Motore elettrico sì o no? La lista dei pro e dei contro
L’aumento dell’inquinamento atmosferico e la recente innovazione tecnologica stanno spingendo tutti i settori a trovare un’alternativa “green” agli attuali combustibili. Mentre nell’automotive l’elettrico è sempre più una realtà, nella nautica siamo ancora in una fase embrionale (se escludiamo i motori fuoribordo di piccola taglia).
Grazie a Francesco Foppiano, responsabile del settore sviluppo della ditta svedese Safe At Sea AB, azienda leader nel settore della produzione di mezzi da soccorso nautici e che a breve avrà anche una gamma completamente elettrica, in questo numero parliamo dei vantaggi e degli svantaggi del motore elettrico. Iniziamo subito.
Piccola nota: siamo sì, in una fase embrionale, ma bisogna ricordare che il primo vero motore elettrico della storia fu inventato dal prussiano Jacobi nel 1834 e la sua prima applicazione pratica fu nel 1838, proprio a bordo di un traghetto che doveva attraversare un fiume con 14 passeggeri. Nel 1881 venne realizzato dal francese Gustave Trouvé il primo motore fuoribordo della storia: era un piccolo motore elettrico collegato, tramite una catena, ad un’elica; il tutto era inserito in una pala di timone tipica delle lance a remi dell’epoca. In questo modo era possibile navigare anche a 4 nodi per diverse ore; questa innovazione trovò larga diffusione e ne vendettero a centinaia.
I VANTAGGI
1. Navigazione totalmente ecologica. L’elettrico permette di navigare senza lasciare tracce di idrocarburi, niente fumo né emissioni inquinanti.
2. Silenziosità. Dimenticate il rumore e lo “sgasare” del motore a scoppio (qualcuno potrebbe rabbrividire leggendo questa frase). Con questi motori, avremo come colonna sonora della nostra navigazione soltanto lo sciabordio delle onde.
3. Efficienza. In un motore tradizionale, la trasformazione da energia termica ad energia meccanica ha un rendimento termico del 30-40% circa. I motori elettrici, invece, consentono di avere una resa anche superiore al 90% e di ottimizzarne così l’efficienza.
4. Coppia immediata. Contrariamente ai motori diesel in cui viene raggiunta intorno ai 2000 giri e ai motori a benzina in cui la tocchiamo ai 3000 rpm, nel motore elettrico la coppia massima si ha a 0 giri, con una curva che però tende a scendere con l’aumentare del regime. Se da un lato non si hanno punte altissime di velocità, dall’altro si ottengono però riprese fulminee.
5. Accesso alle aree marine protette. Poter godere delle oasi naturalistiche che il paesaggio italiano offre, senza limitazioni alcune, è un pregio non da poco. Grazie ai vantaggi descritti nei punti precedenti, è possibile navigare anche in acque interdette alla navigazione poiché procederemo senza alterare l’habitat marino.
Adesso andiamo a comprendere perché vi dico che questa è una tecnologia acerba.
GLI SVANTAGGI
1. Peso degli accumulatori. Attualmente hanno un peso da 7 a 10 kg per kWh (riferito alla diffusa tecnologia Li-NMC). Facciamo un esempio: se ho delle batterie della capacità di 100 kWh, posso teoricamente alimentare un motore da 100 kw per un’ora. Un motore da 100 kw equivale orientativamente ad un motore termico di 160/170 cavalli, quindi una potenza “intermedia” se pensiamo ad una barca sui 7 metri. Ma avere 100 kWh significa dover imbarcare circa una tonnellata di batterie. Quindi un peso enorme per un’ora di autonomia a velocità massima o circa 2 ore a velocità di crociera. Per dare una ulteriore idea, 700 kg di batterie equivalgono come resa energetica a circa 50 kg di diesel.
2. Costo. Avere una batteria idonea ad assicurare una decente autonomia si traduce in un costo per l’utente finale di circa 1000 – 2000 € per ogni kWh.
3. Complessità. Il sistema di controllo del motore (in sostanza un inverter che trasforma la corrente continua delle batterie in corrente alternata per il motore) è una apparecchiatura complessa e delicata, che deve essere programmata con software appositi per ogni barca e tipologia di utilizzo; inoltre può essere anche molto più costoso del motore stesso.
4. Distribuzione della corrente. Immaginiamo un ormeggio con molte barche elettriche: in questo caso, le utenze “green” avrebbero una richiesta di energia molto più alta per poter alimentare i potenti caricabatterie e quindi l’ormeggio avrebbe bisogno di un impianto di distribuzione dell’energia molto maggiorato.
Adesso analizziamo rapidamente le varie tipologie di batterie presenti attualmente nel settore, con relativi pregi e difetti.
I TIPI DI BATTERIE
a) Le tecnologie più comuni sono Li-ion – ioni di litio. Sono efficienti ma instabili. Bisogna tenere presente che il litio a contatto con l’acqua esplode. Gli shock delle batterie (impatti sulle onde, acqua e altre problematiche) potrebbero creare cortocircuiti e di conseguenza generare incendi. Il problema è che l’incendio è praticamente impossibile da spegnere, anche sott’acqua, poiché genera troppo calore. Queste batterie hanno un alto C-Rate, di solito ben superiore a 20C (capacità di spunto teorico, per esempio un C-rate 30 significa che una batteria da 10 kWh può alimentare un motore fino a 300 kW di potenza massima), ma se si sfruttano appieno, tendono a scaldarsi con il conseguente rischio di esplosione.
b) LiFePo Litio Ferro Fosfati. Sono meno instabili di quelle Li-ion, ma c’è comunque un rischio alto di avere problemi in ambiente marino. Il C-Rate è un po’ inferiore alle Li-ion.
c) Li-NMC litio Nickel Manganese Cobalto. Sono fra le più sicure, non troppo performanti sotto l’aspetto del rapporto peso/capacità ed hanno un C-Rate modesto (2C), ma offrono una ottima affidabilità e durata. Il prezzo è molto competitivo.
d) Ni-MH Nickel-Metallo Idruro. Sono più performanti delle Li-NMC, ma meno delle Li-ion; garantiscono però una ottima affidabilità e sicurezza ad un prezzo più competitivo rispetto alle Li-ion, ma comunque quasi doppio alle Li-NMC. Il C-Rate è intorno a 20C.
Un problema a cui oggi non si pone troppa attenzione è lo smaltimento. Le batterie hanno una vita che è indicata per cicli di ricarica. Se sfruttate adeguatamente e senza troppe cariche e scariche veloci, possono arrivare anche a 1000 cicli di carica/scarica (che, per una barca planante, si traducono mediamente in circa 1000-3000 ore di utilizzo).
Un’altra criticità è che a bordo ci sono alte tensioni, anche nell’ordine dei 400 V con intensità di centinaia di Ampére, quindi è necessario avere un ottimo isolamento per salvaguardare la sicurezza e la salute.
CONCLUSIONI
Possiamo concludere, quindi, che ad oggi è ancora molto prematuro installare una motorizzazione elettrica su barche che richiedono alte potenze, per via del costo/peso degli accumulatori e della autonomia ridotta, mentre può essere un’ottima scelta per barche plananti di piccole dimensioni (4-6 metri), che devono navigare a corto raggio in aree protette, e per barche dislocanti di media dimensione (6-10 metri), sempre a patto che la navigazione si svolga a corto raggio.
Un’ottima soluzione è invece quella offerta dalla motorizzazione ibrida, ove si utilizza un piccolo motore elettrico con piccoli accumulatori, dal peso e costi limitati, per navigare in aree protette, per gli ormeggi o per pescare alla traina. Il tradizionale motore termico viene invece utilizzato per le lunghe e veloci navigazioni di trasferimento.
