di Laura Luigia Martini e Andrea Donadon
(Rinnovabili.it) – Prosegue l’impegno di Fincantieri nel percorso di transizione verso la decarbonizzazione del settore marittimo. Il Gruppo italiano leader nella navalmeccanica ad alta tecnologia, che oggi vanta una presenza globale, nel corso degli anni ha avviato numerose iniziative finalizzate a contribuire, nel più breve tempo possibile, al processo di decarbonizzazione e alla sostenibilità ambientale.
Le tecnologie green, che a vari stadi di sperimentazione sono in corso di studio presso il Gruppo, riguardano applicazioni a bordo nave come batterie, fuel cell, turbine a gas e motori a combustione interna alimentati sia a gas naturale che ad idrogeno.
In particolare, le applicazioni in ambito navale rappresentano una sfida ambiziosa per la transizione energetica. La maggior parte delle tecnologie green più evolute deriva da applicazioni terrestri. Il settore navale presenta alcune caratteristiche peculiari che hanno un impatto particolarmente rilevante sull’applicabilità di tali tecnologie. Per questo motivo, le sperimentazioni delle attività cosiddette di “marinizzazione”, ovvero il processo che consiste nell’adattamento dei componenti all’applicazione a bordo nave, devono svilupparsi prima in laboratorio e poi su prototipi in scala reale.
In primo luogo, vi è il tema della sicurezza, che a bordo nave presuppone il rispetto di criteri stringenti dovuti sia agli spazi limitati che all’esigenza di garantire l’operatività della nave in qualunque condizione. Inoltre, gli spazi limitati fanno sì che le tecnologie a disposizione per il settore terrestre debbano essere ulteriormente migliorate per raggiungere densità di potenza idonee alle applicazioni navali.
In secondo luogo, una differenza rilevante riguarda il profilo operativo a cui sono soggetti gli organi di generazione dell’energia a bordo nave. Infatti, diversamente dalle applicazioni terrestri e stazionarie in cui i carichi sono costanti, nel settore navale il profilo operativo risulta maggiormente variabile, poiché variabili sono i requisiti che devono essere soddisfatti.
Le utenze principali da alimentare a bordo nave sono rispettivamente: la propulsione, che consente alla nave di navigare ed è realizzata grazie alla rotazione delle eliche, ed il carico hotel che è costituito da tutti gli utilizzi che permettono una confortevole vita a bordo ed è particolarmente rilevante nel caso di navi da crociera. Mentre la propulsione necessita generalmente di maggiore potenza e può avere un profilo molto variabile nel tempo dovuto, ad esempio, a operazioni di manovra piuttosto che a trasferimenti che possono avvenire a velocità diverse, il carico hotel ha un profilo più costante nel tempo.
Un altro limite è quello relativo al fatto che i componenti di una nave, una volta montati a bordo, sono soggetti ad accelerazioni e vibrazioni e pertanto materiali e dimensionamenti strutturali devono essere opportunamente adeguati.
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Inoltre, ad oggi, le tecnologie chiave nel processo di decarbonizzazione non sono ancora completamente sviluppate. E’ pertanto auspicabile uno sviluppo indirizzato all’integrazione di tali tecnologie, che concorrono a realizzare i relativi target, nel più breve tempo possibile e a costi sostenibili.
Tra le numerose iniziative intraprese da Fincantieri volte al miglioramento della sostenibilità ambientale, la ZEUS (Zero Emission Ultimate Ship), un’imbarcazione all’avanguardia dotata di un impianto di generazione di potenza che comprende anche le celle a combustibile, rappresenta senza dubbio uno dei progetti pilota di più ampio respiro dal punto di vista tecnologico. Questo progetto beneficia dell’iniziativa “Tecnologie a basso impatto ambientale” (TECBIA) che prevede un co-finanziamento da parte dal Ministero dello Sviluppo Economico che si inserisce all’interno del Programma Operativo Nazionale.
ZEUS rappresenta la prima nave al mondo con le caratteristiche di capostipite per le nuove tecnologie green che il Gruppo Fincantieri punta a sviluppare per poi estenderle ad una gamma di applicazioni come, ad esempio, le navi da crociera, mega-yacht, traghetti e altre navi speciali a servizio di infrastrutture offshore.
La nave ha una lunghezza di 25 metri e sarà dotata di un sistema di generazione di potenza ibrido che prevede una struttura convenzionale, costituita da due diesel generatori e due motori elettrici, che viene affiancata da un modulo di fuel cell e da un sistema di batterie. Le fuel cell hanno una potenza nominale di 130 kW e vengono alimentate da 50 kg di idrogeno stoccato in apposite bombole sotto forma di gas pressurizzato. Questa soluzione si basa sulla tecnologia ad idruri metallici che è già applicata sui sommergibili costruiti da Fincantieri. Le fuel cell e le batterie garantiranno un’autonomia di 8 ore di navigazione con una velocità di 7,5 nodi. In questa condizione di funzionamento la nave non emetterà alcun tipo di emissione inquinante verso l’ambiente esterno.
In particolare, le fuel cell sono dispositivi elettrochimici in grado di generare corrente elettrica sfruttando la reazione che si sviluppa dalla combinazione dell’idrogeno con l’ossigeno e la conseguente formazione di vapore acqueo. Nel caso specifico della nave ZEUS, l’idrogeno puro viene stoccato allo stato gassoso in apposite bombole pressurizzate mentre l’ossigeno necessario al processo viene catturato dall’atmosfera circostante.
Tra le caratteristiche innovative della nave ZEUS, è da segnalare la predisposizione all’alimentazione elettrica da terra (cosiddetto cold ironing) che, oltre a permettere lo spegnimento dei diesel generatori durante l’ormeggio in porto con la conseguente riduzione delle emissioni, rappresenta un’opzione fondamentale per ricaricare le batterie a bordo nave senza produrre emissioni.
La progettazione innovativa del sistema di generazione, che raccoglie l’energia elettrica generata da fuel cell, batterie e motori a combustione interna, renderà possibile la navigazione in diverse modalità operative che comprendono sia soluzioni con azzeramento delle emissioni – quando vengono utilizzate le batterie oppure le fuel cell – sia andature in assenza di emissioni sonore, quando vengono utilizzate esclusivamente le batterie. Oltre a queste configurazioni, sono anche possibili le modalità di navigazione tradizionali in cui i diesel generatori vengono utilizzati per la propulsione e per ricaricare le batterie.
La nave ZEUS, di cui Fincantieri ha celebrato l’impostazione a settembre 2020, verrà costruita presso lo stabilimento di Castellammare di Stabia e completata nel 2021.
La realizzazione di questo progetto così sfidante è stata resa possibile grazie al coinvolgimento diretto di diverse realtà del Gruppo Fincantieri che, specializzate nelle diverse discipline, hanno contribuito alla progettazione e costruzione di tutti i componenti della nave, dallo scafo ai sistemi elettromeccanici, all’automazione. Il progetto ha inoltre beneficiato dei contributi del panorama tecnologico italiano, quali il CNR, il RINA, l’Ente Nazionale di Ricerca e promozione per la standardizzazione e le Università di Genova, Palermo e Napoli.
ZEUS è dunque una nave molto versatile e complessa che permetterà di fare esperienze reali sull’utilizzo delle fuel cell e dell’idrogeno a bordo, affrontando nel mondo navale tematiche impattanti relative a logistica, ingombri, sicurezza e gestione degli impianti correlati.
Con questo progetto ambizioso ed estremamente innovativo, Fincantieri conferma la propria leadership anche nel contrasto al cambiamento climatico. La sua Zero Emission Ultimate Ship costituisce infatti un’esperienza fondamentale per la progettazione di navi a zero emissioni.