Dalla cooperazione tra industria e università si può arrivare a una transizione energetica di un settore strategicamente rilevante come quello del trasporto marittimo – merci e passeggeri – attraverso il trasferimento tecnologico dei risultati scientifici.
Altamente energivori, fortemente inquinanti e poco incline ai cambiamenti. Siamo messi male se il sistema portuale è come lo descrive Annamaria Buonamano, professoressa di fisica tecnica ambientale, dipartimento di ingegneria industriale all’Università Federico II di Napoli.
Incontriamo la docente a Napoli durante un incontro culturale organizzato dall’Unesco dove ha fatto tappa la mostra itinerante dedicata all’oceano e al clima con conferenze organizzate con il supporto di E.On.
Quindi, verrebbe da dire che abbiamo poche speranze in tema di transizione Green di questo settore? Forse no: ancora una volta la tecnologia e la ricerca ci viene in aiuto.
Come appunto la Buonamano sottolinea: “Sia i porti che le navi sono chiamati a un forte sforzo di decarbonizzazione – assimilabile a quello dei settori hard-to-abate – che richiede ingenti investimenti e lunghi tempi di attuazione da parte degli operatori.
Inoltre, va considerato che l’industria portuale e marittima è storicamente un settore conservatore poco incline all’innovazione, con forte resistenza al cambiamento e all’introduzione di nuove tecnologie e metodi di progettazione e gestione del sistema.
Tutto ciò si aggiunge, inoltre, a uno degli ostacoli più evidenti, nei porti e soprattutto sulle navi, che riguarda la necessità di spazi e superfici adeguate all’implementazione di tecnologie green“.
Per superare tali barriere, oltre agli incentivi e al supporto agli investimenti – si pensi ai finanziamenti del Pnrr – e alla semplificazione burocratica, è necessario anche un cambio di paradigma nel modo di progettare e implementare tecnologie integrate, efficienti e rinnovabili sia per le navi che per i porti.
Al contempo, è auspicabile che nella valutazione della fattibilità economica e ambientale degli interventi di efficientamento e decarbonizzazione siano considerati aspetti, finora trascurati, essenziali per la tutela degli ecosistemi locali portuali e della salute pubblica.
Infatti, oltre ad adottare tecnologie rinnovabili nei porti e sulle navi (per cui il mercato propone una rosa di alternative, dal cold-ironing ai biocombustibili, fino alle tecnologie per il recupero termico e la produzione di energia rinnovabile), è imprescindibile sviluppare indicatori di sostenibilità in grado sia di valorizzare l’impatto dei possibili interventi sulla relativa prestazione economica e ambientale, che di migliorare la percezione e consapevolezza di tutti gli attori del sistema marittimo.
Per quanto riguarda le navi esistenti da riqualificare dal punto di vista energetico, un ostacolo oggettivo è quello relativo agli ingombri dei sistemi e componenti per il risparmio energetico a bordo.
Spesso l’adozione di nuove tecnologie implica l’integrazione di quelle esistenti – senza sostituirle – richiedendo spazi spesso non disponibili per il retrofit del sistema energetico.
Anche il peso di tali apparecchiature è, ovviamente, un vincolo significativo a bordo nave. Per tali ragioni, alcune soluzioni tecnologiche per ridurre l’impatto ambientale possono non trovare collocazione a bordo nave.
Migliore è la situazione delle navi nuove, ove ovviamente in fase di progettazione è possibile tener conto di esigenze di appositi spazi e pesi per sistemi energetici innovativi.
È necessario, naturalmente, tener conto dei costi iniziali per il revamping del sistema energetico della nave esistente, o dei costi aggiuntivi da prevedere nel caso delle navi nuove.
Per le navi esistenti, un ulteriore vincolo è relativo ai tempi di fermo necessari per la riqualificazione dei sistemi energetici, fermo che si trasforma in un mancato introito economico per l’armatore.
Quali sono le tecnologie più promettenti?
Solo attraverso un mix di tecnologie – per le navi e per i porti – sarà possibile raggiungere gli obiettivi stringenti del Green Deal europeo (ridurre emissioni del 50% entro il 2050) e rispettare le prescrizioni dell’Imo (International Maritime Organization).
Per quanto concerne le navi, sarà necessario sostituire i combustibili utilizzati con biocombustibili; dal 2020 non è più ammesso, infatti, l’utilizzo di combustibili con elevato tenero di zolfo, attualmente limitato allo 0,5% fino allo 0,1% nelle zone di controllo delle emissioni (Emission Control Areas – Ecas).
In tal senso, l’interesse verso l’innovazione nella ricerca di nuovi combustibili alternativi e delle tecnologie alimentate dagli stessi, è altissimo. Tra i combustibili più promettenti troviamo l’Lng, il bioetanolo, l’ammoniaca verde e l’idrogeno verde.
A oggi l’unico realmente disponibile e utilizzabile a bordo nave è l’Lng (che risolve solo parzialmente il problema dell’impatto ambientale), mentre per tutti i restanti combustibili green o a basso impatto ambientale non sono al momento disponibili tecnologie mature per la loro produzione industriale e il loro utilizzo a bordo nave.
Tra l’altro, al contempo, mancano le infrastrutture a terra per il relativo rifornimento delle stesse.
L’approvvigionamento energetico delle navi è un tema cruciale: la presenza di navi ormeggiate in banchina – con particolare riferimento alle navi da crociera – comporta un inquinamento ambientale importante che può essere parzialmente risolto attraverso l’implementazione del cold-ironing, ossia attraverso l’elettrificazione delle banchine finalizzata all’alimentazione delle navi per i servizi di bordo.
È ovvio che solo quando la rete sarà alimentata dalle rinnovabili il problema dell’inquinamento sarà totalmente risolto; nel frattempo ci si dovrà accontentare di averlo delocalizzato rispetto alle aree portuali e alle città adiacenti o limitrofe.
Tra le tecnologie più promettenti per il risparmio energetico sulle navi e la relativa riduzione delle emissioni inquinanti, vi sono le fuel cell alimentate con combustibili green; tuttavia, sarà necessario qualche anno, specialmente per navi a lungo raggio, per pensare a sistemi nuovi completamente eserciti attraverso tale tecnologia e a emissioni zero (nel caso, per esempio, di alimentazione a idrogeno verde).
Nel frattempo, la transizione potrà essere ottenuta attraverso motori dual o multi-fuel alimentati con biocomustibili, nonché mediante l’efficientamento degli attuali sistemi energetici presenti a bordo.
Un modo concreto per migliorare l’efficienza energetica della nave è, per esempio, l’ottimizzazione dei recuperi termici dei motori, attraverso turbine a vapore, macchine Orc, assorbitori, accumulo termico.
Per altre tecnologie futuribili per la decarbonizzazione delle navi sarà necessario attendere i progressi della ricerca, così come per la completa movimentazione elettrica delle navi a lunga percorrenza attraverso batterie o sistemi equivalenti (diversamente da quanto accade per i traghetti a corto raggio e per la sola movimentazione di alcune navi nei porti).
Riesce a riassumerci brevemente tutti i progetti che avete in campo (meglio in mare)?
I progetti su cui stiamo attualmente lavorando sono finanziati sia da privati che dal programma internazionale di ricerca e innovazione Horizon Europe e riguardano l’efficientamento delle grandi navi moderne finalizzato alla riduzione dei consumi energetici e delle emissioni di CO2, NOx, SOx e particolato.
I progetti sviluppati sono tutti finalizzati a promuovere la riduzione delle emissioni nocive connesse al trasporto navale, attraverso lo sviluppo di tecnologie e sistemi da installare a bordo nave che siano intelligenti, sostenibili, affidabili, sicuri e puliti.
Il Dipartimento di Ingegneria Industriale (Dii) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II è impegnato nello sviluppo di innovativi modelli di simulazione dinamica e ottimizzazione delle prestazioni energetiche, economiche e di impatto ambientale del sistema nave-impianto, anche nell’ottica della progettazione secondo criteri di sostenibilità delle grandi navi moderne.
Queste ultime – si pensi alle navi da crociera – sono sistemi complessi che richiedono elevati livelli di comfort dei passeggeri e di qualità dell’aria indoor, quindi alti consumi di energia.
Nell’ambito del progetto finanziato da Horizon Europe, denominato Hemos (hemosproject.eu), ci si prefigge di ridurre i consumi energetici e le emissioni inquinanti della nave Allure of the Seas della Royal Caribbean (tra le navi da crociera esistenti più grandi al mondo).
L’obiettivo sarà conseguito attraverso l’ottimizzazione del sistema energetico a bordo nave e dei relativi recuperi termici, mediante lo sviluppo e la progettazione di nuove configurazioni di impianto e la conseguente implementazione.
Gli obiettivi di ricerca scientifica sono raggiunti attraverso la modellazione e simulazione dinamica del sistema nave-impianto che permette di proporre soluzioni innovative e alternative a quelle tradizionali, ottimizzandole attraverso un approccio multi-obiettivo.
I risultati delle ricerche in atto forniranno ai progettisti e ai costruttori delle navi, ma anche agli armatori, una nuova metodologia per la progettazione e gestione del sistema nave-impianto.
Infine, grazie alla cooperazione tra industria e università – come, per esempio, accade nell’ambito dei progetti in corso – è possibile supportare concretamente la transizione energetica di un settore strategicamente rilevante, quale quello marittimo, mediante il trasferimento tecnologico dei risultati scientifici conseguiti.
