(Foto courtesy archivio Conferenza COP 26)
Un tema molto sentito e dibattuto in campo navale riguarda le navi con tecnologia ‘ZEV’ (Zero Emission Vesssel), all’interno dell’obiettivo globalmente condiviso della riduzione delle emissioni inquinanti in atmosfera.
Una data imposta dall’IMO (International Maritime Organization), per la riduzione degli attuali standard di emissioni è il 2030.
L’IMO, branca delle Nazioni Unite nel campo della regolamentazione della produzione ed esercizio delle navi mercantili per il trasporto internazionale, in campo della protezione ambientale e della lotta al cambiamento climatico, ha emanato alcune direttive, vincolanti per gli stati membri, per combattere l’effetto serra e ridurre i rischi del cambiamento climatico, che si pongono come obiettivo minimo la riduzione dei gas che contribuiscono all’effetto serra del 50% entro il 2050, rispetto alle emissioni prodotte nel 2008, ma ponendosi, se tecnicamente possibile, l’obiettivo auspicato della eliminazione completa delle emissioni entro lo stesso 2050.
Al giorno d’oggi, la vita media di una nave mercantile si aggira attorno ai 20-30 anni, tenendo conto dei tempi utili per ammortizzare l’investimento iniziale da parte dell’armatore, e la riduzione del valore del singolo nolo con l’avanzare dell’età della nave.
Conseguentemente, per centrare l’obiettivo già dal 2030 dovranno essere varate ed entrare in servizio le prime navi ZEV, prive di emissioni, pur considerando che, con i trend produttivi attuali, volendo ordinare oggi una nave petroliera VLCC, i tempi di consegna previsti possono richiedere anche 20 anni.
Frattanto, il panorama che si prospetta al giorno d’oggi, per quanto riguarda i combustibili ecocompatibili, disponibili per la propulsione navale, si può ridurre a queste sette famiglie di appartenenza: -propulsione elettrica a batterie; -propulsione ibrida elettrica e a idrogeno; -celle combustibile a idrogeno; -motori a combustione interna a idrogeno; -celle combustibile ad ammoniaca; -motori a combustione interna ad ammoniaca; – biocombustibili.
Esaminiamo le varie tipologie di propulsione green elencate, evidenziando in seguito alcuni aspetti.
Propulsione elettrica a batterie: comprende navi o naviglio minore puramente propulse da motori elettrici alimentati da pacchi batterie; ottima soluzione, ma destinata al piccolo cabotaggio e a brevi spostamenti, rimanendo l’incognita, per le medie e lunghe percorrenze, di quale fonte primaria utilizzare per genere l’energia elettrica che poi andrà a caricare le batterie.
Propulsione ibrida elettrica e idrogeno: il nome di questo sistema di propulsione si spiega da sé, in quanto è un sistema combinato, in serie o in parallelo, tra uno o più pacchi di batterie, e un apparato di conservazione di idrogeno, immagazzinato allo stato gassoso in apposite bombole ad alta pressione; la propulsione viene assicurata dalla immissione dell’idrogeno in pile a combustibile, le cosiddette “fuel cell”, nelle quali avviene una reazione elettrochimica che produce elettricità, con emissione in atmosfera di semplice vapore acqueo, ovviamente poi sempre sfruttando l’energia prodotta per ricaricare le batterie, le quali alimenteranno i motori elettrici. Si tratta di un sistema molto valido dal punto di vista ambientale, la cui tecnologia si prospetta già matura per l’impiego in un prossimo futuro, in particolare per la propulsione di navi di medie dimensioni.
Le celle combustibili a idrogeno: questa tecnologia fa già parte del nostro presente, ma, una volta messa ulteriormente a punto, potrà essere applicata all’utilizzo navale. In linea generale questa tecnologia si basa su convertitori, in cui l’idrogeno reagisce con l’ossigeno, agente ossidante, e genera energia elettrica prontamente utilizzabile per la propulsione. In questo processo gli unici scarti prodotti sono acqua e calore (che in campo navale si può utilizzare). La reazione che avviene all’interno delle celle è del tutto spontanea, senza che si debba provocare artificialmente con accensioni o combustioni, producendosi semplicemente immettendo in appositi catalizzatori con continuità l’ossigeno prelevato dalla atmosfera e l’idrogeno. L’idrogeno, per le grandi quantità richieste in campo navale può essere trasportato, oltre che in forma gassosa, in forma liquida, necessitando in tale caso di serbatoi criogenici raffreddati a -253° C a livello del mare.
I motori a combustione interna a idrogeno: in questo caso, invece che per il tramite di celle combustibili, la produzione dell’energia elettrica avviene in modo pressoché identico a quello dei motori convenzionali che utilizzano combustibili fossili, con la possibilità di utilizzare idrogeno in forma gassosa o miscelato a un liquido portante. Questa tecnologia appare adatta anche alle navi di grandi dimensioni.
Le celle combustibile ad ammoniaca: si tratta di una soluzione abbastanza simile a quella delle celle combustibili a idrogeno, i cui primi test pratici dimostrano la necessità di una ulteriore fase di sviluppo. L’ammoniaca viene immessa in un reattore, che separa azoto e idrogeno, mentre una certa quantità di essa viene mantenuta nella formula iniziale. L’azoto e l’idrogeno vengono immessi allo stato gassoso nella cella a combustione, insieme ad aria, consentendo all’idrogeno di bruciare, producendo quale scarto semplice acqua. La quantità di ammoniaca che non viene convertita in azoto e idrogeno viene immessa in un convertitore catalitico, insieme ad aria dall’esterno ed entra in contatto con un foglio metallico ondulato rivestito con uno strato di particelle catalitiche contenenti platino, innescando una serie di reazioni chimiche che producono a loro volta altro azoto e altra acqua. Punti a sfavore di questa tecnologia sono le emissioni di ossidi di azoto allo scarico, mentre costituisce un grande punto a favore la possibilità di trasporto e stoccaggio semplice e pratico, richiedendo serbatoi raffreddati solo a -33°C. Questa tecnologia appare idonea soprattutto per navi di tonnellaggio superiore e per le quali l’ammortamento dei maggiori costi sarebbe permesso da un lungo e prolungato servizio.
Motori a combustione interna ad ammoniaca: lo sviluppo di questi motori è ancora in fase embrionale, ma la casa produttrice di motori marini MAN afferma di poter convertire in fase di refitting e sulla catena delle nuove costruzioni il motore 2t ME-LGIP, già in produzione e concepito per funzionare a GPL. Il sistema di iniezione del gas nei cilindri sarà simile a quello dell’alimentazione a gas naturale, una volta risolti i problemi tecnici ancora allo studio. Anche Wartsila, altra azienda produttrice di motori marini, è impegnata in sistemi di propulsione navale ad ammoniaca, con applicazione di tale tecnologia su motori a quattro tempi. Questa tecnologia è da tenere in seria considerazione per il futuro del settore navale, per la sua grande versatilità e per la semplicità del sistema di stoccaggio a bordo.
I biocombustibili: sono i combustibili del presente, utili per la transizione dai fossili verso quelli totalmente green, esaminati innanzi. Questi combustibili consentono alle navi tradizionali a combustione termica, ora in esercizio, di poter continuare ad operare, abbassando già il loro impatto ambientale rispetto al passato, senza incidere troppo sui costi e sulle modalità di utilizzo.
I biocombustibili sono prodotti da materiali organici, quali il bioetanolo derivante dalla fermentazione di cereali e zucchero, o il biodiesel, ottenuto da olio estratto dai semi di colza o da alghe o il bioetanolo, prodotto da biomasse fermentate e reso liquido a pressione atmosferica.
In sintesi, alla luce di quanto sia pur succintamente esposto, si può concludere che attualmente i bio combustibili sono i combustibili ideali per gestire una fase di transizione al futuro, mentre le altre soluzioni esaminate che prevedono l’impiego, in varie combinazioni, di idrogeno e ammoniaca rappresentano il futuro già concreto e programmabile, rispetto alle batterie che da sole, al di fuori di campi di utilizzo limitati, potranno contribuire di poco alla svolta green della quale il pianeta necessita.
Dal prevedibile sviluppo ed impiego di queste tecnologie nella propulsione navale deriva che il cold ironing, vale a dire l’elettrificazione delle banchine, possa divenire rapidamente superata ed antieconomica, richiedendo ingentissimi investimenti a terra e alti consumi di elettricità prodotta nelle centrali, e figlio di una vecchia generazione di naviglio, che in futuro dovrà essere rimpiazzato.
Non è stata presa qui in considerazione la propulsione nucleare di ultima generazione, la cui valutazione, con le tecnologie attuali, costituisce un tema socio-culturale estremamente delicato.
Da grande appassionato e cultore del “mio” settore, quello navale, spero di essere stato utile per la comprensione del tema trattato e di aver esposto le varie prospettive in campo in maniera semplice e chiara.
Capitano di Macchina
Dott. Ing. Gest. Mauro Zizzi
