Lo studio ENEA confronta generatori tradizionali e sistemi a celle a combustibile a ossidi solidi, evidenziando vantaggi su efficienza, emissioni e affidabilità nelle grandi navi da crociera.
Fino al 20% di consumi in meno e 60% di efficienza con le celle a combustibile per le navi da crociera
Le celle a combustibile per le navi da crociera possono ridurre fino al 20% i consumi di gas naturale liquefatto (GNL) rispetto ai generatori tradizionali e migliorare l’efficienza complessiva fino al 60%. È quanto emerge dallo studio pubblicato su Energies e condotto da ENEA in collaborazione con l’Università “Sapienza” di Roma, dedicato alla progettazione di sistemi energetici innovativi per le grandi navi da oltre 100.000 tonnellate di stazza.
La ricerca dimostra come l’integrazione di tecnologie a celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC), alimentate a GNL, possa diventare una soluzione concreta per alimentare i servizi di bordo – climatizzazione, illuminazione, refrigerazione – contribuendo alla riduzione delle emissioni navali e alla decarbonizzazione del trasporto marittimo.
1 MW di potenza: confronto tecnico-economico tra due sistemi
Lo studio ENEA ha analizzato un sistema da 1 MW di potenza confrontando due architetture: un generatore diesel a GNL e una cella a combustibile SOFC. Il risultato: per produrre la stessa energia, il generatore tradizionale consuma 331,5 litri di GNL all’ora, mentre il sistema a celle ne richiede solo 287 litri.
Oltre al risparmio di carburante, le celle a combustibile per le navi da crociera garantiscono un’autonomia operativa più lunga a parità di volume del serbatoio, un ingombro inferiore e zero emissioni di particolato, ossidi di azoto e di zolfo, con un taglio netto della CO₂ grazie alla produzione elettrochimica dell’energia.
L’investimento iniziale resta più alto — fino a sei volte superiore rispetto ai generatori convenzionali — ma i costi operativi annui risultano inferiori grazie al minor consumo di GNL e alla ridotta manutenzione.
GNL e celle SOFC: 40-60 MW per i servizi di bordo
Il sistema SOFC utilizza GNL come combustibile, lo stesso già impiegato dalle navi di ultima generazione. Ciò consente una transizione graduale, sfruttando infrastrutture e rifornimenti esistenti.
Il vantaggio principale deriva dall’efficienza: il 60% contro il 40% dei motori tradizionali, con una conseguente diminuzione del fabbisogno di carburante e minore spazio destinato ai serbatoi. L’impatto ambientale si riduce anche in fase di ormeggio, dove le navi possono mantenere attivi i servizi di bordo senza utilizzare i motori principali, abbattendo il livello di inquinamento nei porti.
Il progetto ENEA–Sapienza si inserisce nel quadro delle politiche europee come FuelEU Maritime, parte del pacchetto Fit for 55, che punta a una riduzione delle emissioni del 50% entro il 2030 e del 90% entro il 2050, promuovendo carburanti alternativi e sistemi a zero emissioni nel settore marittimo.
L’affidabilità delle celle a combustibile per le navi da crociera
Dal punto di vista operativo, le celle a combustibile per le navi da crociera offrono anche maggior affidabilità rispetto ai generatori diesel.
L’analisi di ENEA e Sapienza mostra che il sistema SOFC, grazie alla modularità dei suoi componenti e all’assenza di parti rotanti, può raggiungere una vita utile fino a 70.000 ore di funzionamento con una manutenzione minima.
Il confronto sulla reliability evidenzia un MTBF (Mean Time Between Failures) di circa 5 anni per le celle a combustibile contro 0,4 anni per i generatori convenzionali, garantendo quindi una continuità di servizio superiore.
Ogni modulo può essere sostituito rapidamente senza interrompere la produzione di energia, riducendo i rischi operativi e i tempi di fermo. Inoltre, la distribuzione dei sistemi in più “zone fuoco” permette un migliore bilanciamento dei pesi e una maggiore sicurezza in caso di emergenza.
Investimento da 1,5 a 3 milioni di euro e ritorno in 9 anni
L’analisi economica condotta dai ricercatori mostra che il ritorno dell’investimento diventa vantaggioso solo oltre i 9 anni di esercizio, in presenza di costi di acquisto ridotti (circa 1.500 €/kW) e lunga durata dei moduli. Tuttavia, con l’aumento dei costi dei combustibili fossili e l’avvio della produzione su larga scala, la competitività delle celle a combustibile potrà crescere rapidamente.
ENEA prevede ulteriori sviluppi combinando la tecnologia SOFC con celle PEM (a membrana a scambio protonico), alimentate a idrogeno puro, per creare sistemi ibridi in grado di operare a potenza variabile e garantire massima flessibilità in navigazione.
In prospettiva, l’integrazione delle celle a combustibile nei sistemi di bordo potrà estendersi anche alla propulsione, contribuendo a una marittima a zero emissioni e allineando il settore crocieristico agli obiettivi climatici dell’Unione Europea.
Emissioni zero e manutenzione ridotta: verso la crociera sostenibile
Le conclusioni dello studio dimostrano che l’impiego delle celle a combustibile nelle navi da crociera è già tecnicamente fattibile e può rappresentare una svolta per l’efficienza energetica marittima.
L’adozione su larga scala richiede ancora politiche di incentivo e riduzione dei costi di produzione, ma i benefici ambientali e operativi sono evidenti: minori emissioni, maggiore affidabilità, autonomia più lunga e riduzione dei costi di manutenzione.
Come sottolinea Manlio Pasquali, ricercatore ENEA, “le attuali navi a GNL potrebbero, con limitati interventi, ridurre drasticamente le emissioni utilizzando celle a combustibile ad alta temperatura per alimentare i servizi elettrici di bordo”.
