Nuove direzioni tecnologiche per il settore nautico per Rolls-Royce

Una vasta gamma di fattori può influenzare l'efficienza di un'imbarcazione (tutte le foto sono fornite da Rolls-Royce, salvo diversa indicazione).

"Dal punto di vista dell'efficienza, la tecnologia dei motori diesel è ormai al limite del suo potenziale", afferma Tobias Kohl, vicepresidente di Marine Application Engineering di Rolls-Royce Power. "È possibile migliorare i sistemi di iniezione, la sovralimentazione, la dinamica della camera di combustione, ma alla fine si tratta di una tecnologia già ampiamente ottimizzata."

"Ma possiamo trarre vantaggio da questa tecnologia quando valutiamo altri carburanti utilizzabili nei motori a combustione interna."

Il commento di Kohl è giunto in risposta a questa domanda: poiché nessun carburante "alternativo" ha la densità di potenza del diesel, il passo successivo dovrebbe essere quello di migliorare l'efficienza del motore in modo che metanolo, etanolo, ammoniaca o idrogeno forniscano una potenza per chilogrammo equivalente a quella del diesel?

Tobias Kohl, Rolls-Royce Power

Secondo Kohl, si tratta principalmente di una questione di carico e velocità del motore. "Indipendentemente dal carburante, se si fa funzionare un motore nel suo punto di funzionamento ottimale, si otterrà sempre la massima efficienza. Ma per ottenere davvero il massimo da quel motore, crediamo che sia necessaria una gestione intelligente del carico che utilizzi le batterie: chiamiamo questa combinazione 'motore diesel plus'".

A titolo esplicativo, Kohl propone l'esempio di un gruppo elettrogeno a bordo di una nave. Utilizzato per fornire energia ausiliaria, il motore del generatore non funziona quasi mai alla velocità ottimale, operando solitamente ben al di sotto di tale valore. L'aggiunta di un pacco batterie consente al gruppo elettrogeno di entrare in funzione solo quando necessario, operando al carico e alla velocità ottimali. L'energia così immagazzinata viene poi utilizzata nelle batterie per un utilizzo successivo.

Afferma che ci sono altri vantaggi. Il pacco batterie può compensare le fluttuazioni dell'erogazione di energia e, mentre la nave è ormeggiata, può ridurre i costi operativi utilizzando l'energia della rete solo durante i periodi in cui costa meno, una forma di riduzione dei picchi di consumo.

post-trattamento delle emissioni

L'utilizzo di un motore a combustione interna alimentato da un carburante alternativo in combinazione con un pacco batterie può contribuire a migliorare l'efficienza complessiva. Tuttavia, considerando i progressi dei sistemi di post-trattamento delle emissioni, è possibile che questi nuovi carburanti stiano soppiantando prematuramente il diesel?

"La sfida più grande per i sistemi di post-trattamento delle emissioni nelle applicazioni nautiche è stata la percepita mancanza di benefici per l'armatore. Su uno yacht, vedono un sistema che aumenta l'ingombro del motore. Vedono un peso aggiuntivo. E ci sono costi aggiuntivi, come il fluido a base di urea AdBlue. Nonostante tutto questo, l'imbarcazione non va più veloce e non è più silenziosa."

In risposta, Kohl afferma che Rolls-Royce ha sviluppato sistemi di post-trattamento delle emissioni di terza generazione, più piccoli, leggeri ed efficienti che mai. "Abbiamo ottimizzato il sistema e i miglioramenti sono significativi. Riteniamo che questo renderà i sistemi più accettabili per i costruttori navali e gli armatori."

Ciò solleva la questione se l'obiettivo di Rolls-Royce nello sviluppo di questi sistemi sia migliorare l'efficienza del motore o dell'imbarcazione.

Ponte di comando sul traghetto Halunder Jet, che utilizza quattro motori diesel da 4000 MTU e propulsori a idrogetto.

«Entrambe», risponde Kohl. «Come ho detto, i motori sono stati ottimizzati grazie all'integrazione delle tecnologie più recenti. Ci lavoriamo da oltre 100 anni», aggiunge con un sorriso. «Quindi, per ottenere ulteriori vantaggi, dobbiamo pensare in modo olistico all'intero impianto di propulsione e a come questo sistema interagisce con l'imbarcazione».

Riguardo alla cattiva esecuzione, racconta di uno yacht a cui era stato installato un generatore semplicemente per riscaldare la piscina di bordo. "Ora possiamo usare il sistema di cogenerazione (produzione combinata di calore ed elettricità) per fare esattamente la stessa cosa. Non mi piace il termine 'spreco', ma in sostanza è quello che useremmo ora per lo stesso scopo."

Il ridimensionamento ottimale apporta benefici

I nuovi carburanti offrono indubbiamente un vantaggio in termini di riduzione delle emissioni, ma il dimensionamento corretto dei motori – ovvero la scelta del modello più adatto alla potenza richiesta, anziché semplicemente del più potente disponibile – è destinato a svolgere un ruolo considerevole nel miglioramento dell'efficienza delle navi.

“Se una nave o uno yacht arriva in cantiere per un ammodernamento, è possibile esaminare i dati, vedere come ha funzionato il motore, dove e come è stato utilizzato. Da queste informazioni è possibile determinare se un modello di motore più piccolo sarebbe adatto a quella specifica applicazione.”

Il motore per gruppi elettrogeni Rolls-Royce MTU Serie 2000 DS può essere utilizzato per la propulsione ausiliaria navale.

Kohl afferma che esistono una serie di "leve" fondamentali per migliorare l'efficienza. I combustibili a basse emissioni di carbonio svolgono un ruolo chiave, così come le nuove tecnologie. Un terzo elemento è rappresentato dalle modalità di gestione dell'imbarcazione.

"Quando si parla di efficienza, dobbiamo considerare ciò che la natura ci offre", spiega. "Le maree e le condizioni del vento influenzano il modo in cui l'imbarcazione viene condotta e il funzionamento del motore. Disponiamo del sistema NautIQ Foresight di mtu, che aiuta i comandanti a monitorare le prestazioni dell'imbarcazione e a prendere decisioni che possono garantire un'efficienza ottimale."

Questo aspetto è strettamente legato alla progettazione dello scafo e, più in generale, a quella delle eliche. Kohl afferma che un'elica ben progettata può offrire miglioramenti compresi tra il 10 e il 15%, un incremento notevole che, in definitiva, riduce i costi operativi.

Pipeline tecnologica

Ad agosto di quest'anno, in Tasmania, è stata completata la costruzione della più grande imbarcazione a batteria del mondo. Dotata di un sistema di accumulo a batterie da 40 MWh e 275 tonnellate, la China Zorrilla è un traghetto per passeggeri e veicoli che effettuerà traversate sul Rio de la Plata tra Argentina e Uruguay.

Kohl ritiene che, sebbene questo sia un esempio estremo di questa tecnologia, i traghetti a propulsione elettrica abbiano un valido potenziale di applicazione.

Il traghetto cinese Zorrilla viene caricato sulla nave semisommergibile per carichi pesanti Black Marlin (Foto: Incat)

“Quando un'imbarcazione, come un traghetto, segue una rotta prevedibile e ha la possibilità di ricaricarsi, l'energia elettrica rappresenta un'applicazione ideale e prevedo che la tecnologia continuerà a svilupparsi nei prossimi anni. In Rolls-Royce, abbiamo già casi in cui i generatori di bordo fungono esclusivamente da sistema di backup per le batterie, un po' come un range extender in un'automobile.”

Analizzando nello specifico il caso della China Zorrilla, Kohl afferma di apprezzare il fatto che qualcuno si assuma il rischio, spingendo la tecnologia attuale ai suoi limiti assoluti. Tuttavia, dubita che ciò avrà un impatto significativo sullo sviluppo dei traghetti di grandi dimensioni. Il contrario vale per i traghetti più piccoli; egli cita le imbarcazioni a batteria già operative in Scandinavia come un utilizzo più pragmatico di questa tecnologia.

Riguardo alle future tecnologie marine di Rolls-Royce, Kohl ha affermato: "Continueremo a sviluppare motori a combustione. Siamo fermamente convinti che per le lunghe distanze, i percorsi imprevedibili e per affrontare le sfide infrastrutturali, questa sia l'unica strada percorribile."

“Ma, oltre a questo, vorrei aggiungere che consideriamo il metanolo un combustibile con un grande potenziale. Pertanto, continueremo a sviluppare soluzioni per i motori a combustione interna, in modo da supportare i carburanti alternativi.”