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eDrive LAB firma un innovativo range extender per la nautica

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eDrive LAB: nonostante il Coronavirus, lo spin-off dell’Università di Parma prosegue il proprio percorso di elettrificazione nel settore dei trasporti. Dopo le numerose sperimentazioni su terra arriva il momento dell’acqua, grazie a un inedito range extender per ambito nautico. Davide Lusignani, giovane ingegnere e CEO di (leggi qui), torna sulle pagine virtuali di Vaielettrico.it per raccontare la genesi del progetto e le opportunità che può aprire nel design navale.

eDrive LAB, ora è la nautica a tingersi di verde

  • Ingegner Lusignani, quale riflessione ha condotto alla nascita del range extender?

Nel 2019, durante il Salone Nautico di Genova, ho potuto osservare insieme ai miei collaboratori le ultime novità tecnologiche introdotte sul mercato. Mi hanno colpito la quantità e la varietà di proposte che toccano il tema della sostenibilità. La cui importanza sociale è sempre maggiore. Mi riferisco ai materiali di costruzione delle imbarcazioni, e, in special modo, ai sistemi di propulsione. La conferma arriva dalla diffusione delle motorizzazioni totalmente elettriche, soprattutto per i piccoli natanti. Ideali per esempio per la navigazione nelle acque interne, come avviene nella laguna di Venezia.

e drive lab

  • Perchè un range extender?

Questi prodotti sono concepiti per specifici contesti d’uso, che richiedono agilità, leggerezza, basse velocità di crociera e percorrenze. Nel caso però delle imbarcazioni da diporto, destinate sovente a lunghe traversate in mare aperto, credo che ci siano notevoli margini di miglioramento nel processo di elettrificazione dei sistemi propulsivi. Così, dopo un intenso periodo di ricerca, edriveLAB ha portato alla luce un range extender di nuova concezione”.

eDrive LAB e il tema dell’efficienza: l’elettrico al 95%

  • Può spiegare la differenza tra una motorizzazione ICE ed elettrificata?

Gli yacht di piccole e medie dimensioni hanno masse che possono raggiungere valori pari a decine di tonnellate. Per questo motivo, si avvalgono di potenze motrici nell’ordine delle centinaia e delle migliaia di kW. Specialmente per mantenere elevate velocità di crociera (pari o superiori a 20 nodi). La navigazione è legata storicamente a sistemi di propulsione che associano i motori a combustione interna (alimentati in particolare con combustibili fossili). Con le eliche, in grado di convertire la rotazione meccanica in spinta con un rendimento intorno al 60-70%.

edrive lab

Al contrario, un powertrain elettrificato permette di adottare nuove geometrie e nuove collocazioni del propulsore (anche sott’acqua) nella struttura della barca, modificando in parallelo il design dello scafo, riducendo il volume del serbatoio, con benefici rilevanti a livello fluidodinamico. Per dare un’idea dell’incremento di efficienza grazie all’elettrificazione, i motori idrogetto di ultima generazione possono raggiungere valori superiori all’80%. Questo discorso diventa ancora più interessante analizzando l’efficienza dal punto di vista della generazione dell’energia meccanica. Con i motori a combustione interna il dato numerico è pari al 30-35%, mentre con i propulsori elettrici si tocca e si supera il 95%.

Riduci consumi e inquinamento (anche acustico)

  • Che cosa si modifica nel comportamento della barca?

Innanzitutto, si ha una notevole riduzione nel consumo di carburante, che risulta dimezzato rispetto a una motorizzazione tradizionale. Ma si diminuisce anche l’inquinamento acustico, poiché si può controllare il regime di rotazione del propulsore. Questo è possibile grazie alla particolare architettura del powertrain. Abbiamo infatti associato al motore a combustione interna un propulsore elettrico, un inverter e una centralina di controllo proprietaria. L’insieme così assemblato permette a ciascun componente di lavorare nel punto di massima efficienza.

edrive lab

Di conseguenza, grazie al sistema intelligente di diagnostica, si può impiegare una propulsione completamente elettrica. Sfruttando l’energia contenuta nella batteria per brevi percorrenze e a bassa potenza, come accade durante le fasi d’ingresso e d’uscita dai porti. In mare aperto, invece, si può attivare il range extender. L’adozione di un inverter si è resa necessaria per questioni di praticità, in particolare, per gestire al meglio l’energia elettrica in corrente continua. Il nostro sistema può però provvedere anche a fornire l’elettricità in corrente alternata, per alimentare i servizi a bordo. Come l’impianto d’illuminazione e i piccoli elettrodomestici, analogamente a quanto svolgono gli accumulatori da 12 o 24 volt già oggi a bordo delle barche convenzionali”.

  • Qual è il punto di forza del progetto di eDrive LAB?

range extender

Direi la flessibilità, poiché si può declinare secondo diversi livelli di potenza grazie alla parallelizzazione, accostando varie unità. Al momento l’obiettivo di eDrive LAB è creare un powertrain capace di erogare 120 kW. Passeremo poi a valori superiori, o anche inferiori, sfruttando la modularità del concept. Inoltre, il gruppo motopropulsore implementa un sistema di raffreddamento compatibile con l’acqua dolce e salata. Ed è stato elaborato in due versioni funzionanti rispettivamente con benzina oppure diesel. Ciò si è reso necessario per fornire un ampio campo d’applicazione per il concept”.

Il bilanciamento tra investimenti e ricerca

  • Secondo lei la motorizzazione ibrida è una tecnologia di transizione verso la propulsione totalmente elettrica, in ambito navale?

La questione è molto complessa, ma si può forse delineare un’evoluzione dello scenario a grandi linee. Come detto precedentemente, le applicazioni di powertrain completamente elettrici interessano oggi, prevalentemente, le imbarcazioni più compatte. L’implementazione di motorizzazioni full electric su navi da diporto si sta sviluppando, ma ancora in modo circoscritto, come avviene per i traghetti impiegati nel Nord Europa. Penso che molto dipenderà dall’evoluzione dei sistemi di stoccaggio di energia e dalla domanda di mobilità. Gli accumulatori agli ioni di litio hanno raggiunto ormai la fase di maturità. E nel mondo accademico, una grande attenzione è riservata alla ricerca sull’idrogeno come futuro combustibile. Non è detto però che a livello di produzione industriale e commerciale sia necessariamente conveniente l’adozione di una tecnologia potenzialmente più efficiente in laboratorio”.

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  • Che conclusioni possiamo trarre dagli studi di eDrive LAB?

Da un punto di vista tecnico ed economico, la motorizzazione ibrida rappresenta una ottima soluzione per il mondo navale. E credo sarà così anche almeno per il prossimo decennio. Si potrà infatti ridurre progressivamente la dipendenza dai combustibili fossili. Inoltre, il powertrain elettrificato permette di rifornire l’accumulatore a bordo dell’imbarcazione direttamente dalle infrastrutture di ricarica (analogamente a quanto accade per automobili dotate di range-extender, come la BMW i3) collocate lungo le banchine dei porti. Si tratta di un’applicazione ancora limitata dal momento che la rete per il rifornimento “alla spina” navale è in fase embrionale rispetto al settore automobilistico“.

La genesi di un nuovo modello di business

In caso di origine dell’energia da fonti rinnovabili, però, comporterebbe un ulteriore decremento dell’impatto ambientale complessivo della barca dotata di propulsore ibrido. Credo che il futuro del settore nautico si possa racchiudere nella parola “efficienza”. E forse nascerà una filiera elettrificata secondo il modello vigente per l’industria automotive, con applicazioni in ambito residenziale per le batterie che hanno concluso la propria vita utile, per poi giungere alla dismissione e al riciclo. Stiamo certamente vivendo una fase di grandi cambiamenti:e Drive LAB ci sta lavorando.

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