Redazione 
Cambiare rotta verso una navigazione sostenibile e a minor impatto ambientale.
E’ questa la grande ambizione che ha portato l’Ing. Sofia Bencini a conseguire con il massimo dei voti la Laurea Magistrale in Yacht Design presso l’Università degli Studi di Genova.
Il progetto dell’Ing. Bencini, al centro di questo nostro speciale, si focalizza su uno speciale traghetto a idrogeno ideato per la navigazione all’interno delle Aree Marine Protette, che ad oggi nel nostro Paese ammontano a 29 (l’equivalente di circa 228mila ettari di mare e circa 700 chilometri di costa).
Nonostante le perplessità iniziali di molti, dovute principalmente all’ambizione e al carattere fin troppo futuristico del progetto, questo è stato premiato a La Spezia con il prestigioso Premio di Laurea Magistrale “Architetto Gianfranco Ricco”.
Un traguardo speciale che racconta la determinazione, la capacità e l’inventiva dei nostri giovani, il cui talento (se coltivato correttamente) sarà il carburante della tanto auspicata transizione verso un mondo più sostenibile dal punto di vista industriale, economico e sociale.
Come redazione siamo dalla parte di tutti i piccoli e grandi protagonisti di tale scommessa, ed è quindi con grande piacere che vi raccontiamo questo progetto, partendo da una citazione di Valerio Massimo Manfredi: tutte “le navi hanno un’anima, una voce, ed un nome” e quello scelto dall’Ing. Bencini è…
…NoEmi
Acronimo di No Emission, rappresenta il progetto preliminare di un traghetto passeggeri a zero emissioni ideato specificatamente per la navigazione nelle Aree Marine Protette, capace di fornire un servizio di trasporto accessibile e sostenibile nel pieno rispetto della vita e dell’ecosistema marino.
NoEmi fa suo l’obiettivo posto dall’IMO – International Maritime Organization di ridurre le emissioni di gas serra almeno del 50% entro il 2050, rispetto a quelle del 2008, e di eliminarle completamente a partire dallo stesso anno ed entro la fine del secolo.
Questo traghetto vuole essere non solo la risposta alla sfida di una mobilità marittima davvero sostenibile, ma anche una soluzione in grado di soddisfare le richieste delle società armatrici in termini di efficienza, capacità di trasporto e rispetto degli orari di viaggio.
Lo scafo
La forma dello scafo, il dislocamento e il layout della propulsione sono alcuni dei fattori chiave che influenzano maggiormente la richiesta di potenza complessiva.
Si è scelto d’installare una propulsione innovativa ad idrogeno verde, trasformato in energia tramite l’uso di celle a combustibile, e di utilizzare l’alluminio leggero come materiale di costruzione dello scafo.
Ciò consente di ridurre il consumo di energia e di riciclare facilmente la nave una volta raggiunta la fine della sua vita operativa, contribuendo così all’economia circolare.
La modalità di propulsione garantisce inoltre una navigazione senza emissioni e senza rumori, vibrazioni e altri disturbi tipici dei motori a combustione.
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La carena semidislocante scelta permette di raggiungere buone prestazioni, ridurre i consumi e la generazione di moto ondoso e di onde acustiche (che impattano sull’ecosistema marino), rispetto a una carena planante con scafo ampiamente a v.
Per ottenere una previsione di resistenza al moto il più accurata possibile, il piano di costruzione della carena è stato realizzato partendo dai dati forniti dalla serie sistematica NPL in quanto, essendo utile per barche dislocanti e semidislocanti, rispecchia le caratteristiche dell’imbarcazione in oggetto.
Una volta stimata la resistenza preliminare della carena è stato effettuato il progetto dell’elica seguendo il procedimento “a velocità e diametro assegnati” e la relativa verifica di non cavitazione tramite il Diagramma di Burrill.
Stoccaggio dell’idrogeno e layout del traghetto
Queste sono state le sfide principali di NoEmi.
La propulsione elettrica offre una certa flessibilità nella disposizione a bordo che una propulsione convenzionale non permette, ma per uguagliare le prestazioni in termini di potenza si rendono necessari maggiori volumi di stoccaggio del carburante, soprattutto tenendo conto non solo delle prestazioni e della durata delle batterie per la navigazione standard, ma anche per quella in condizioni meteorologiche estreme e in situazioni di emergenza.
I tratti distintivi del progetto sono la scalabilità, intesa come possibilità di replicare l’imbarcazione in diverse dimensioni, e la modularità, intesa come possibilità di gestire lo spazio a bordo diversamente a seconda delle richieste delle società armatrici.
NoEmi presenta tre ponti, due accessibili ai passeggeri e uno destinato a sala macchine e cambusa.
Con una lunghezza fuori tutto di 30,22 m, un baglio massimo di 6,11 m i ed un’immersione a pieno carico di 1,60 m, NoEmi può ospitare 320 persone e può raggiungere la velocità massima di 18 nodi e la velocità di crociera di 13 nodi.
Nel ponte principale sono ubicati 160 posti passeggeri a sedere interni e 8 esterni, oltre a 10 posti per biciclette, mentre nel ponte superiore 152.
I ponti sono collegati tramite due scale esterne poppiere e l’accesso dei passeggeri a bordo è garantito dalla passerella situata a prua e dai due portelloni ubicati sulle fiancate del traghetto.
Nella zona prodiera del ponte superiore è situata la plancia di comando dotata di tre postazioni a sedere e di due postazioni di timoneria esterne allocate su ciascun lato dell’imbarcazione.
Il battello abbatte le barriere architettoniche con due file di postazioni per passeggeri in sedia a rotelle situate all’ingresso su ambo i lati.
L’imbarcazione è dotata di un impianto antincendio, di mezzi di salvataggio e di tutte le dotazioni di sicurezza previste per la navigazione litoranea.
La propulsione
Data la natura full-electric, la potenza potrà essere fornita da 3 diverse configurazioni ovvero, batterie, Fuel Cells (con pacco batterie di emergenza) e ibrido (fuel-cells con batterie per surplus di potenza).
L’impianto di propulsione sarà composto da:
- Sistema di stoccaggio in pressione dell’idrogeno: serbatoi e sistemi di controllo della pressione;
- Cella a combustibile: combina idrogeno e ossigeno producendo energia elettrica con unico prodotto di scarto vapore acqueo;
- Convertitore;
- Motore elettrico: converte l’energia elettrica fornita attraverso il convertitore in coppia meccanica responsabile del movimento dell’elica. Nel momento di decelerazione si avrà il processo inverso: la coppia meccanica sarà trasformata in energia elettrica immagazzinata nella batteria;
- Pacco batterie + pacco batterie di emergenza: assicura alto rendimento, efficienza e immagazzina temporaneamente parte dell’energia generata dalla cella a combustibile.
La coppia di propulsori azimutali selezionati ruota ruotano rispetto all’asse verticale orientandosi in una qualsiasi direzione orizzontale, consentendo una maggiore manovrabilità dell’imbarcazione rispetto ad un sistema di propulsione tradizionale.
Si è scelto il modello SRE 210 della gamma EcoPeller di SCHOTTEL ottimizzato per le condizioni operative costiere, che si distingue dai competitor per il suo design idrodinamicamente ottimizzato.
La velocità di progetto è di 18 kn assicurata da una potenza al freno di 478 kW per ciascun motore.
I due motori Simiotics SD PRO – 400 – IM B3 2p (scelti dal catalogo Siemens) garantiscono una potenza al freno pari a 545 kW ciascuno.
Fondamentale per il progetto la scelta delle celle a combustibile.
Per il traghetto NoEmi si è deciso di installare tre celle a combustibile dell’azienda TECO Marine leader nella produzione di moduli PEM – membrane a scambio protonico – da 400 kW specifici per applicazioni marine.
Questo sistema è caratterizzato da dimensioni compatte e permette una progettazione modulare e flessibile, inoltre garantisce prestazioni ridondanti e perciò molto affidabili.
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Per quantificare il fabbisogno energetico di bordo relativamente al consumo e alla produzione di energia nelle varie modalità operative è stato svolto il bilancio elettrico in potenza, in cui i valori della potenza nominale richiesta per il corretto funzionamento di boiler, desalinizzatore, gru, pompe, salpa ancora ed elica di manovra sono stati estrapolati dalle relative specifiche tecniche fornite dai produttori.
Per ottenere un’adeguata illuminazione di bordo è stato svolto un dimensionamento basato sul numero di lumen necessari per metro quadrato di superficie di ogni locale.
Le cinque modalità operative di NoEmi
- Navigazione elettrica con fuel-cells: il motore elettrico è alimentato dall’energia generata dalle celle a combustibile senza utilizzare quella immagazzinata nelle batterie, che viene invece sfruttata per alimentare i carichi di bordo. Si è ipotizzata una velocità di navigazione di 18 nodi;
- Navigazione elettrica con batterie: l’alimentazione del motore e quella delle utenze di bordo utilizzano l’energia accumulata nelle batterie. Si è ipotizzata una velocità di navigazione 13 nodi, velocità massima consentita all’interno dell’AMP;
- Manovra: il motore lavora ad una velocità di 5 nodi e sono considerate le utenze “extra” necessarie per la manovra;
- Emergenza: è prevista la sola alimentazione delle utenze indispensabili in caso di emergenza ed in cui si è ipotizzata una velocità di 7 nodi come da normativa SOLAS;
- Porto: il motore elettrico è spento e la richiesta di energia da parte delle utenze di bordo è soddisfatta direttamente dalla rete di terra a cui è collegata l’imbarcazione durante la sosta.
Per dimensionare le batterie necessarie a bordo è stata analizzata la tratta giornaliera che l’imbarcazione dovrà percorrere.
Sono state scelte le batterie a ioni di litio “Corvus Dolphin Power” specifiche per applicazioni marine, che combinano un’eccezionale densità di potenza e una ragionevole densità di energia con il massimo livello di sicurezza.
Corvus Dolphin Power ha inoltre sviluppato un sistema di riciclaggio che permette un riutilizzo pari al 99% del peso delle batterie.
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Il sistema di ricarica wireless Wärtsilä sostituisce il tradizionale metodo di connessione via cavo, per massimizzare il tempo di ricarica delle batterie, avviando il processo di ricarica non appena il traghetto si trovi nel raggio d’azione del caricabatterie wireless.
Questo sistema di ricarica delle batterie è particolarmente adatto ai traghetti completamente elettrici che trascorrono poco tempo in porto e che necessitano di un numero elevato di periodi di ricarica al giorno.
Per l’imbarcazione sono state installate 10 bombole per l’idrogeno ad alta pressione di tipo IV della Hexagon Purus, azienda leader a livello globale per le tecnologie chiave della mobilità a emissioni zero.
I risultati
I risultati del progetto hanno fatto emergere l’importanza di avere un efficiente infrastruttura energetica integrata terra-bordo e la necessità di agire nel prossimo futuro anche sulla generazione stessa dell’idrogeno, cercando di rendere l’energia utilizzata nel processo di elettrolisi più “green” possibile.
Nonostante un incremento del 15% del peso e del 12% del volume rispetto ai medesimi valori di un traghetto di pari dimensioni con propulsione tradizionale, NoEmi permetterebbe di ottenere un azzeramento delle emissioni inquinanti con effetto locale ed un calo del 68% di quelle ad effetto globale, ovvero una riduzione pari a 852 kg di CO2 equivalente al giorno.
NoEmi vuole essere un contributo ad una nautica più sostenibile, la dimostrazione che sarebbe possibile approcciarsi all’uso di soluzioni di propulsione elettrica-idrogeno meno impattanti rispetto alle tradizionali.
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