a due vie d’ingresso.

A proposito del minor consumo di carburante interessante l’analisi svolta da S.Castellan, DEEI, Università di Trieste – V.Bucci, Meccano Engineering, Trieste in “Propulsione”all electric”vs. propulsione convenzionale nei mega-yacht: analisi energetica comparativa”. La comparazione dei consumi di carburante tra yacht a propulsione tradizionale e yacht a propulsione elettrica, prendendo in considerazione 6 casi:

• massima velocità (13-15 nodi)
• velocità da crociera (11-12 nodi)
• velocità da esplorazione (5-7 nodi)
• manovra
• nave ferma all’ancora
• nave ferma in porto

ha rilevato che alla massima velocità consumi molto simili (pochi vantaggi propulsione elettrica), notevoli vantaggi nelle situazioni C, D, E.

Parlare di motori elettrici, come ha fatto notare l’ing. S.Mottana, responsabile del dipartimento Siemens Italia – Milano in “Azionamenti elettrici di propulsione per imbarcazioni da diporto”, è per la Siemens un fatto già acquisito: il primo esempio di battello elettrico Siemens fu fatto nel 1886 (!). Dagli anni ’90 gran parte delle navi da crociera e passeggeri usa i motori elettrici, e alo stesso modo le vedette militari che hanno configurazioni ibride. Il nuovo motore Siemens (Eco Prop) va oltre. Elencando contro (ingombri, peso, costo, perdita di efficienza del 8-10%) e pro propulsione diesel-elettrica (oltre a quelli già citati dagli altri, il funzionamento in coppia, e il fatto che, essendo azionato da un magnete, ha molte meno parti in movimento di un motore a cilindri, con indubbio vantaggio sulla manutenzione dello stesso), ha parlato di motori ibridi di derivazione industriale (dove le misure sono in metri e i pesi in tonnellate) e motori ibridi di derivazione automobilistica (dove le misure sono in centimetri e i pesi in chili), evidenziando come è da quest’ultimi che la nautica deve partire.

Per la nautica tuttavia i contro si amplificano: gli spazi sono ancora più limitati, c’è il problema del contenimento dei peso (che sulle plananti sono fondamentali), e dei costi (impatto è rilevante e non giustificabile, non si recuperano in quanto le barche da diporto non lavorano molto in un anno) e ultimo, ma fondamentale esiste un gap culturale: i cantieri italiani sono tradizionalisti e vedono male la propulsione elettrica, lo stesso vale per gli armatori. Il motore Siemens Eco Prop è una configurazione integrata con motore elettrico aperto a propulsione diesel e diverse forme di ibrido: il funzionamento avviene secondo tre modalità: elettrico (alle basse velocità: il motore è azionato dalle batterie), diesel (elettrico fermo può funzionare da generatore), ibrido (al diesel viene aggiunto l’elettrico per raggiungere il 100% di velocità della barca). I motori elettrici da 140 a 200 kW possono essere montati fino a tre per la stessa linea d’asse (http://webdoc.siemens.it/CP/IS/Home/default.htm ). Lo studio Siemens si è evoluto nei sistemi integrati di propulsione elettrica (perché la propulsione elettrica semplice è da tantissimo tempo cosa già stabilita) a partire dal 2003 con i primi sommergibili, al 2008 con una riduzione notevole delle dimensioni per arrivare al 2010/2012 per una nave totalmente elettrica.

Nell’ultimo intervento della giornata (“Potenzialità e mercato delle piccole-medie imbarcazioni all-electric”) l’ Ing. M.Padella, Direttore Polo scientifico e tecnologico – Livorno, ha presentato l’evoluzione della nautica da diporto in Italia, evidenziando lo sviluppo del settore dal 2005 al 2007, per poi sottolineare l’inversione di tendenza avvenuta a partire dal sett-ott 2008, e con una probabile flessione prevista per il 2009 del -30%. Sono stati indicati i soggetti che più hanno risentito di tale crisi e i problemi riguardanti il credito (restrizione dei leasing, difficoltà dei subentri, restrizione del credito), rilevando i settori dove è necessario orientarsi ampliando la ricerca e lo sviluppo (stoccaggio e alimentazione, motori e trasmissioni, software di gestione e scafi) e contemporaneamente gli scenari dove occorre stimolare la domanda e le applicazioni (aree protette, aree urbane e lacustri, aree di ormeggio e manovra, utilizzi commerciali ).

Per approfondimenti:

• Long Range 23m
• Batterie al litio
• Riviera 600
• Batterie ad aria
• Motore Siemens Eco Prop
• Matthias Negri da Oleggio“Ecofriendly” su “Vela-motore” novembre 2008