- I cantieri navali si concentrano sempre più sugli azionamenti elettrici
- Panoramica dei sistemi di azionamento
- Sistemi a celle a combustibile: la soluzione?
- Svantaggi dell'idrogeno
- La visione come realtà
- Quanto sono sostenibili le unità elettriche?
- Le guide elettroniche promuovono la navigazione a vela
- HVO100 diesel: l'alternativa alle unità elettriche
- Sistemi di azionamento a confronto
Quando si parla di sostenibilità, Magnus Rassy non teme confronti. La sua casa, situata su una collina sopra il cantiere navale, è riscaldata da una pompa di calore. Sul tetto esposto a sud-ovest, i pannelli solari monocristallini producono elettricità su scala megawatt. Nel garage sono parcheggiate due Tesla. La più vecchia è stata guidata dal capo di Hallberg-Rassy per otto anni; anche la Model S della moglie Mellie ha sei anni di batteria.
Possono essere definiti pionieri dell'elettromobilità, e lo sono con piena convinzione. Non utilizzerebbero mai più un motore a combustione. È quindi ancora più sorprendente che Rassy non offra motori elettrici nemmeno per i suoi pluripremiati yacht da crociera, costruiti a soli 500 metri di distanza in linea d'aria. "Non ha senso", dice.
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Rassy, che segue gli sviluppi tecnici con maggiore attenzione e apertura mentale rispetto a molti dei suoi concorrenti, non ha reso la decisione facile per se stesso. Se vedesse dei vantaggi tangibili, cambierebbe senza esitazione, così come ha completato da tempo la transizione energetica nella sua vita privata.
Ma per il capo del cantiere, che ha inventato il "push-button sailing" e le cui barche sono da tempo dotate di doppio timone, randa steccata e altri dettagli pionieristici, gli svantaggi della propulsione elettrica sono ancora superiori ai vantaggi.
"Può andare bene per le derive e le barche a vela", dice. "Ma per la crociera non sono sufficienti né l'autonomia, né le prestazioni, né l'infrastruttura di ricarica". Le passerelle accuratamente insonorizzate di tutti i modelli, dall'HR 340 all'HR 69, sono alimentate da gruppi elettrogeni diesel Volvo Penta o Yanmar, spesso integrati da generatori diesel sugli yacht più grandi.
I cantieri navali si concentrano sempre più sugli azionamenti elettrici
Nel frattempo, sempre più produttori si stanno aprendo ai motori elettrici, mentre solo alcuni, come Hallberg-Rassy o Bavaria, producono ancora "solo diesel". Il Gruppo Fountaine-Pajot, ad esempio, offre già più di mezza dozzina di modelli con motorizzazione ibrida diesel-elettrica per i suoi catamarani e gli yacht monoscafo di Dufour. Saffier offre un'opzione elettrica basata su batterie al litio per tutta la sua linea di prodotti fino a 33 piedi. Presso Winner Yachts a Neustadt, un pod elettrico di e-Propulsion è già di serie per i due modelli 8 e 9; chi preferisce un diesel integrato pagherà un considerevole sovrapprezzo di 9.000 euro a causa del maggiore sforzo di installazione.
Non c'è dubbio che il mercato delle barche a vela sia in movimento. Sarebbe prematuro parlare di boom, soprattutto perché i dati di immatricolazione delle auto elettriche sono attualmente in calo in tutta l'UE e potrebbero essere un indicatore negativo anche per il settore della nautica. Tuttavia, chiunque stia pensando di acquistare una nuova imbarcazione oggi si trova sempre più spesso a dover decidere quale tipo di motorizzazione ausiliaria scegliere.
Due sono i sistemi attualmente più diffusi quando si parla di alternative al motore a combustione: i motori elettrici a batteria sono diventati la variante più comune per le imbarcazioni piccole e leggere; le unità ibride con generatori diesel come range extender dominano per gli yacht da crociera pesanti. Ma queste sono solo le soluzioni più comuni al momento.
Panoramica dei sistemi di azionamento
Trazione elettrica tramite banco di batterie
Su piccole imbarcazioni da crociera, dayailer e barche da crociera leggere fino a 32 piedi di lunghezza, è sufficiente un motore elettrico alimentato direttamente da batterie al litio. Anche senza un generatore, è possibile raggiungere un'autonomia compresa tra le dieci e le 40 miglia nautiche con una capacità delle batterie compresa tra i 5 e i 15 kilowattora.
Trazione diesel-elettrica
Gli yacht più grandi richiedono grandi banchi di batterie da 30 a 50 kilowattora a 48 volt, che costano molto e hanno un impatto negativo sul bilancio complessivo di CO2. Un generatore diesel vi rende autonomi dalla rete elettrica e aumenta l'autonomia in modalità ibrida.
Guida elettrica con cella a combustibile
La soluzione ecologica che utilizza l'idrogeno verde è stata finora utilizzata solo su superyacht e prototipi. Una cella a combustibile sostituisce il generatore diesel. Tuttavia, l'elettrolisi dell'idrogeno richiede molta energia e riduce l'efficienza complessiva.
Sistemi a celle a combustibile: la soluzione?
In linea di principio, sono adatti a tutti gli usi perché non dipendono da grandi pacchi batterie, raggiungono autonomie relativamente buone e sono privi di CO2 durante il funzionamento. I primi superyacht utilizzano questa tecnologia, ma esistono anche tender con propulsione a idrogeno e il Samana 59 RexH2 di Fountaine Pajot è la prima barca a vela a essere prodotta in serie.
Il progetto più recente è anche il più piccolo finora realizzato. È stato creato presso l'Innovation Centre for Sustainability and Production Technology di Nordenham, in breve INP. E ha trovato un ambasciatore di fama mondiale: Boris Herrmann, egli stesso velista professionista impegnato nella protezione del clima con il suo team Malizia, ha viaggiato da Amburgo al Weser a metà giugno appositamente per il battesimo dell'"innovazione H2".
Per dimostrare le possibilità della propulsione a idrogeno, i promotori hanno scelto un veicolo di prova piuttosto insolito: hanno fatto convertire un LM 23 di 50 anni fa. Il motore diesel Bukh, di qualità museale, e le sue periferiche hanno lasciato il posto a un motore elettrico da sei kilowatt della Vetus. È alimentato da una cella a combustibile il cui involucro grigio ha le dimensioni di una bicicletta di bordo ripiegata: L'unità, che produce sette kilowattora di potenza continua, misura solo 75 x 42 x 30 centimetri e si inserisce nel gavone dell'olio della nave da crociera Spitzgatt, proprio accanto alla passerella.
La cella funziona in modo quasi silenzioso, produce solo vapore acqueo durante il funzionamento, non produce emissioni tossiche o dannose per il clima e alimenta direttamente il motore elettrico, senza bisogno di batterie costose e pesanti.
È alimentata da una bombola di gas industriale da dieci litri stivata nel castello di prua. Con una pressione di riempimento di 300 bar, contiene energia sufficiente per un raggio d'azione compreso tra le dieci e le 30 miglia nautiche, a seconda delle condizioni del vento e del mare. Essendo progettata per pressioni fino a 700 bar, il raggio d'azione potrebbe essere facilmente raddoppiato.
Come riserva di emergenza, la "H2-Innovation" trasporta solo quattro batterie AGM, ciascuna con 240 ampereora di Victron; sufficienti per l'attracco se la cella a combustibile dovesse guastarsi. Altrimenti, una nave di questo tipo richiederebbe almeno cinque-dieci kilowattora di costosa tecnologia al litio per il funzionamento a batteria pura, e ancora di più per un'autonomia di sole cinque-venti miglia nautiche.
Questo dimostra i vantaggi della propulsione a idrogeno. Ma c'è un altro importante vantaggio: l'assenza di grandi batterie di accumulo riduce notevolmente anche l'impatto ambientale. Questo perché riduce in modo massiccio le emissioni di CO2 generate durante la produzione, il che è particolarmente importante per le imbarcazioni che vengono utilizzate solo occasionalmente. Inoltre, il fabbisogno di materie prime è notevolmente ridotto.
Svantaggi dell'idrogeno
Per il momento, l'idrogeno presenta solo due svantaggi, seppur decisivi: Non esiste una rete sufficientemente ampia di stazioni di rifornimento, nemmeno per il trasporto su strada. In tutta Europa c'è una mancanza quasi totale di pompe di benzina per uso marittimo, dovuta alla mancanza di domanda. Il classico problema dell'uovo e della gallina. Inoltre, l'elettrolisi dell'idrogeno verde ed ecologicamente innocuo richiede una quantità estremamente elevata di energia rinnovabile. Tuttavia, questa energia scarseggia ovunque, il che ha un impatto negativo sull'equilibrio generale di tutte le motorizzazioni alternative.
Nelle giornate favorevoli, quando il sole splende e il vento soffia sulle coste e nell'entroterra, la Germania genera attualmente circa la metà del suo fabbisogno cumulativo di elettricità in modo neutrale dal punto di vista delle emissioni di CO2, nel migliore dei casi due terzi. Il resto è alimentato da centrali elettriche a carbone e a gas. Al ritmo attuale di espansione, che è in netto ritardo rispetto agli obiettivi fissati in particolare per l'energia eolica, questa situazione rimarrà tale ancora per molto tempo. Allo stesso tempo, la domanda di elettricità sta crescendo in modo significativo a causa della mobilità elettrica sulle strade, delle pompe di calore nel settore immobiliare e dei cambiamenti energetici da parte dell'industria, ad esempio dal petrolio e dal gas all'idrogeno.
La visione come realtà
Dieter Sichau, responsabile del Nordenham Innovation Centre, ha quindi portato avanti il progetto LM 23 aggiungendovi impianti di produzione di acqua ultrapura e idrogeno verde. Ha fatto costruire la tecnologia di processo dietro il plexiglas. L'elettricità per l'elettrolisi è generata da un impianto solare di recente installazione sul tetto del capannone di Werftstraße 1, proprio accanto agli hangar dell'Airbus.
È più di un semplice progetto pilota. Per Sichau, ciò consentirebbe di organizzare la fornitura di idrogeno su base decentrata: I porti turistici potrebbero utilizzare tetti solari sopraelevati per trasformare i loro parcheggi in centrali elettriche e utilizzare l'elettricità in eccesso per produrre idrogeno. I dispositivi, che turbinano silenziosamente all'interno dell'INP, potrebbero essere facilmente inseriti in un container di 20 piedi. Invece di aspettare i caricatori veloci ai margini del porto, i proprietari potrebbero acquistare le bombole di H2 utilizzando il sistema di deposito.
Certo, al momento si tratta più di una visione che di una realtà. Ma la tecnologia c'è. "È sufficiente pensare e risolvere la mobilità elettrica in modo olistico. Allora funzionerà", afferma Dieter Sichau, che in passato è stato a capo di un'azienda leader nel settore dell'energia eolica in Germania. Non è certo soddisfatto dello status quo. E l'interesse suscitato dal battesimo dell'"innovazione H2" gli dà ragione. L'aliante motorizzato rende già oggi tangibile il tema della propulsione a idrogeno. A partire dall'autunno, quando i test saranno completati, sarà presentato anche alle fiere.
Quanto sono sostenibili le unità elettriche?
Sebbene sia soprattutto la fonte energetica in sé ad avere un impatto negativo sulla valutazione del ciclo di vita dell'idrogeno, sono diversi i fattori coinvolti nelle unità elettriche a batteria e diesel-elettriche. Il primo e più importante è il già citato "zaino di CO2", cioè l'energia necessaria per la produzione e il trasporto delle batterie.
Se da un lato il motore elettrico è più leggero e compatto di un motore a combustione e richiede meno manutenzione e meno parti soggette a usura, dall'altro la produzione di batterie è un fattore di costo importante. Con l'attuale mix di elettricità, che contiene ancora il 30-50% di combustibili fossili, ci vorranno dai cinque agli otto anni prima che un motore elettrico inizi a risparmiare CO2, anche in un'automobile.
Considerando l'intensità di utilizzo tipica degli yacht da crociera gestiti dal proprietario, che è di sole tre-sei settimane all'anno, è lecito chiedersi se l'investimento avrà mai un effetto positivo sull'ecosistema. Questo perché la chimica delle celle, anche delle migliori batterie oggi disponibili, perde la sua capacità di accumulo con l'avanzare dell'età.
La densità energetica e il numero di cicli delle batterie al litio attualmente disponibili sono in costante aumento. Tra cinque o dieci anni, le batterie allo stato solido consentiranno un vero e proprio salto di qualità. Tuttavia, allo stato attuale, le batterie sono un componente soggetto a usura e per di più costoso. E finché non saranno caricate esclusivamente dall'energia solare o dal recupero, cioè con l'elica in funzione durante la navigazione, ci vorrà molto tempo, se non troppo, per ammortizzarle ecologicamente.
Rimangono altri vantaggi: la silenziosità della motorizzazione elettrica, l'assenza di emissioni locali e la mancanza di inquinanti che si riversano in acqua attraverso i gas di scarico dei motori a combustione, un aspetto che sta diventando sempre più importante, soprattutto nei laghi interni.
Le guide elettroniche promuovono la navigazione a vela
E poi c'è qualcos'altro, come osserva Christoph Becker di Winner Yachts, una sorta di fattore ambientale soft: "L'autonomia limitata sta cambiando il modo in cui vengono utilizzate", dice il capo del cantiere. "Le barche a propulsione elettrica incoraggiano le persone a navigare più a lungo e più intensamente, invece di accendere il motore ogni volta che c'è una pausa". Per questo motivo consiglia agli armatori di non sovradimensionare il banco batterie, per risparmiare denaro e peso.
In linea di principio, i vantaggi e gli svantaggi si applicano anche alle unità ibride, che sono comuni nelle grandi barche da crociera e nei catamarani. Un generatore diesel offre un'autonomia supplementare e un'autonomia che si avvicina a quella dei motori diesel tradizionali. Il Viator Explorer 42 DS, ad esempio, progettato per lunghi viaggi, dovrebbe essere in grado di percorrere 1.000 miglia nautiche con un pieno di carburante.
Se necessario, il generatore alimenta direttamente i due motori elettrici. Nei viaggi più brevi e durante l'ormeggio e l'uscita, l'imbarcazione funziona a emissioni zero utilizzando solo l'energia delle batterie.
Per Hendrik Heimer, che ha fondato il marchio e ha contribuito allo sviluppo del concetto, si tratta del "miglior tipo di trazione possibile oggi", soprattutto se viene preso in considerazione e ottimizzato già in fase di progettazione. In effetti, ci sono molti argomenti a favore dell'ibrido. Grazie a grandi banchi di batterie, un impianto di climatizzazione o il dissalatore, ad esempio, possono funzionare senza l'ausilio di un generatore.
Questa "modalità silenziosa" è un vero e proprio guadagno in termini di comfort e piace non solo agli armatori ma anche ai velisti che noleggiano, come conferma Romain Motteau, capo di Fountaine-Pajot (s. Intervista). Tuttavia, l'ibrido diesel non solo ha un prezzo immensamente alto: per uno yacht da crociera di 45 piedi sono previsti tra i 70.000 e i 120.000 euro. Il suo bilancio di CO2 è anche peggiore di quello dell'unità elettrica a batteria.
HVO100 diesel: l'alternativa alle unità elettriche
In primo luogo, l'ibrido richiede grandi pacchi di batterie: tra i 30 e i 45 kilowattora, per restare all'esempio citato. La loro produzione deve essere prima compensata. In secondo luogo, è anche meno efficiente di un motore diesel con un generatore in funzione, perché per fornire l'energia motrice è necessaria una fase di conversione in più, motivo per cui una parte del fabbisogno energetico deve essere coperta dalle batterie a pieno carico.
Sono questi i motivi che impediscono a Magnus Rassy di offrire per il momento sistemi di propulsione alternativi per i suoi yacht. Tanto più che esiste una soluzione semplice per ridurre le emissioni di CO2 quasi a zero, anche con i motori diesel convenzionali: alimentarli con HVO100. Il carburante, ottenuto da olio vegetale e residui di grasso, è stato approvato da Volvo Penta e Yanmar. Costa solo poco più del gasolio fossile e può rendere "verdi" quasi immediatamente anche le imbarcazioni esistenti.
Sistemi di azionamento a confronto
Diesel
- Applicazione tipica: Universale
- Esempi: Tutti i soliti yacht da crociera (foto Hanse 410)
- Componenti del sistema: Motore diesel, alternatore per la ricarica delle batterie di avviamento e di servizio, serbatoio del carburante, presa di corrente da terra
- Pro:+ Tecnologia collaudata; + Rete mondiale di rifornimento e assistenza; + Lunga autonomia; + Buon rapporto peso/potenza; + Riserve per l'elettricità e l'energia eolica; + Buon bilancio di CO2 con il funzionamento dell'HVO100; + Costi relativamente bassi
- Contra: - Pressione sonora relativamente elevata, spesso in combinazione con vibrazioni; - Impegno di manutenzione; - Installazione complessa; - Efficienza moderata (< 35%)
E-drive con batteria
- Applicazione tipica: Daysailer, piccoli yacht da crociera
- Esempi: Saffier Se 24 Lite, Tofinou 7,9, Winner 8 (foto)
- Componenti del sistema: Motore elettrico, batteria, batteria di servizio se necessario, collegamento alla terraferma
- Pro:+ Estremamente silenzioso; + Semplice installazione; + Funzionamento senza emissioni locali; + Coppia elevata; + Massima efficienza (> 60 %); + Possibilità di navigazione silenziosa a motore; + Con elica a passo fisso, possibilità di recupero sotto vela
- Contra: - autonomia limitata; - opzioni di ricarica limitate; - rete di assistenza limitata; - bilancio complessivo di CO2 moderato; - costi delle batterie ancora relativamente elevati
Trazione ibrida diesel-elettrica
- Applicazione tipica: Yacht da crociera e multiscafi di alta qualità
- Esempi: Elan E6 (foto), Fountaine Pajot Smart Electric, HH 44 Eco Drive, Viator Explorer 42 DS, X 4.0, 4.3, 4.9, Xc 47
- Componenti del sistema: Motore elettrico, batteria, batteria di servizio separata se necessaria, generatore come range extender, serbatoio del gasolio, collegamento alla terraferma
- Pro: + Estremamente silenzioso quando si viaggia in elettrico, più silenzioso di un motore diesel quando il generatore è in funzione;+ Funzionamento senza emissioni locali;+ Coppia elevata;+ Buona efficienza nel funzionamento misto (> 50 %);+ Gittate relativamente lunghe grazie al recupero e all'estensore di autonomia;+ Possibilità di navigazione silenziosa del motore
- Contra: - Installazione molto complessa; - Rete di assistenza limitata per i motori elettrici; - Peso elevato; - Ingombro relativamente elevato; - Prezzo molto alto
Azionamento a celle a combustibile
- Applicazione tipica: Prototipi
- Esempi: LM 23 "H2-Innovation", Fountaine Pajot Samana 59 RexH2, Imoca 60 "OceansLab" (foto)
- Componenti del sistema: Motore elettrico, alimentato direttamente da una cella a combustibile H2, piccolo pacco batterie, serbatoio di idrogeno, collegamento alla terraferma
- Pro: + Estremamente silenziosa, la cella a combustibile funziona quasi in silenzio; + Ottimo bilancio complessivo di CO2 con l'utilizzo di idrogeno verde; + Vita utile molto lunga, bassi costi di manutenzione; + Necessità di una batteria di bassa capacità come riserva di emergenza; + Coppia elevata; + Possibilità di navigazione silenziosa del motore
- Contra: - Mancanza di una rete di stazioni di rifornimento di idrogeno; - Portate da basse a moderate; - Efficienza più bassa (< 30 %); - Non sono ancora disponibili moduli standard; - Mancanza di personale specializzato; - Spazio necessario per i serbatoi di H2 pressurizzato; - Prezzi molto alti del sistema
