Yanmar 6EY22ALDF Marine Dual Fuel motore alimentato a LNG

Transizione ecologica nella nautica: quale rotta intraprendere?

Ecologia

16/11/2021 - 10:05
torqueedo
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Bruno Censi, membro dell’AMV (Associazione Motonautica Venezia, che organizza la Locarno-Venezia, la discesa in barca dalla Svizzera fino alla Laguna), ma anche dell’Ufficio controllo Qualità presso Società Generale Impianti Gas Spa, affronta in questo articolo l’argomento transizione ecologica riferita alla nautica. Pur essendo “di parte”, in quanto è direttamente coinvolto nell’ambito del gas come fonte energetica, la sua analisi è molto interessante e sicuramente in grado di far riflettere sugli scenari che allo stato dell’arte possono rappresentare il futuro del nostro mondo, inteso in senso lato ma anche specificamente riferito alla nautica.

Esattamente come per l’opinione di Bruno Censi, daremo spazio anche ad altre analisi “di parte” qualora fossero utili per avere un quadro ancora più chiaro ed esaustivo riguardo l’argomento.

Anche la nautica, come quasi tutti i settori, ha un’importante sfida da affrontare: la transizione ecologica. Si tratta di una necessità per il bene nostro e del pianeta, la consapevolezza che tutti dobbiamo fare il possibile per non peggiorare l’attuale situazione sia per inquinamento, uso di plastica negli imballaggi di ricambi, materiali di consumo ecc.

L’aumento di fenomeni climatici legati al rilascio di grandi quantità di CO2 nell’aria e il discioglimento della calotta polare antartica, oltre a quello dei ghiacciai perenni, sono evidenti a tutti. Ma non so per quale motivo, fino a quando non colpiscono le tue proprietà o la tua barca, è come se nessuno volesse vedere che ci stiamo dirigendo sugli scogli e continuiamo sulla stessa rotta suicida.

Come dicevo, anni fa ho avuto l’occasione di scegliere un progetto, una “rotta sostenibile”, sia per l’ambiente che per il mio portafoglio. Ho avuto la fortuna di conoscere Giampaolo Montavoci, presidente dell’Associazione Motonautica Venezia, che nel 2003 si accingeva a partire sull’antica idrovia del sale, salpando da Locarno, in Svizzera, e in barca raggiungere bacino San Marco, ove le imbarcazioni, dopo circa 600 km, avrebbero fatto ritorno alla darsena di partenza! Queste imbarcazioni erano dotate di motori EFI fuoribordo a 4T ed erano BI-Fuel o doppia alimentazione a Benzina-GPL (gas di petrolio liquefatto).

La prima reazione che ho avuto quando mi hanno proposto di partecipare/collaborare a questa discesa in barca è stata: “Ma chi sono questi matti che fanno questa impresa da Guiness dei primati”? Sono salito rapidamente in barca con loro e ora sono uno degli organizzatori dell’ottava edizione della “Locarno-Venezia: in viaggio sui navigli” e anche del prossimo “70° raid Pavia- Venezia”, la più antica e affascinante gara di motonautica al mondo!

Ho dovuto fare questa necessaria premessa perché quando sento parlare o leggo di “transizione ecologica” della nautica da diporto e commerciale, me la sento sulla pelle… dopo 18 anni che navigo a gas sul fiume Po, aver visto partorire le prime norme comunitarie che regolavano di fatto la conversione dei motori marini all’alimentazione a GPL (ex EN15609:2009 ora 2012 Attrezzature e accessori per GPL - Sistemi di propulsione a GPL per imbarcazioni, yacht e altre unità da 0 a 24m), aver lottato per l’emanazione del DM 6 ottobre 2009 che definisce la norma per la realizzazione delle stazioni di rifornimento GPL a uso nautico; in ultimo ho visto la pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale del nuovo codice della nautica da diporto (GU 304del07/12/2020 entrato in vigore lo scorso 22/12/2020) dove ho letto una grande opportunità per il settore nautico, ma che alla stragrande maggioranza degli operatori forse è sfuggita:

Art.1.-1. Il Governo è delegato ad attuare, entro 24 mesi dalla data di entrata in vigore della presente legge… e per la disciplina delle seguenti materie tra cui al punto:

e) procedure per l'approvazione e l'installazione di sistemi di alimentazione con gas di petrolio liquefatto (GPL), metano ed elettrici, su unità da diporto e relativi motori di propulsione, di nuova costruzione o già immessi sul mercato.

Rilevo che i cantieri e i costruttori di motori è come se avessero letto solo la parola elettrico, senza pensare come far arrivare i motori circolanti alla “transizione ecologica” di quando navigheremo tutti con alimentazione a celle a combustibile e soli motori elettrici, dimenticandoci dei “vecchi motori endotermici” che ci hanno permesso di divertirci fino ad ora o che tuttora sono utilizzati e curati dai vari appassionati di navigazione e di pesca sportiva.

Giustissimo considerare l’alimentazione del futuro a impatto zero, ma prima di arrivare a questo punto ritengo, da appassionato diportista, che debba essere attraversato un nuovo oceano, pieno di dubbi e di insidie che qui di seguito mi permetto di estrapolare.

Ho parecchi dubbi che il 100% elettrico possa da solo essere l’arma vincente nella nautica, dato che ci sono alcuni aspetti che vanno discussi, raffrontandomi con l’attuale velocità di navigazione, autonomia e gestione degli apparecchi/conversione di bordo.

I primi aspetti da considerare dell’alimentazione 100% elettrica sono i seguenti:

a.         Motori che in base alla potenza, necessitano di grandi accumuli di energia; hanno una maggiore efficienza energetica (80/90%) rispetto ai motori a combustione (30/40%) ma richiedono alimentazione continua e magari inesauribile;

b.         Se necessito di grande accumulo di energia, devo “caricare” peso/batterie per poter soddisfare una minima esigenza di autonomia dell’imbarcazione (non siamo in strada, dobbiamo spostare acqua… i consumi di energia richiesta sono all’incirca 10 volte quelli dell’autotrazione);

c.         Ma se carico peso per gestire il minimo di autonomia, devo rinunciare a trasportare persone e/o merci che posso/devo trasportare (ragionamento che mi è stato fatto da conduttore di barbotta adibita al trasporto merci a Venezia);

d.         Tempi di ricarica delle batterie, ammettendo che in banchina sia presente la presa di corrente adeguata; meglio una soluzione ibrida, dove investo in minor peso batterie, ma ho un generatore che mi soddisfa l’esigenza di ricarica o di navigazione d’emergenza (consumo medio 0.3 litri di carburante per ogni kW di energia prodotto – se vado a gas spendo meno della metà);

e.         L’energia che viene usata per la ricarica come è prodotta (in Francia di notte è possibile effettuare la ricarica a costo zero, ma perché l’energia minima prodotta dalle centrali nucleari non può essere switchata (spenta o destinata ad altri usi per dirla all’italiana) ma deve essere consumata, energia non immagazzinabile o difficilmente immagazzinabile;

f.         Durata effettiva delle batterie in base ai cicli di ricarica definiti dal costruttore (tutti abbiamo avuto a che fare con batterie stagne dell’auto o della nostra imbarcazione… tutti soddisfatti e contenti? Oppure, come me avete cambiato batterie in garanzia o dovuto pagare per la sostituzione dopo una morte prematura della batteria? Le batterie delle barche elettriche non costano pochi euro e il loro smaltimento è per ora un aspetto non trattato o su cui si evita la discussione!

Per quanto riguarda i motori a combustione interna abbiamo i seguenti aspetti:

a)         Inquinamento rilasciato direttamente in acqua o nell’aria tramite il piede del motore o dalle ciminiere, tra cui possiamo annoverare il benzene (motori a 4T che non sono dotati di marmitta catalitica e che scaricano questo idrocarburo aromatico (usato nella benzina verde per innalzare il potere antidetonante a 95 o 98 ottani, ma pericoloso agente cancerogeno riconosciuto come tale dal Ministero della Salute, addizionato alla benzina pari all’1% per ogni litro consumato/bruciato dal motore endotermico). Per il diesel le emissioni sono in parte rilasciate in acqua e parte rilasciate in aria, le più dannose, le emissioni di zolfo e di naftalene (quest’ultimo pericoloso inibitore della crescita per organismi marini); poi giusto citare altri idrocarburi policiclici aromatici, MTBE, formaldeide, etanolo, metanolo e acetaldeide, toluene e xilene ecc…

b)        Inquinamento delle acque di sentina e degli sfiati dei serbatoi, ove in alcuni casi viene rilasciato prodotto direttamente in acqua, a pelo d’acqua, rilasciando la pellicola multicolore arcobaleno che impedisce ai raggi solari di penetrare nell’acqua oltre ad avvelenare gli organismi marini, se questi vengono a contatto diretto con questa pellicola multicolore, sversata accidentalmente…

c)         Alte emissioni di CO2, NOx e PM10 che contribuiscono all’inquinamento e non permettono all’ambiente di recuperare in tempi brevi il danno causato.

d)        Prestazioni dei motori migliorate ed economizzate grazie all’introduzione di sonde lambda  che permettono di verificare i gas discarico e intervenire ove la miscela sia troppo ricca o i consumi non siano sostenibili… emissioni verificate a “campione”, ma non in acqua… post vendita! Tutto regolare!

Per quanto riguarda l’alimentazione a GPL, che potrebbe sostituire l’alimentazione a benzina verde e in parte anche il gasolio nei motori marini, possiamo rilevare i seguenti aspetti:

1)        È un carburante gassoso in ambiente atmosferico che si rifornisce allo stato liquido solo se contenuto in serbatoi sotto pressione, bassa pressione max 18 bar (tutti abbiamo maneggiato un accendino) e che ha totale assenza di idrocarburi policiclici aromatici nella sua composizione; non vi sono sfiati dal cielo del serbatoio che andiamo a rifornire, ma solo lo sfiato di prodotto determinato dallo sgancio della pistola di rifornimento da bocchettone di aggancio;

2)        Con il GPL, miscela autotrazione standard con 75% propano e 25% butano, abbiamo disponibili dai 110 ai 120 ottani, per cui motore a scoppio lavora in conformità e con minore rumore dello stesso (con alimentazione a gas il motore è più silenzioso);

3)        È un carburante, considerato E-fuel, Bio e rinnovabile che può essere ottenuto anche dalla lavorazione/recupero degli oli usati e dalla gestione dei rifiuti umidi/sfalci, dopo l’azione di digestori sul syngas a cui basta aggiungere CO2 e H2O; lo si ottiene anche dal processo di liquefazione del GNL (gas naturale liquido) che per essere trasportato in navi gasiere o ATB, deve essere portato alla temperatura di -164°C circa, per essere contenuto in serbatoi criogenici (doppio serbatoio, camera interna di contenimento fino a 18 bar e involucro esterno sottovuoto, per permettere l’isolamento della camera interna dalla temperatura esterna). Il 65% del prodotto GPL venduto attualmente nelle stazioni carburanti è estratto per liquefazione dal gas naturale (ove comunque è contenuto in percentuali variabili a seconda della provenienza del GNL: propano tra 0.10 fino al 2%, butano e superiori 0.05 fino all’1%).

4)        Con gli ultimi sistemi di iniezione in fase liquida del GPL, soprattutto i motori ad iniezione indiretta, beneficiano di un “effetto turbo naturale”, dato che l’iniezione del gas liquido nel collettore, permette un abbassamento di temperatura dell’aria in ingresso alla camera di combustione (aumenta la densità dell’aria, consentendo a più aria di entrare in camera di scoppio per una migliore combustione – più comburente/ossigeno abbiamo in camera di scoppio migliori sono le detonazioni con abbattimento delle emissioni dannose post combustione); il sistema di iniezione in fase liquida può essere 100% GPL, non necessita della doppia alimentazione per far funzionare il motore.

5)        Post combustione il motore alimentato a GPL permette di ridurre le emissioni nei seguenti termini:

a.         -10% i NOx rispetto all’alimentazione a benzina verde, mentre rispetto al diesel addirittura del 99%;

b.         -50% di PM10 rispetto alla benzina e -98% rispetto al diesel;

c.         -30% della CO2 rispetto alla benzina e -19% rispetto al diesel;

6)        Totale assenza post combustione di idrocarburi policiclici aromatici, benzene, naftalene, formaldeide, piombo, MTBE, etanolo, metanolo e acetaldeide.

7)        Non vi sono punti di rifornimento, se non a Venezia dove è sorta la prima stazione GPL marine, che però è praticamente inutilizzata per assenza di normativa che ne autorizza la trasformazione dei motori circolanti e dei nuovi immessi sul mercato!! Ritardo della politica o della specifica legge, rispetto ai tempi di applicazione richiesti… alimentazione sostenibile a gas troppo avanti nel 2003… ora siamo in ritardo!

Un altro carburante E-fuel, che potrebbe essere una valida alternativa come alimentazione ai motori diesel/gasolio, è il DME (dimetiletere) sconosciuto al legiferatore (non è menzionato nelle possibilità di conversione del nuovo codice della nautica da diporto), ma è considerato dal Politecnico di Milano e dai maggiori costruttori di motori (Volvo, FPT, Ford, Nissan, Hyundai ecc), come unica alternativa all’alimentazione a gasolio nei motori diesel, ove il DME è prodotto rinnovabile e bio usando… i rifiuti!

Si, avete letto bene, non sono matto né ritornato dal futuro, ma è l’economia del metanolo, era in cui il “barile” non sarà più necessario e dalla lavorazione dei rifiuti (nello specifico dal syngas da essi prodotto) basta aggiungere alla “ricetta” acqua H2O e CO2 (catturato e non immesso in atmosfera) per ottenere carburanti di nuova generazione e che saranno i carburanti della transizione ecologica che ci porteranno alle celle a combustibile che funzionano già sia a metanolo che DME (2 molecole di metanolo disidratate, producono una molecola di DME + una di H2O). Di seguito lo schema del progetto del Politecnico che definisce già una realtà, la produzione degli E-fuel dai rifiuti, per chi volesse approfondire il link http://www.fledged.eu/biomass-to-dme-process/

I motori diesel alimentati con questo DME, gas molto simile al GPL (propano/butano), contenuto sempre in serbatoi a bassa pressione, permettono di sfruttare i 55/60 numeri di cetano da emettere post combustione, avere fumo bianco anziché fuliggine e di avere importanti abbattimenti di emissioni dannose soprattutto per CO2 e NOx emessi post combustione.

Parliamo anche degli aspetti dell’utilizzo del metano nella nautica, soprattutto la grande nautica, con imbarcazioni di dimensioni maggiori di 24m, ove un serbatoio criogenico può essere installato senza problemi di spazio e di costi, per essere rifornito di GNL a -160/-164°C per poi essere vaporizzato e dopo l’aumento di volume tra prodotto liquido e gassoso (1litro GNL pari a 600litri di gas naturale) essere utilizzato come alimentazione di generatori di corrente per i motori elettrici di grandi navi da crociera, traghetti o navi da trasporto merci. Questa possibilità è già realtà in Nord Europa e forse a breve anche nel nostro Mediterraneo, ma la pandemia ha distratto dal processo di conversione delle grandi navi che devono sottostare a rigidi valori di emissioni di zolfo, post combustione (dal 1° gennaio 2020).

Aspetti della gestione del metano o gas naturale (fino al 85/99% di metano CH4 contenuto nel gas naturale) a bordo delle grandi navi:

1)        È un gas che può essere rifornito in due modi:

a.         Gas sotto pressione: rifornimento ad alta pressione 220bar di media e contenuto in serbatoi cilindrici che sono stati collaudati ad oltre 350bar

b.         Allo stato liquido come GNL (o LNG) a basse temperature in serbatoio criogenici a doppia camera, ove il prodotto liquido è mantenuto tra i -160° e i -140°C, preferita quest’ultima perché capace di soddisfare esigenze di grande autonomia.

2)        È un gas che allo stato gassoso può essere odorizzato, mentre se liquido è inodore, per cui devono essere installati rilevatori gas per gestire eventuali perdite indesiderate di prodotto;

3)        L’utilizzo per ora è solo allo stato gassoso, cioè dopo che il GNL è stato vaporizzato, aumentando il suo volume di 600 volte, anche se alcuni produttori stanno verificando anche l’iniezione liquida, resa più difficile dalle basse temperature di partenza …

4)        Le emissioni sono senza dubbio più contenute rispetto a benzina verde e gasolio, ma i motori diesel per essere alimentati con metano o gas naturale necessitano di una pesante opera di conversione che a volte ne pregiudica il rendimento a livello di coppia, ma in mare non ci sono salite, per cui il metano va benissimo.

5)        Come tutti i carburanti gassosi (liquido solo se contenuto in serbatoi sotto pressione) deve essere gestito per le connessioni /congiunzioni tra serbatoio e sala motori dato che le perdite devono essere immediatamente rilevate da sensori e bloccarne automaticamente la fuoriuscita.

Questi sono gli aspetti delle varie “rotte” che possono essere prese dalla transizione ecologica nella nautica e se dobbiamo fare distinzioni, direi che per la piccola e media nautica (fino a 24m) senza particolari dubbi l’utilizzo di E-fuel, soprattutto gas rinnovabili di vecchia e nuova generazione, possono essere l’immediata transizione verso soluzioni ecologicamente più vicine all’impatto zero.

Per le grandi navi la soluzione già trovata/provata ed attuata dai maggiori cantieri sulla rotta della sostenibilità è costituita da generatori di corrente alimentati a gas naturale (stoccato/ottenuto per vaporizzazione da GNL in serbatoi criogenici) che alimentano i motori elettrici tipo Azipod con il miglior rendimento attualmente disponibile sul mercato. Generatori di corrente a numero di giri variabile, sono senza dubbio la miglior soluzione per rendimenti energetici e minori emissioni post combustione (rilasciate solo in aria). 

Lo schema di massima sotto riportato identifica quello che potrebbe essere fatto con piccole /medie imbarcazioni (fino a 24m) e l’alimentazione a gas con GPL o DME per alimentare i generatori di corrente o per convertire i motori fuoribordo e/o entrobordo con il minor impatto ambientale, a livello di emissioni attualmente disponibile. Fino a quando le celle a combustibile potranno sostituire i generatori di corrente ed avere il grande salto nella transizione ecologica.

Processo di produzione del metanolo da syngas con rendimento in base alla pressione dell’impianto di produzione. Da due molecole di metanolo si ottiene per disidratazione una molecola di DME e una di H20

Link utili

https://www.dieselweb.eu/fpt-e-il-dme/

https://www.volvogroup.com/en/news-and-media/news/2017/jan/mack-trucks-tests-alternative-fuel-dme.html

https://www.icomitalia.it/icom-jtg-hp/

https://oberonfuels.com/

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