Propulsore navale a idrogeno – mobilità marittima in un futuro senza emissioni
Il sistema di propulsione navale ibrido a idrogeno è una soluzione molto promettente per la navigazione senza emissioni. Nel campo dei gruppi di propulsione alternativi, è ancora molto meno diffuso dei generatori diesel e a gas. Però lo sviluppo avanza a ragione con una velocità vertiginosa. Ciò è dovuto anche a vari programmi di ricerca e di finanziamento che mirano a rendere l'idrogeno utilizzabile per la propulsione delle navi. L'idrogeno è quindi un vettore energetico promettente per la navigazione.
Con la nostra pluriennale esperienza nel campo dei propulsori elettrici, teniamo sempre d'occhio lo sviluppo delle nuove tecnologie.
Baumüller è partner di cantieri navali, integratori di sistemi e armatori e fornisce direttamente sistemi completi.
Come funziona un propulsore a idrogeno in una nave?
Un sistema di propulsione navale di questo tipo è in sostanza sempre una trasmissione con un motore elettrico. L'energia necessaria per questo tipo di propulsione viene ad es. generata in celle di carburante. Le celle di carburante sono convertitori di energia in cui un combustibile, come ad es. l'idrogeno, reagisce con un agente ossidante, come l'ossigeno. Vengono a crearsi acqua, energia elettrica e calore. La reazione all'interno della cosiddetta cella di carburante per la propulsione navale avviene automaticamente e non deve essere provocata artificialmente, ma viene catalizzata. Ciò che occorre è semplicemente l'alimentazione continua di ossigeno, prelevato dall'ambiente, e di idrogeno. Questo deve essere accumulato e trasportato a bordo della nave in serbatoi sottoposti a pressione e freddo. Come alternativa alla cella di carburante sono disponibili anche i motori a idrogeno. Qui la produzione dell'energia elettrica avviene in modo analogo a quello dei generatori convenzionali che utilizzano vettori energetici fossili. Qui l'idrogeno può essere usato come gas o legato a un liquido portante (ad es. tecnologia LOHC).
Impiego dell'idrogeno nei nostri motori elettrici
Poiché i sistemi di propulsione navali sono costituiti da uno o diversi motori elettrici, il loro sviluppo è per noi di Baumüller particolarmente interessante. Questo rientra nel campo della nostra competenza principale. Produciamo motori estremamente efficienti, ivi compresi i necessari inverter e i relativi controlli. Grazie alla nostra capacità di apportare adattamenti flessibili personalizzati ai sistemi esistenti, i nostri motori elettrici possono essere utilizzati anche per la propulsione navale a idrogeno. Già oggi, i nostri propulsori elettrici e ibridi trovano impiego in numerosi veicoli navali. Abbiamo già elettrificato con successo più di 80 navi e imbarcazioni.
Le sfide del carburante: trasporto, stoccaggio, infrastrutture
Un problema importante è il carburante stesso e il suo stoccaggio e trasporto. Questi fattori rappresentano delle grosse sfide. Nel settore della mobilità, oggi ci sono diverse versioni di stoccaggio praticabili. Due di esse sono particolarmente diffuse:
- Stoccaggio del gas a pressione
- Stoccaggio del gas liquido
Nello stoccaggio del gas a pressione, l'idrogeno viene conservato in serbatoi a pressione. In primo piano ci sono soprattutto le esigenze di spazio dei serbatoi. L'idrogeno deve essere fortemente compresso per raggiungere un chilometraggio paragonabile a quello del gasolio pesante o del diesel. Quanto maggiore è la compressione, tanto meno spazio occorre a bordo della nave. Ciò ha comunque dei limiti. Da un lato, ciò dipende dalla capacità di compressione della struttura del serbatoio e, dall'altro, dall'energia necessaria per la compressione.
Alla massima compressione, l'idrogeno si presenta allo stato liquido. In tal caso si ottiene ma massima efficienza di spazio. A tale scopo occorrono temperature estremamente basse. L'elemento diventa liquido a -253 gradi centigradi, lo si può stoccare in cryotanks e trasportare molto bene. Tuttavia non si possono evitare le cosiddette perdite dovute alla vaporizzazione. Ciò rappresenta un problema soprattutto quando, dopo la produzione, si vuole eseguire uno stoccaggio prolungato. Nel caso ideale, occorrerebbe un'infrastruttura adeguata per la produzione di idrogeno liquido a bassa temperatura nei porti o nelle loro vicinanze.
Per tutte le esigenze si può comunque dire: il progresso sta chiaramente guadagnando slancio. Europa, e prima di tutti la Germania, incentiva lo sviluppo e la ricerca di tante tecnologie relative alla propulsione a idrogeno. Questo include anche soluzioni intelligenti ed efficienti per lo stoccaggio e il trasporto, che attualmente vengono portate avanti con molto vigore. Di conseguenza, le prospettive per la propulsione navale su questa base sono molto buone.
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Proprietà e vantaggi dei sistemi di propulsione navale ibrida a idrogeno
La propulsione navale a idrogeno offre sostanzialmente vantaggi simili a quelli di altre forme di mobilitazione. Innanzitutto il rispetto dell'ambiente. Nell'uso del sistema di propulsione non vengono a crearsi emissioni rilevanti per il clima e l'ambiente. Occorre utilizzare energia soltanto per la produzione e lo stoccaggio. Ma la si può ottenere da fonti verdi. L'uso dell'energia eolica è particolarmente indicato per la navigazione marittima. Il sistema di propulsione offre quindi la neutralità climatica per la navigazione a lungo termine.
Altri vantaggi sono:
- Neutralità climatica
- Chilometraggi illimitati per le navi
- Prospettive di forti riduzioni dei costi nel futuro a medio termine
- Relativamente sicuri e con pochi incidenti
- Semplice ampliamento del sistema DC ibrido
Un altro grande vantaggio è il funzionamento continuo senza pause di ricarica, come sarebbe necessario con le unità puramente elettriche. Grazie alle possibilità sempre migliori di immagazzinare idrogeno criogenico o altamente compresso, si possono ottenere chilometraggi eccellenti con la propulsione marittima. Le operazioni di rifornimento sono veloci e possono essere facilmente eseguite durante le operazioni di carico, scarico delle merci o altre operazioni di ormeggio, una volta resa disponibile l'infrastruttura appropriata.
Campi d’impiego – Adeguatezza e sfide
I campi d’impiego dei propulsori navali a idrogeno sono numerosi. Questi includono traghetti con porti di scalo fissi. La produzione e il rifornimento della sostanza possono quindi essere assicurati in modo efficiente. Lo stesso vale per le navi di rifornimento, come quelle usate dalle compagnie energetiche per i parchi eolici offshore o le piattaforme di perforazione.
Idrogeno e celle di carburante: energia pulita per la navigazione
L'idrogeno offre un immenso potenziale nella propulsione della nave per quanto riguarda i costi, l'impronta climatica e la sostenibilità nel loro insieme. Inoltre, ci sono molti altri vantaggi, come un buon livello di sicurezza. Come sfide rimangono la produzione, il trasporto e lo stoccaggio dell'idrogeno. Queste non sono tecnologicamente problematiche, ma devono essere progettate in modo da essere economiche. Anche in questo caso, siamo sulla strada giusta e possiamo persino risparmiare sui costi a lungo termine. Noi di Baumüller seguiamo gli sviluppi con la massima eccitazione e vorremmo contribuire alla tecnologia del futuro. Con i nostri Marine Services esistenti e la nostra vasta esperienza nel campo dei motori elettrici, siamo già ai blocchi di partenza.
Referenze:
