Eco-motori per un trasporto marittimo sostenibile
Parzialmente finanziato dall’UE, Hercules-2 ha adottato un approccio olistico per aiutare il settore marittimo a muoversi verso una direzione rispettosa dell'ambiente. Il progetto rappresenta la seconda fase del programma Hercules R&D per le tecnologie dei motori di grandi dimensioni, originariamente concepito nel 2004 da due importanti gruppi europei di fabbricazione di motori. Le tecnologie Hercules-2 verranno col tempo impiegate a bordo di grandi navi. Più opzioni di alimentazione e carburante La flessibilità del carburante è diventata importante nell’ultimo decennio con l’avvento dei motori a doppia alimentazione e la necessità di passare a carburanti a basso tenore di zolfo nelle zone di controllo delle emissioni (ECA, Emission Control Areas) o nei porti in cui sono in vigore normative locali. «Uno dei principali vantaggi della flessibilità del carburante è che consente ai motori delle navi di passare senza problemi tra carburanti convenzionali o più rispettosi dell’ambiente di composizione e qualità variabili», osserva il prof. Nikolaos Kyrtatos, ingegnere navale presso il Politecnico nazionale di Atene. Utilizzando impianti di verifica avanzati comprendenti strumenti di misurazione ottica e software computazionale all’avanguardia, i ricercatori hanno studiato le caratteristiche di iniezione e accensione di diversi carburanti per motori diesel sia a bassa che a media velocità. L’attenzione è stata posta sulla combinazione di carburanti intrinsecamente più sostenibili quali il gas naturale, il gas di petrolio liquefatto, il metanolo, il biogas e il dimetiletere con altri più regolari, quali oli combustibili pesanti o distillati. «Essendo necessarie temperature più elevate per aumentare l’efficienza e ridurre le emissioni, i futuri motori dovranno essere fabbricati con materiali più resistenti», osserva il prof. Kyrtatos. La ricerca di nuovi materiali si è concentrata su componenti quali pezzi fusi, teste di cilindri e alloggiamenti per turbine per turbocompressori che resistono a pesanti carichi meccanici o termici. I ricercatori hanno studiato l’uso di materiali intermetallici e di ghisa per creare componenti più duraturi. Questi materiali robusti non solo aumenteranno la resistenza all’usura dei componenti, ma anche la finestra operativa del motore per una più vasta gamma di velocità dell’imbarcazione. Nuove tecniche di controllo adattativo L’attenzione principale è stata concentrata sulla combinazione di elettronica, meccanica e software per sviluppare un motore in grado di adattarsi in modo ottimale al proprio ambiente operativo. La principale motivazione alla base dei nuovi sviluppi si basava su questo: qualsiasi parametro che determina le prestazioni del motore non deve deteriorarsi di oltre il 5 % per tutto il ciclo di vita rispetto a un motore nuovo. I risultati del progetto hanno incluso un sistema di lubrificazione flessibile e un sistema avanzato di monitoraggio delle prestazioni del tribosistema in tempo reale. Si prevede che questi risolvano il problema della scelta e dell’applicazione dell’olio lubrificante quando si passa da oli combustibili pesanti a carburanti a basso tenore di zolfo. I ricercatori hanno inoltre sviluppato un nuovo regolatore non convenzionale che migliora il funzionamento del motore vicino al margine dove batte in testa. Una boccata d’aria fresca Lo sviluppo di tecnologie di abbattimento per ottenere motori con emissioni quasi nulle era alla base di Hercules-2. Le avanzate tecnologie integrate di post-trattamento introdotte forniscono un utile strumento per soddisfare non solo i limiti ECA ma anche quelli IMO Tier III. I ricercatori hanno combinato ricircolo dei gas di scarico ed emulsione acqua-carburante per abbattere simultaneamente l’ossido di azoto e il particolato. L’integrazione di tecnologie di abbattimento del metano e dell’etano nei motori a quattro tempi a combustione magra è attualmente oggetto di indagine. Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato metodi migliorati di iniezioni di agenti di riduzione selettiva catalitica (SCR) e hanno anche studiato catalizzatori robusti per operazioni SCR pre-turbo. I risultati di Hercules-2 dovrebbero accelerare ulteriormente la transizione del settore marittimo verso una maggiore efficienza del carburante e un impatto ambientale significativamente ridotto. Rafforzeranno inoltre la posizione dei partner partecipanti sul mercato.
Parole chiave
HERCULES-2, motore, flessibilità del carburante, industria navale, area di controllo delle emissioni (ECA), riduzione selettiva catalitica (SCR), emissione quasi zero, tribosistema
