La mobilità sostenibile delle città costiere e fluviali

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Come è noto, uno dei principali problemi per la mobilità urbana sostenibile è dato dalle emissioni di gas contaminanti e polveri sottili associate all’utilizzo di combustibili fossili per il trasporto su mezzi gommati. Le città costiere e fluviali avrebbero un vantaggio in questo senso: possiedono già un’infrastruttura di canali o altre vie d’acqua che consente la movimentazione di maggiori quantità di passeggeri o merci con minore dispendio energetico e minori emissioni in atmosfera.

Mobilità urbana sostenibile: quale futuro?

Inoltre le navi sono meno critiche dei mezzi terrestri per quanto riguarda il rapporto potenza/peso, il che le rende particolarmente adatte all’utilizzo di idrogeno come vettore energetico e celle a combustibile come convertitori ad alta efficienza per la movimentazione di merci e persone lungo corsi fluviali e nelle città costiere.

Durante il congresso Fuel Cells and Hydrogen for maritime and harbour applications: current status and future perspectives in the EU , tenutosi al VEGA Parco Scientifico Tecnologico di Venezia lo scorso mese di luglio, sono stati presentati alcuni progetti molto interessanti nel campo della mobilità urbana, che mostrano come sia ormai tecnicamente possibile azzerare le emissioni inquinanti causate dai trasporti, con costi comparabili a quelli di sistemi convenzionali basati sul petrolio.

IL PORTO DI HELSINKI RESO AD EMISSIONI ZERO

L’agenzia Tekes, Finnish Funding Agency for Technology and Innovation, ha dedicato 35 mln di euro allo sviluppo di nuove tecnologie relative alle celle a combustibile, all’interno del più largo Finnish Fuel Cell Programme, che con 100 mln di euro ha finanziato ben 70 progetti dimostrativi.

Demo2013 è il nome di uno di questi progetti, che sarà in un certo senso un campionario di tecnologie messe insieme nell’ambito del porto di Helsinki, in concreto nella nuova area Vuosaari Harbour, nella quale coesistono strutture sia per la movimentazione di container di merci che per il trasporto di persone.

La zona si trova a ridosso della città, pertanto il progetto prevede di ricorrere alla tecnologia delle celle a combustibile e l’utilizzo di biometano da rifiuti per minimizzare sia le emissioni inquinanti che i rumori dei macchinari. L’idrogeno che verrà utilizzato da alcuni dei sottosistemi basati su celle a combustibile tradizionali è un sottoprodotto dell’industria chimica locale. Esiste già una stazione di servizio per il rifornimento di idrogeno nella città fluviale di Rovaniemi, e la seconda verrà aperta proprio nella località di Vuosaari. Come combustibili alternativi e di backup per le strutture portuarie si utilizzeranno biometano, metanolo e gas naturale, tutti con tecnologia di celle a combustibile ad ossidi metallici. È stato testato con successo un carrello elevatore a celle di combustibile e diversi sottosistemi di alimentazione di navi, gru e trasporti pubblici con diverse tecnologie.

Il progetto DEMO2013 inizierà a funzionare nel porto di Vuosaari il prossimo 10 settembre, con la possibilità di effettuare visite guidate per gruppi di studiosi, esperti, e pubblico in generale, che partiranno dal centro di Helsinki in un autobus a biometano.

IL FERRY DI BRISTOL A IDROGENO GIÀ FUNZIONA A SCALA COMMERCIALE

La necessità di ammodernare la flotta dei ferries nelle città fluviali e costiere del Regno Unito ubbidisce a due spinte normative: lo UK Climate Change Act 2008, che sancisce l’obbligo di consistenti riduzioni nelle emissioni di CO2 in tutti i settori, e la direttiva MARPOL, allegato VI, che impone drastiche riduzioni alle emissioni di NOx e SO2.
Questi obiettivi legati alle emissioni e alla mobilità sostenibile non possono essere raggiunti se non ricorrendo a tecnologie più pulite, come appunto le celle di combustibile.

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In alto: Hydrogenesis, il primo ferry per passeggeri alimentato a idrogeno di Bristol. Foto | cortesia di Auriga Energy

Va ricordato che i maggiori porti del mondo, fra i quali Bristol, emettono complessivamente più inquinanti di quanto non facciano le città che li ospitano. Il primo dei ferries a idrogeno del Regno Unito ha la capacità di trasportare 12 passeggeri, un pilota ed un marinaio. Interamente costruito in vetroresina, lo scafo è stato studiato per creare minime perdite per attrito e moto ondoso, pertanto la navigazione richiede solo un motore elettrico a magneti permanenti da 12 kW. Il tragitto attraversa la città di Bristol da un estremo all’altro in 45 minuti con 9 fermate che consentono combinazioni con altri mezzi di trasporto pubblico.

LE CHIATTE DEI CANALI DI BIRMINGHAM

Birmingham viene chiamata a volte “la Venezia inglese”, e di fatto ha una maggiore estensione di canali rispetta alla città italiana: ben 52 km contro i 47 km dalla Serenissima. L’infrastruttura fu costruita fra 1760 e 1820 e serviva per il trasporto di carbone alle nascenti fabbriche a vapore, e la distribuzione delle merci prodotte da queste. Le misure delle chiatte sono normalizzate sin da quei tempi e corrispondono a 2,1 m di larghezza per un massimo di 17 m di lunghezza.

La velocità massima consentita dalle leggi inglesi su tutta la rete nazionale di canali è pari a 6,4 km/h. L’Università di Birmingham da tempo partecipa in diversi progetti di ricerca relativi all’utilizzo dell’idrogeno e le celle di combustibile per la mobilità sostenibile. Con questo animo fu riciclata una vecchia chiatta che altrimenti sarebbe finita nel cantiere di demolizione, tolto il vecchio motore a gasolio e rimpiazzato con un motore elettrico.

L’approccio ingegneristico è il cosiddetto ibrido: il motore da 10 kW a magneti permanenti in CC è azionato da un banco di batterie al piombo convenzionali, che forniscono la corrente di spunto e la modulazione di potenza. Le batterie sono ricaricate a potenza costante da un banco di celle a combustibile alimentate a idrogeno. L’idrogeno viene immagazzinato in una matrice di stato solido, detta idruri metallici, e viene liberato solo quando gli idruri sono tenuti a certa temperatura da una piccola resistenza elettrica. Questo approccio, benché meno efficiente e più pesante rispetto alle bombole di idrogeno a pressione con collegamento diretto della cella di combustibile al motore, garantisce una totale sicurezza rispetto alle fughe, in quanto basta spegnere la resistenza per interrompere quasi automaticamente la vaporizzazione del gas intrappolato negli idruri.

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In alto: La Ross Barlow dopo l’intervento di ristrutturazione, nel canale che attraversa l’Università. Foto | cortesia del prof. David Brook.

La vecchia chiatta ristrutturata per navigare ad idrogeno venne battezzata Ross Barlow, in onore di uno studente, entusiasta sostenitore dell’idea e collaboratore del gruppo di ricerca, morto tragicamente in un incidente con un deltaplano. Per ora il mezzo viene utilizzato a scopo puramente di ricerca, ma questa tecnologia ha il potenziale per sostituire i mezzi gommati che circolano per le strade della città tramite la riconversione sostenibile di un folto parco natanti, ad oggi azionati a gasolio, ed il recupero di una vasta infrastruttura di canali navigabili esistenti.

ACCADUE, IL PROTOTIPO DI VAPORETTO AD IDROGENO PER VENEZIA

Accadue è il progetto sviluppato da una società consortile con lo scopo di sviluppare un distretto della tecnologia dell’idrogeno nell’area industriale di Marghera (VE). Al prototipo partecipa anche la ACTV (il gestore dei vaporetti veneziani), è finalizzato a rendere operativa un’imbarcazione per il trasporto passeggeri a Venezia alimentata ad idrogeno.

L’attività rivolta in particolare alla definizione, valutazione sperimentale e successiva ottimizzazione del sistema di generazione d’energia da idrogeno a bordo, HSES (Hydrogen Supply Energy System). Nell’ambito del progetto sono stati testati in laboratorio diversi sistemi di conversione e accumulo d’energia (celle ad idrogeno, batterie e supercapacitori) e le loro possibili combinazioni. In una seconda fase , per poter valutare gli HSES in condizioni reali di esercizio, è stata allestita un’imbarcazione laboratorio: Accadue. Essa è dotata di due motori elettrici in CC a 48V, di potenza di 12kW, due celle a combustibile da 5kW, pacchi batterie Pb–acido, un pacco bombole di idrogeno e sistemi di sicurezza.

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In alto: L’imbarcazione–laboratorio Accadue.

Un sistema di acquisizione dati ha consentito, durante la navigazione, di valutare in tempo reale tutti i parametri più significativi (tensioni, correnti, temperature, ecc.) e d’immagazzinarli per successive elaborazioni. Accadue è stata collaudata con successo nella Laguna di Venezia e nel Canal Grande, simulando le fasi operative di un vaporetto tradizionale.

Il progetto ha dimostrato la realizzabilità di un mezzo di trasporto acqueo ad emissioni zero alimentato a idrogeno, che risolve i problemi di ridotta autonomia e necessità di frequenti ricariche dei mezzi puramente elettrici, ma si trova in fase di stallo per via del attuale vuoto normativo italiano, che non prevede l’utilizzo dell’idrogeno per la mobilità delle imbarcazioni.

Mario Rosato

Mario Rosato Ingegnere

La sua passione sono le soluzioni soft tech per lo sviluppo sostenibile, possibilmente costruite con materiale da riciclaggio. Un progetto per quando andrà in pensione: costruire un'imbarcazione a propulsione eolica capace di andare più veloce del vento in ogni direzione.