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Gas: la strada verso il futuro

2017-10-19
Testo: Nic Townsend Foto: Arne Edström e DDR GBG
Il nuovo motore a gas ha posto agli ingegneri di Volvo Trucks una molteplice sfida: sviluppare una nuova catena cinematica in grado di ridurre immediatamente le emissioni di CO2, offrire ai clienti le stesse prestazioni elevate dei modelli diesel e creare una soluzione adeguata alle esigenze del futuro. Per ottenere una soluzione efficace, occorreva riconsiderare completamente l'applicazione del principio diesel.
Un Volvo FH LNG su una strada di campagna.
I Volvo FH LNG e Volvo FM LNG sono i primi veicoli per trasporti pesanti alimentati a gas in grado di offrire una potenza sufficiente a soddisfare le esigenze delle operazioni regionali e a lungo raggio.

La sempre maggiore preoccupazione per il riscaldamento globale spinge ad abbandonare i carburanti fossili. In molte città di tutto il mondo, gli enti comunali preposti si impegnano per eliminare dalla circolazione le automobili diesel, in alcuni casi entro pochi anni.

Ma la domanda è: quale sarà l'alternativa? Quale fonte energetica è in grado di ridurre le emissioni di CO2, fornire la potenza e le prestazioni richieste e costituire un'opzione economicamente fattibile per un'azienda di trasporti media? Volvo Trucks ritiene che la risposta sia, almeno in parte, il gas.

I Volvo FH LNG e Volvo FM LNG sono i primi veicoli per trasporti pesanti alimentati a gas in grado di offrire una potenza sufficiente a soddisfare le esigenze delle operazioni regionali e a lungo raggio. Entrambi i modelli, disponibili nelle versioni da 420 e 460 CV, assicurano gli stessi livelli di guidabilità e prestazioni dei loro equivalenti diesel e possono percorrere fino a 1.000 km prima di un nuovo rifornimento. 

In effetti, l'unica differenza è il carburante, il gas naturale liquefatto (Liquefied Natural Gas, LNG), che riduce considerevolmente sia i costi di carburante che le emissioni di CO2. Nei veicoli a gas naturale, che nel breve periodo rappresenta un'opzione più fattibile per la maggior parte degli operatori dei trasporti, le emissioni di CO2 si riducono del 20% rispetto al diesel. Un camion adibito ai trasporti pesanti che in un anno percorre 120.000 km produrrebbe una quantità di CO2 inferiore di 18-20 tonnellate l'anno. Tuttavia, il maggior risparmio si ottiene quando il veicolo è alimentato a biogas. In questo caso, infatti, le emissioni di CO2 complessive (in inglese dette anche “tank-to-wheel”) si riducono del 100%. Inoltre, il consumo di carburante è simile a quello dei motori diesel Volvo, ma più basso del 15-25% rispetto ai convenzionali motori a gas. 

“L'LNG rappresenta un'alternativa promettente al diesel, poiché offre una buona combinazione di vantaggi sia ambientali che economici”, dichiara Lars Mårtensson, Director Environment and Innovation presso Volvo Trucks. “Il gas naturale abbonda in tutto il mondo e la rete infrastrutturale per l'LNG si sta espandendo”.

L'LNG è senza dubbio un nuovo carburante. Tuttavia, Volvo Trucks è la prima a utilizzarlo per offrire questo livello di potenza in un veicolo a gas per trasporti pesanti. Questo è reso possibile dall'uso del principio diesel anziché della tecnologia Otto, la più comune per i motori gas. La differenza fondamentale è che i motori a ciclo Otto necessitano di un'accensione a scintilla e questo non solo ne limita la potenza, la coppia e l'affidabilità, ma li rende anche più soggetti a guasti. I motori basati sul principio diesel possono raggiungere livelli più elevati di potenza e di coppia utilizzando l'iniezione diretta e affidandosi alla compressione riscaldata per l'accensione. 

“Finora, la sfida è stata l'impossibilità di accendere il gas solo mediante compressione. Occorreva un elemento che avviasse il processo di combustione del gas. Ciò che accende il gas nel motore è il combustibile pilota diesel con accensione a compressione”, spiega Anneli Soppi, Chief Project Manager presso Volvo Group Trucks Technology. “Tuttavia, questo poneva il problema di come iniettare due diversi carburanti nel cilindro, considerate le notevoli difficoltà legate all'uso di due iniettori”.

L'LNG rappresenta un'alternativa promettente al diesel, poiché offre una buona combinazione di vantaggi sia ambientali che economici.

La risposta è giunta sotto forma di due aghi concentrici che iniettano direttamente sia diesel che gas. Questa tecnologia unica consente di iniettare nel cilindro una piccola quantità di diesel prima del gas, in modo da provocare l'accensione. 

“In sostanza, il diesel opera come una scintilla liquida”, afferma Anneli Soppi. “Il motore è alimentato prevalentemente a gas, che sostituisce oltre il 90% del diesel utilizzato in un motore diesel convenzionale, ma non perde le qualità tipiche di un motore diesel, tra cui elevati livelli di potenza e coppia”.




Questo significa che il gas naturale rappresenta il futuro dei trasporti? Secondo la percezione popolare, il futuro sarà l'elettricità e se questo può essere vero per le automobili, lo sviluppo delle tecnologie legate all'elettromobilità deve ancora percorrere una lunga strada prima di poter fornire un'alternativa economicamente valida al diesel per i veicoli pesanti nei trasporti a lungo raggio. 

“I carburanti vincenti saranno quelli in grado di assicurare una buona efficienza energetica e un impatto ridotto sul clima”, dichiara Lars Mårtensson, Director Environment and Innovation presso Volvo Trucks. “Assisteremo allo sviluppo di numerosi carburanti alternativi, tra cui l'elettricità, e all'uso di carburanti diversi a seconda delle applicazioni. Il diesel sarà diffusamente utilizzato ancora per molti anni durante questo periodo di transizione. Tuttavia, per quanto riguarda i trasporti pesanti regionali e a lungo raggio, l'LNG è attualmente il miglior candidato, disponibile a livello globale, come alternativa al diesel”. 

A lungo termine, considerata la possibilità di ricorrere al biogas anziché al gas naturale, l'LNG possiede il potenziale necessario per ridurre ulteriormente le emissioni. “Qualsiasi transizione futura a un biocarburante sarà graduale, quindi i biocarburanti che otterranno più successo saranno quelli che, durante tale transizione, potranno contare sul supporto di una versione fossile”, aggiunge Lars Mårtensson. “Ad esempio, il gas naturale garantisce una fonte di approvvigionamento sicura per qualsiasi veicolo alimentato a biogas. La possibilità di utilizzare il biogas cresce di pari passo con l'aumento della sua produzione e distribuzione e con il calo dei costi. In poche parole, sarà possibile ottenere una considerevole riduzione della CO2 semplicemente cambiando fonte energetica”.




Oggi, il principale ostacolo all'uso dell'LNG, sia gas naturale che biogas, è la mancanza di infrastrutture adeguate per la distribuzione e il rifornimento. Tuttavia, grazie alla sempre maggiore attenzione verso il cambiamento climatico, molti governi stanno iniziando a investire in tali infrastrutture. Questo significa che i fornitori di gas potranno trarre vantaggio dall'enorme potenziale economico legato alla fornitura per il settore dei trasporti. 

“Siamo convinti che il gas naturale possieda il potenziale più elevato in termini sia di riduzione immediata della CO2 sia come soluzione a lungo termine per almeno i prossimi 20-30 anni”, afferma Lars Mårtensson. “È vero che la mancanza di infrastrutture rappresenta una sfida, ma non dovremo affrontarla da soli. Ad esempio, l'UE è consapevole del problema e ha già stabilito programmi e finanziamenti. Inoltre, lo sviluppo di veicoli come il Volvo FH LNG e il Volvo FM LNG contribuirà a velocizzare la produzione di LNG. Ecco perché le potenzialità sono così elevate. 

Finora, la sfida è stata l'impossibilità di accendere il gas solo mediante compressione. Occorreva un elemento che avviasse il processo di combustione.

Il Volvo FH LNG e il Volvo FM LNG sono stati quindi sviluppati pensando a un futuro a lungo termine, coinvolgendo ingegneri di Volvo Trucks che operano in varie sedi in tutto il mondo. “I motori diesel rappresentano un prodotto ormai familiare per Volvo Trucks, che li sviluppa e li perfeziona da oltre 70 anni. Tuttavia, con la catena cinematica LNG stiamo percorrendo una strada nuova e questo richiede inevitabilmente più tempo, poiché dobbiamo ancora maturare esperienze e creare competenze interne”, spiega Mats Franzén, Product Manager Engines, Volvo Trucks.

In questo progetto, una delle sfide legate alla gestione di gas ad alta pressione è garantire che il sistema sia perfettamente sigillato. Ecco perché abbiamo dedicato innumerevoli ore a verificare che le tenute siano tutte stagne e a testarle rigorosamente per accertarne la durata a lungo termine. 

Nel complesso, i nuovi camion sono stati sottoposti agli stessi test e controlli che Volvo Trucks utilizza per tutti i motori e i veicoli, tra cui crash test, prove di durata e test sul campo completi, in climi sia caldi che freddi e ad altitudini elevate.

“Questo processo così esaustivo ci ha consentito di realizzare veicoli con prestazioni eccezionali”, spiega Mats Franzén. “Chi guida questi modelli non è in grado di distinguere se si tratta di veicoli diesel o a gas. I nuovi camion assicurano non solo la riduzione di consumi e CO2, ma anche la stessa durata di un diesel”. 

Volvo FH LNG e Volvo FM LNG

Modelli: disponibili come trattori (4x2, 6x2, 6x4) e carri (4x2, 6x2, 6x4) con peso totale massimo di 64 tonnellate.
Motore: Volvo G13C Euro 6 da 420 CV/2100 Nm o 460 CV/2300 Nm.
Trasmissione: Volvo I-Shift.
Serbatoi del carburante: disponibili con 115 kg (275 l), 155 kg (375 l) o 205 kg (495 l) di LNG per una percorrenza massima di 1.000 km, più un piccolo serbatoio per diesel.
Post-trattamento dei gas di scarico: SCR e filtro antiparticolato.

Sia il Volvo FH LNG che il Volvo FM LNG saranno disponibili sui mercati europei a partire dalla prima metà del 2018.