Uno studio su un traghetto alimentato a diesel ha sostituito il motore con un sistema pneumatico più economico ed ecologico
E se l’alimentazione futura nella navigazione a breve raggio fosse a base d’aria? Un’ipotesi presa seriamente in considerazione da un gruppo di scienziati dell’Università di Sharjah. I ricercatori hanno messo a punto un sistema che potrebbe alimentare un traghetto con motori pneumatici alimentati ad aria compressa, al posto dei tradizionali motori diesel.
Trasporto marittimo, cresce la domanda globale
Il trasporto marittimo è fondamentale per il commercio internazionale. Ancora oggi rappresenta oltre il 90% della movimentazione delle merci attraverso i continenti. Resta il mezzo più economico per trasportare grandi volumi di merci su lunghe distanze, fornendo una soluzione conveniente per collegare i mercati nel mondo. Oltre ai vantaggi economici, ci sono quelli ambientali. Le sue emissioni di gas serra per chilometro sono inferiori a quelle del trasporto su strada.
Ma con il progressivo aumento della domanda cresce anche l’impatto ambientale. Se allo stato attuale, il trasporto marittimo internazionale è responsabile di una percentuale compresa tra il 2 e il 3 % delle emissioni globali, le proiezioni indicano che se le tendenze attuali continueranno si avrà un aumento di circa il 50%.
Da qui lo studio dell‘università di Sharjah, negli Emirati Arabi Uniti, che ha portato alla sostituzione di due motori diesel di un traghetto che opera in Finlandia con due motori pneumatici, in grado di generare 250 kW ciascuno, con energia sufficiente per far navigare il mezzo su una rotta predeterminata. Lo studio, pubblicato sulla rivista Energy Conversion and Management, è stato “condotto per valutare la fattibilità tecnica ed economica della sostituzione del motore diesel convenzionale con uno a propulsione pneumatica su un traghetto esistente”, scrivono gli scienziati.
Scienziati che sono riusciti a provare che la propulsione pneumatica, sebbene non sia convenzionale, possa rappresentare un’alternativa sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico ai motori marini convenzionali, in particolare per le operazioni di traghettamento a breve distanza. E’ noto che i motori diesel siano affidabili in termini di controllo della densità di potenza e di robustezza. Ma richiedono grandi quantità di carburante. Possono essere piuttosto rumorosi e sono una delle principali fonti di inquinamento.
Come funziona il sistema pneumatico
Il sistema proposto studia tutti i componenti chiave di un sistema pneumatico e i vantaggi tecnici, economici ed ecologici del loro utilizzo per la propulsione marittima. Questi componenti includono motori pneumatici, serbatoi di stoccaggio dell’aria, compressori d’aria, scambiatori di calore, caricabatterie elettrico e un banco di batterie.
Gli autori dello studio hanno sperimentato la sostituzione di carburante con un sistema pneumatico, facendo ricorso a relazioni politropiche, formule termodinamiche usate per descrivere come cambiano pressione, volume e temperatura dell’aria dal momento in cui viene pressurizzata nel serbatoio fino al suo flusso nel motore pneumatico utilizzato per ruotare l’elica.
E cosa hanno scoperto? “Sostituire questi motori con quelli pneumatici è un’opzione più pulita ed efficace, in quanto questi motori possono essere incorporati nel corpo del traghetto per immagazzinare l’aria all’interno della struttura dell’imbarcazione o in serbatoi ausiliari, migliorando così la galleggiabilità”, ha dichiarato Abdul Hai Alami, l’autore principale.
Invece di usare motori a combustione, elettrici o batterie, questo sistema usa aria compressa per far girare il motore. L’aria viene compressa e immagazzinata in serbatoi ad alta pressione, poi viene rilasciata e inviata a un motore pneumatico, che trasforma l’energia dell’aria in movimento meccanico. Questo motore è collegato a un’elica navale, che fa muovere la barca.
A far parte del team di ricerca, Kaj Jansson, un costruttore di traghetti finlandese della K. J Marineconsulting Ab, che ha supervisionato la sostituzione dei motori diesel con motori ad aria compressa e il viaggio del traghetto, costruito nel 1985, con le eliche pneumatiche sulla rotta designata.
Trasporto marittimo, un futuro a motori pneumatici?
Diversi i benfici derivanti dalla sostituzione del diesel. Innanzitutto è economico (potrebbe costare meno rispetto ai carburanti tradizionali, ma anche pratico perché si tratta di una tecnologia abbastanza semplice da applicare. E offre un indubbio vantaggio dal punto di vista ambientale sostituendo i combustibili fossili.
Dal punto di vista economico, il sistema pneumatico proposto offre vantaggi competitivi in termini di riduzione dei costi del carburante e dei requisiti di manutenzione, grazie alla sua struttura meccanica semplificata. Ne è convinto anche Jansson secondo cui “la propulsione pneumatica è il futuro della navigazione su rotte marittime fisse. La prevedibilità dell’andatura, del carico utile e della destinazione dei traghetti consente di sostituire i motori diesel convenzionali, efficienti e affidabili ma inquinanti, rumorosi e sensibili alle fluttuazioni del prezzo del petrolio, con quelli pneumatici”.
Il sistema a gasolio eroga una potenza massima di 250 kW per ogni lato del traghetto, consumando circa 55.201 litri di gasolio all’anno. Le analisi economiche e ambientali rivelano che il passaggio al sistema di propulsione pneumatica produrrebbe un risparmio annuale sui costi e sulle emissioni. Rispettivamente di 73.000 dollari e di 120 tonnellate di CO2, con un periodo di ammortamento di 8,1 anni. I risultati possono essere un passo avanti verso il raggiungimento degli obiettivi globali di decarbonizzazione.
Infine, secondo gli autori dello studio “da un punto di vista tecnico, il sistema pneumatico proposto ha mostrato prestazioni soddisfacenti, soddisfacendo gli stessi requisiti di propulsione del sistema con motore diesel..
