fbpx
  • Lybra, la pedana rallentatrice che produce energia dal traffico

    Lybra è un’invenzione italiana, presentata qualche anno fa dalla start-up Underground Power che ha ricevuto – grazie a questa innovazione – premi, finanziamenti e molta visibilità.

    Annunci, accordi e qualche installazione sperimentale non hanno però portato alla reale industrializzazione.

    Adesso, però, l’azienda italiana 20energy sembra aver trovato la soluzione giusta per lanciarla sul mercato.

    Lybra con edificio scolastico

    Produrre energia dal passaggio delle auto

    L’idea di produrre energia dal passaggio delle auto è affascinante e attira da tempo l’attenzione di tecnici e imprenditori in tutto il mondo.

    Peccato però che prototipi e tecnologie che periodicamente vengono proposte e guadagnano anche le luci della ribalta, scompaiano poi nel nulla prima di arrivare per davvero su strada.

    Non è una bufala

    Il dubbio che si tratti di una bufala, quando si sente parlare di sistemi che a un occhio inesperto sembrano generare energia dal nulla, è lecito e spesso fondato.

    Non è questo il caso, però. Semplicemente perchè la tecnologia Lybra non promette nulla di impossibile.

    Per produrre elettricità le pedane assorbono energia cinetica (cioè di movimento) dai veicoli.

    Lybra dosso Underground Power

    Le pedane sono l’evoluzione dell’originale progetto di realizzare dei dossi dissuasori e sono posizionate in punti di rallentamento.

    Quindi dal punto di vista scientifico “non si crea nulla” ma si converte energia realmente esistente.

    Come funziona

    Per ottenere l’energia da convertire in elettricità, la pedana si aiuta l’auto a rallentare, sottraendole – appunto – energia cinetica.

    Il punto delicato, che la 20energy afferma di aver risolto nelle sedi istituzionali (Ministero delle Infrastrutture e Trasporti), è l’individuazione dei posizionamenti che aiutino l’auto in un rallentamento comunque necessario.

    Lybra installazione Bricofer

    Senza sottrarre, quindi, energia che il veicolo ha prodotto a sue spese (spesa energetica e spesa economica) ed è quindi il caso di lasciare al legittimo proprietario.

    Telepass e stazioni di servizio

    L’ideale è posizionare la piattaforma Lybra su un tracciato di rallentamento previsto e obbligato.

    Sono state individuate alcune tipologie di posizionamento appropriate, secondo i tecnici, tra le quali le più promettenti sono le corsie Telepass e le rampe di accesso alle stazioni di servizio autostradali.

    La pedana frenante a recupero di energia -come può essere correttamente definita la 20energy Lybra – in quei casi comporta addirittura un risparmio di usura dei freni delle auto che stanno rallentando. Con il conseguente abbattimento anche delle emissioni di polveri sottili generate proprio dall’usura.

    Lybra stazione di servizio

    Il componente chiave

    La 20energy afferma di aver trovato la soluzione giusta per arrivare sul mercato, mentre la Underground Power con lo stesso concetto non c’è riuscita, grazie a un nuovo componente.

    Il salto tecnologico che permetterebbe di far funzionare l’idea è un nuovo tipo, completamente inedito, di generatore elettrico.

    Il nostro generatore – afferma l’ingegner Valerio Arienti, socio e direttore tecnico della 20energy – è come il motore Wankel rotativo rispetto al motore a combustione interna a pistoni. Non cambia il principio che permette di generare elettricità, ma cambia significativamente la conformazione del sistema. Qualcosa di completamente nuovo per un componente uguale a sé stesso da oltre un secolo.

    La pedana rallentatrice

    La tecnologia Lybra è costituita da una pedana larga tre metri e la cui lunghezza dipende dal numero di elementi di base che vengono inseriti, ricoperta di gomma vulcanizzata.

    Lybra con passaggio auto sopra

    Ad ogni passaggio di auto e mezzi pesanti, la pedana si abbassa di 2-3 centimetri azionando il generatore di nuova concezione, grande – secondo la descrizione dell’ingegner Arienti – come una bottiglia da un litro e mezzo.

    L’energia cinetica viene così catturata dal rallentamento dei veicoli e convertita in elettricità.

    Le installazioni esistenti

    La pedana Lybra di prima generazione, apparsa alcuni anni fa con il marchio Underground Power, è stata installata in due impianti sperimentali.

    In entrambi i casi si tratta di applicazioni non autostradali ma posizionate in percorsi di accesso ad aree commerciali raggiungibili prevalentemente in auto.

    Un’installazione è nel parcheggio di un centro commerciale Auchan a Rescaldina, vicino Milano.

    Lybra Auchan

    Un’altra è ad Altavilla Vicentina, nei pressi di un Bricoman.

    Pedana Lybra Bricofer

    La vera sfida è in autostrada

    I fondatori della 20energy Valerio Arienti e Daniele M. Caruso, con il direttore commerciale Marco Krieziu, convinti delle caratteristiche tecnologiche della nuova generazione di Lybra, lavorano a installazioni autostradali.

    Progetto con Terna per Autovie Venete

    La Terna, società italiana di dispacciamento elettrico che ha anche attività e investimenti in settori non regolamentati, ha scelto la tecnologia Lybra per un progetto con il concessionario autostradale del Nordest Autovie Venete.

    Lybra autostrada

    Il programma prevede l’inizio della prima sperimentazione autostradale a marzo 2021 nella corsia Telepass del casello di Cordignano, in provincia di Treviso.

    L’innovazione è al centro della nostra strategia – spiegano da Terna – a fianco delle attività principali di gestione del sistema elettrico e della rete nazionale di trasmissione, puntiamo a sviluppare soluzioni innovative a supporto della transizione energetica.

    Progetto con Autostrade per l’Italia

    Un progetto con Autostrade per l’Italia prevede l’applicazione nella rampa di accesso a un’area di servizio in Toscana.

    Il progetto è molto interessante visto che le pedane Lybra sono chiamate a produrre elettricità in un’architettura ibrida insieme a un impianto fotovoltaico.

    Clicca qui e leggi l’articolo Pannelli fotovoltaici migliori tra silicio monocristallino, policristallino e film sottile.

    L’insieme degli impianti di produzione elettrica (alcune piattaforme Lybra, più il fotovoltaico) è dimensionato alimentare una stazione di ricarica per veicoli elettrici.

    Clicca qui e leggi il mio articolo per Repubblica Rivoluzione Lybra, ecco come produrre energia dal passaggio delle auto.

  • Pannelli Fotovoltaici migliori tra silicio monocristallino, policristallino e film sottile

    Pannelli Fotovoltaici di diverso prezzo, tecnologia e rendimento si sono ormai finalmente diffusi in tutto il mondo.

    La tecnologia fotovoltaica, spesso indicato semplicemente con la sigla FV in testi scritti in lingua italiana e con PV in testi in lingua inglese, si basa sulla precisa caratteristica dei materiali semi-conduttori di permettere la generazione di una corrente elettrica – se opportunamente trattati e disposti – quando sono colpiti da un fascio luminoso di intensità sufficiente.

    Padri nobili gli scienziati Becquerel, Plank e Einstein

    Lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica si basa sulle scoperte di grandissimi scienziati come Edmond Becquerel (che nel 1839 ha osservato per primo l’effetto fotovoltaico), Max Plank (padre della teoria dei quanti), Albert Einstein (che ha avuto il Premio Nobel proprio per aver spiegato l’effetto fotoelettrico, di fatto confermando anche sperimentalmente la teoria di Plank e aprendo la strada alla fisica moderna).

    Albert Einstein davanti alla lavagna

    Il materiale semi-conduttore grazie al quale hanno visto la luce nel 1954, nei laboratori americani della Bell, le prime celle fotovoltaiche commerciali è il silicio.

    Il silicio monocristallino, policristallino e amorfo è tutt’oggi il materiale di gran lunga maggiormente utilizzato per i pannelli fotovoltaici in tutto il mondo e – secondo tutte le principali fonti – è il materiale grazie al quale è fabbricato oltre il 90% dei pannelli fotovoltaici nel mondo.

    Pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino

    I pannelli fotovoltaici costituiti da celle in silicio monocristallino (mc-Si), sono caratterizzati esteticamente da una tipica colorazione nera uniforme.

    Pannelli fotovoltaici silicio monocristallino sfondo cielo azzurro

    Le celle fotovoltaiche in silicio monocristallino sono perfettamente quadrate e tra le celle c’è il caratteristico distanziamento chiamato dagli americani “a diamante”.

    Le celle monocristalline sono quadrate perchè sono ottenute partendo da un wafer di silicio di forma cilindrica che viene letteralmente affettato in sottili strati, dai quali vengono eliminate le parti tondeggianti periferiche sui quattro lati.

    Wafer silicio per celle fotovoltaiche

    Punti a favore

    I pannelli fotovoltaici al silicio monocristallino hanno un rendimento che arriva oltre il 20% ed è più alto del mercato, anche se ovviamente varia per i diversi produttori.

    Sono caratterizzati anche dalla più alta densità di potenza ottenibile dall’impianto in termini di potenza ricavabile da una determinata estensione della superficie a disposizione (Wp/m2 – Watt di picco per ogni metro quadrato).

    Mantengono elevate prestazioni in termini di rendimento ed energia prodotta in condizioni di bassa intensità della radiazione solare (mattina, sera, mesi autunnali e invernali, cielo nuvoloso).

    La durata e la caduta di rendimento nel tempo sono decisamente buone e garantiscono prestazioni elevate anche oltre i 25 anni di vita dell’impianto, tempo per il quale i pannelli in silicio monocristallino di migliore qualità sono normalmente garantiti.

    Pannelli silicio monocristallino

    Punti a sfavore

    I pannelli solari realizzati con silicio monocristallino costano di più di quelli che utilizzano silicio policristallino.

    Il rendimento molto alto scende però anche in modo sensibile se la temperatura del pannello si innalza. Il maggior rendimento garantito nelle stagioni più fresche, quindi, viene in parte vanificato nel bilancio annuale dall’abbassamento di rendimento in estate.

    L’ombreggiamento parziale, come anche la copertura di parte del pannello a causa di polvere o neve, può causare l’interruzione del flusso elettrico prodotto dall’intero pannello.

    L’impianto richiede infatti un’attenzione maggiore e l’inserimento di inverter che impediscano – in caso di irregolare funzionamento di un pannello – il malfunzionamento addirittura di un’intera stringa, cioè di tutta la fila di pannelli.

    Silicio monocristallino vs policristallino

    Il silicio monocristallino per le celle fotovoltaiche è ottenuto da fette di lingotti cilindrici perchè questi sono il risultato del processo produttivo con il processo Czochralski.

    Basato sulle scoperte del chimico polacco Jan Czochralski dell’inizio del secolo scorso (la pubblicazione dei risultati è del 1916) ed applicato industrialmente fin dalla fine degli anni Quaranta, il processo Czochralski permette di realizzare la crescita di cristalli di estrema purezza.

    Pannelli silicio monocristallino e policristallino

    Il processo Czochralski consiste nello spostamento verticale e contemporaneamente in una rotazione dell’ordine dei millimetri al minuto, di un seme monocristallino di silicio introdotto nel silicio fuso. Il risultato è una struttura monocristallina purissima di forma cilindrica.

    Il silicio policristallino, invece, viene prodotto grazie alla fusione del materiale e al suo inserimento in stampi quadrati.

    Il processo di produzione è decisamente più semplice e meno costoso rispetto al processo Czochralski e questo si riflette in un minore costo di produzione.

    Pannelli fotovoltaici in silicio policristallino

    I pannelli fotovoltaici costituiti da celle in silicio policristallino (pc-Si), sono caratterizzati esteticamente da tipica una colorazione bluastra non uniforme.

    Il silicio policristallino è sul mercato dall’inizio degli anni Ottanta. Le informazioni rese disponibili dai diversi osservatori del settore dell’energia solare concordano nello stimare che circa la metà dei pannelli solari installati sia di questo tipo.

    Pannelli fotovoltaici silicio policristallino

    Punti a favore

    I pannelli fotovoltaici in silicio policristallino hanno un costo più contenuto rispetto ai pannelli in silicio monocristallino.

    La durata con livelli di produttività dell’impianto molto soddisfacenti supera i venticinque anni, tempo per il quale i migliori produttori garantiscono le prestazioni.

    Il rendimento del pannello può essere pari o superare quello dei pannelli in monocristallino in condizioni di elevata temperatura, perchè questa tecnologia dimostra di tollerare meglio il calore.

    Punti a sfavore

    Il rendimento inferiore dei pannelli in silicio policristallino rende necessario disporre di una superficie più ampia per ottenere la produzione energetica desiderata.

    Anche la densità di potenza è inferiore, ulteriore motivo per dover occupare una maggiore superficie per ottenere la produzione desiderata in termini di potenza.

    L’effetto estetico, se posti su superfici visibili – come ad esempio falde di tetto architettonicamente importanti per l’equilibrio di design di un edificio – è più impattante rispetto ai pannelli di colore nero compatto della tecnologia con silicio monocristallino.

    La minore tolleranza di condizioni di scarso irraggiamento e di irraggiamento non perpendicolare abbassa ulteriormente la produttività in aree o in condizioni di installazione che non possano garantire un largo accesso all’elevato irraggiamento e alla migliore perpendicolarità.

    Pannelli fotovoltaici a film sottile

    La tecnologia del film sottile è individuata dalla maggioranza degli esperti come protagonista del mercato del prossimo futuro.

    Pannelli fotovoltaici film sottile silicio amorfo

    I pannelli fotovoltaici a film sottile non hanno le caratteristiche celle squadrate a disegnarne la superficie ma si presentano esteticamente di un colore scuro uniforme.

    I pannelli fotovoltaici con celle a film sottile attualmente sul mercato sono realizzati con silicio amorfo (a-Si) e tellururo di cadmio (CdTe) – quest’ultimo però, contenendo cadmio, è particolarmente delicato da gerstire nel ciclo di vita per evitare impatti indesiderati.

    La caratteristica peculiare, che le rende così interessanti – rispetto alle più tradizionali tecnologie che utilizzano silicio monocristallino e policristallino – è nella grande versatilità.

    In questo caso le celle non sono costituite da una fetta di materiale attivo ma dalla sua deposizione su uno strato sottostante che può essere anche curvo, oppure flessibile.

    Pannello fotovoltaico film sottile OPV flessibile

    La ricerca è molto attiva su diverse soluzioni alternative al silicio amorfo, tra le quali alcune sono molto promettenti.

    Le celle fotovoltaiche in CIGS stanno mostrando rendimenti in laboratorio del 25%, superiori quindi anche al livello delle migliori celle in silicio monocristallino sul mercato.

    La sigla CIGS indica (anche commercialmente) un semiconduttore composto di rame, indio, gallio e selenio.

    Completano il quadro delle celle a film sottile quelle realizzate con materiale organico.

    Pannelli fotovoltaici film sottile impianto a terra

    Le celle fotovoltaiche organiche rappresentano una famiglia che oggi comprende sia tecnologie sperimentali completamente organiche-biologiche, sia organiche-inorganiche, sia inorganiche ma con caratteristiche di realizzazione e funzionamento analoghe a quelle delle celle completamente biologiche.

    Le celle sono composte di un sequenza di strati comprendente due elettrodi che racchiudono il materiale organico/inorganico/polimerico attivo. Le applicazioni più promettenti utilizzano una miscela di polimeri donatori e ricevitori di cariche elettriche. Questi strati vengono disposti, anche attraverso tecniche di stampa, su una pellicola plastica.

    Un altro vantaggio dei pannelli fotovoltaici organici è la capacità di mantenere una buona efficienza in condizioni di luce diffusa, questo apre uno spazio di utilizzazione in coesistenza con il fotovoltaico cristallino in impianti ibridi.

    Quali sono i pannelli fotovoltaici migliori

    La scelta del migliore pannello fotovoltaico tra silicio monocristallino, silicio policristallino e film sottile, che oggi sul mercato è principalmente realizzato con silicio amorfo, dipende da:

    • prestazioni energetiche che si vogliono ottenere;
    • ampiezza della superficie a disposizione;
    • investimento economico che si intende sostenere;
    • caratteristiche meteo del sito di installazione;
    • propensione all’innovazione dell’investitore.
    Tipi di pannello solare

    Personalmente ritengo che, anche se si ha a superficie una superficie abbondante, la produzione in termini di potenza ed energia vada sempre massimizzata.

    La mia classifica

    I posizione

    Al primo posto, per me, ci sono i pannelli fotovoltaici monocristallini. Il loro regular black look è sul gradino più alto del podio.

    Per avere il massimo di potenza ed energia da un sito o da una collocazione – tipo tetto solare – la scelta migliore è quella dei pannelli fotovoltaici monocristallini.

    II posizione

    A sorpresa – rispetto a quanto indicato da molti operatori presenti sul polverizzato mercato della vendita e dell’installazione – i miei preferiti dopo i pannelli al silicio monocristallino sono i pannelli a film sottile.

    Pannelli fotovoltaici silicio monocristallino policristallino film sottile

    Anche in questo caso, nonostante le apparenze che fanno apparire il film sottile come meno efficiente rispetto al silicio policristallino, il mio criterio rimane lo stesso ed è quello della massima potenza e massima energia ottenibile.

    I pannelli a film sottile possono infatti essere installati dove quelli cristallini non potrebbero essere messi (per ragioni di forma), oppure non avrebbero un rendimento così elevato (per ragioni di irraggiamento).

    III posizione

    Sul credito più basso del podio (ma comunque sul podio…) metto i pannelli fotovoltaici policristallini.

    Sono i più venduti e installati, perchè a livello di qualità-prezzo con un serio piano energetico-economico ci si accorge che permettono di comunque arrivare all’obiettivo senza investimenti esagerati.

    La differenza, in questo caso, la fa la propensione all’innovazione di chi decide e il suo accesso al credito per finanziare l’operazione, piccola o grande che sia.

  • Toyota Yaris Hybrid, la mia prova su strada video con consigli pratici

    Per la Toyota Yaris Hybrid, come per tutte le auto, la prova su strada è quella che mi fa decidere veramente se apprezzare un modello o una tecnologia.

    Esiste solo la strada

    Una mia affermazione ricorrente, quando parlo con altri tecnici, giornalisti, appassionati esperti e meno esperti, è la seguente:

    Per avere un’opinione su un’auto, esiste solo la strada.

    Questa mia idea di priorità per l’esperienza reale rispetto alla teoria, alle simulazioni e alle prove di laboratorio – tutte necessarie, ovviamente – guida fin dall’inizio anche la mia attività scientifica.

    Test drive delle verità

    La direzione nella quale ho indirizzato da oltre vent’anni l’attività di ricerca dei miei gruppi, all’Università di Roma “La Sapienza” il GRA – Gruppo di Ricerca Automotive e all’Università Guglielmo Marconi il CARe – Centro di Ricerca sull’auto e la sua evoluzione, è quella delle analisi energetiche su strada, in condizioni reali di guida e di utilizzo.

    Test drive Toyota Yaris Hybrid 2020

    Real Drive Testing

    Adesso, dopo lo scandalo delle prove falsate sui cicli i marcia riprodotti in laboratorio, ne parlano tutti e il Real Drive Testing è diventato anche lo standard per l’omologazione europea dal 2022.

    Prima non era così. Le auto si testavano in un ambiente, poi si usavano in un altro.

    Per la Toyota Yaris Hybrid la mia prova su strada non fa eccezioni, è lì che conta capire come vada realmente il nuovo motore tre cilindri 1.500 cc di cilindrata. Ed è lì che il nuovo motore elettrico da 59 kW di potenza massima deve dimostrare di poter spingere in modo adeguato l’auto nelle partenze e nelle accelerazioni.

    Articoli e video sullo stesso argomento

    Clicca qui e leggi l’articolo Toyota Yaris Hybrid, la lezione dell’ibrido.

    Clicca qui e leggi il Dossier Toyota Yaris Hybrid, l’auto ibrida da città.

  • Toyota Yaris Hybrid, video spiegazione del nuovo sistema ibrido

    Il sistema ibrido della nuova Toyota Yaris Hybrid è molto diverso da quello che equipaggia la precedente versione.

    La mia video-spiegazione

    Non cambia il principio generale di funzionamento, che sfrutta la tecnologia Toyota dotata di rotismo epicicloidale per gestire i flussi di potenza.

    Cosa cambia rispetto alla precedente versione

    Cambia significativamente la potenza del motore elettrico. Ed è nuovo il motore a benzina Ciclo Atkinson che adesso è un 3 cilindri 1.500 cc di cilindrata.

    Questo significa che le prestazioni attese, soprattutto nell’incremento di marcia in modalità elettrica e nell’abbassamento di consumi ed emissioni, sono di livello che pochi anni fa in molti ritenevano addirittura irraggiungibile.

    I contenuti disponibili sul sito

    Clicca qui e leggi il Dossier Nuova Toyota Yaris, l’auto ibrida da città.

    Clicca qui e leggi la nostra prova in anteprima Toyota Yaris Hybrid, la lezione dell’ibrido.

  • Il turbocompressore elettrico, aria nuova per i motori e gli ibridi

    L’elettrificazione totale o a pezzi. I tecnici stanno seguendo entrambe le strade. Nel primo caso parliamo di auto a batteria o ad idrogeno, nel secondo di ibridizzazione elettrificando un numero crescente di componenti. Alcuni di questi si limitano a consumare energia, altri invece a recuperarla. Altri ancora possono fare entrambe le cose, come i motogeneratori. Il prossimo passo saranno i turbocompressori. Ne sono sicuri i maggiori produttori mondiali come Honeywell, Mitsubishi e anche Mahle e Borg Warner che preparano il turbocompressore elettrico che vedremo su un un’auto di serie già nel 2021.

    Turbocompressore elettrico

    Tra turbina e compressore metti l’elettrico

    Sgombriamo subito il campo dagli equivoci: non stiamo parlando di un compressore mosso da un motore elettrico utilizzato in un sistema di sovralimentazione a doppio stadio, ma di un turbocompressore assistito da una macchina elettrica coassiale alla girante, proprio come avviene per le MGU-H utilizzati sulle power unit di Formula 1 dal 2014.

    Come funziona

    Nelle prime fasi di accelerazione, quando i gas di scarico non hanno un contenuto energetico sufficiente ad alimentare la turbina (che a sua volta muove il compressore di sovralimentazione), la macchina elettrica entra in azione portando il compressore a regime più rapidamente e riducendo il tempo di risposta; a regime costante sfrutta l’energia meccanica prodotta grazie allo sfruttamento dei gas di scarico da parte della turbina, immagazzinandola nell’accumulatore del sistema ibrido.

    Lo stesso principio è usato sulle Formula 1 e sulla Porsche 919 Hybrid che ha dominato il WEC e la 24 Ore di Le Mans nel triennio 2015-2017.

    L’altra energia dei gas di scarico

    In entrambi i casi, si tratta di auto che viaggiano spesso in piena accelerazione e possono recuperare energia non solo durante le frenate. Ed è proprio quello che potrebbe fare una normale auto dotata di motore sovralimentato con turbocompressore elettrico. Oggi il turbocompressore recupera solo l’energia residua dei gas di scarico, quello elettrico fornirebbe un ulteriore contributo: recupererebbe energia che oggi viene sprecata e fornirebbe in pochi istanti una grande quantità d’aria nei transitori, ovvero quando il guidatore preme l’acceleratore per avere più potenza e coppia.

    Sono le fasi più critiche per i motori a combustione interna, durate le quali si modificano i rapporti tra combustibile e comburente e si moltiplicano le quantità di sostanze inquinanti a valle della combustione. La turbina di diametro ridotto ha una risposta rapida, ma fornisce meno aria; quella di diametro grande risponde lentamente, ma fornisce più aria a tutti i regimi.

    Turbocompressore elettrico

    Oltre il doppio turbo e la geometria variabile  

    Per avere i pregi dell’una e dell’altra, ci sono la turbina a geometria variabile e, ancora meglio, la sovralimentazione sequenziale con due turbocompressori di grandezza diversa. La prima soluzione è generalizzata su tutti i diesel, che hanno gas di scarico a temperatura intorno a 850 °C, ma è rarissima sui motori a benzina che arrivano a 1.050 °C e hanno bisogno di leghe metalliche più resistenti e costose.

    Turbo a benzina a geometria variabile

    La prima – e per molti anni unica – auto a benzina ad avere il turbocompressore a geometria variabile è stata la Porsche 911 Turbo. Più recentemente il gruppo Volkswagen l’ha applicata al suo nuovo 4 cilindri 1.5 EA211 Evo, che funziona a ciclo Miller così che i gas di scarico non superano i 950 °C. In questo caso, lo scopo non sono le prestazioni di picco, ma fornire al motore più aria e nel modo più velocemente possibile.

    Porsche 911 996 Turbo

    Problemi opposti, un’unica soluzione

    I motori a benzina di piccola cilindrata ad iniezione diretta con turbocompressore offrono potenze elevate con consumi specifici inferiori, ma emettono particolato come i diesel. Ecco perché è indispensabile avere il filtro GPF (Gasoline Particulate Filter) per raggiungere l’omologazione Euro6d.

    La sfida della normativa Euro7

    Ma c’è un’altra sfida per i motori a benzina: la Euro7. La nuova normativa, ancora allo studio, prevede che il motore debba funzionare in modo pulito anche nelle condizioni più gravose. In queste fasi infatti i motori utilizzano un rapporto aria/benzina inferiore a quello stechiometrico λ=1 ovvero 14,7.

    L’Euro 7 imporrà invece il λ=1 per evitare che il motore abbia emissioni anomale anche in condizioni ora non contemplate dai cicli di omologazione.

    Turbocompressore elettrico

    Uno deve essere sempre uno

    Il turbocompressore elettrico dunque potrebbe avere un potere salvifico sia per il motore a gasolio sia per quello a benzina. Il primo ha le sue difficoltà ai bassi regimi, il secondo agli alti, entrambi quando il guidatore preme a fondo l’acceleratore.

    Il turbocompressore elettrico, integrato in un sistema ibrido, può intervenire in ogni momento fornendo il surplus d’aria del quale il motore ha bisogno in quel momento. La sperimentazione sta dimostrando che questa soluzione può aumentare la potenza del 15-20%, diminuire i consumi del 5% e incrementare la coppia almeno del 10%, ma soprattutto renderla immediatamente disponibile diminuendo il tempo di risposta del 75%.

    Turbocompressore a geometria variabile

    Vantaggi attuali e futuri

    Ma ci sono altri vantaggi. Un turbocompressore elettrico permette di eliminare la sovralimentazione doppia e la valvola wastegate, di creare effetti di lavaggio e ricircolo dei gas di scarico che oggi vengono indotti con EGR, sistemi di regolazione della fasatura e dell’alzata delle valvole. Oppure da cicli come Atkinson e Miller, che aumentano il rendimento, ma diminuiscono le prestazioni. Il turbocompressore elettrico permette di abbassare la cilindrata oppure essere sfruttato per far funzionare il motore in alcune fasi a carica magra favorendo la convergenza già in atto tra motore Diesel e Otto.

    Turbocompressore elettrico

    Una migliore elettrificazione

    I turbocompressori elettrici al lancio saranno integrati su sistemi ibridi a 48 Volt e gireranno fino a 100.000 giri/min e avranno potenze comprese tra 3 e 17 kW, ma gli specialisti stanno già lavorando a quelli a 400 Volt o 800 Volt, più potenti (fino a 34 kW), dunque più rapidi e veloci e, allo stesso tempo, in grado di recuperare maggiori quantità di energia.

    Questo vuol dire che c’è un potenziale anche per i full-hybrid e gli ibridi plug-in. Teoricamente, un sistema capace di recuperare energia in modo più costante permette anche un miglior utilizzo della batteria. Questo vuol dire automaticamente una batteria più piccola e meno energia per la sua gestione termica.

    Turbocompressore elettrico

    I CAMION più veloci della Formula 1

    La curiosità legata a queste macchine è che il loro sviluppo non è partito dalla Formula 1, ma ancora prima nei primi anni Duemila dai grandi motori dei mezzi industriali, anche quelli per mezzi stanziali.

    Trattasi di mezzi che hanno poca o nulla energia cinetica da recuperare, ma funzionano spesso a velocità costanti e in condizioni gravose. Spesso le tecnologie applicate alle automobili sono passate prima dai mezzi industriali. Potrebbe accadere lo stesso anche stavolta.

  • Hyundai e Kia, ecco il motore che “dura” di più per consumare meno

    Il futuro dei motori non è solo dell’elettrificazione, ma anche nell’affinamento delle tecnologie tradizionali. La notizia arriva da Hyundai a Kia, ovvero costruttori che credono nell’elettrificazione applicandola in tutte le forme possibili: dall’ibrido a 48 Volt fino all’idrogeno, dal full hybrid all’elettrico passando per l’ibrido plug-in. La novità si chiama CVVD, acronimo di Continuosly Variable Valve Duration ovvero Durata Valvole Continuamente Variabile.

    I precedenti italiani

    Si tratta di un sistema di distribuzione. Finora avevamo assistito a sistemi che erano in grado di variare la fasatura e l’alzata delle valvole. Il sistema Hyundai e Kia invece riesce a variare la durata dell’apertura delle valvole, ovvero ad aumentare e diminuire il tempo in cui rimangono aperte e non solo a spostare gli istanti di apertura e chiusura mantenendo lo stesso intervallo. L’unica eccezione è stato il MultiAir di Fiat, sviluppato insieme con la Schaeffler, che poi l’ha ceduto alla Jaguar Land Rover per applicarlo al 4 cilindri 2 litri della famiglia Ingenium. Il MultiAir permette di variare la durata di apertura delle valvole per ogni singolo cilindro, grazie a valvole elettroidrauliche. Una soluzione molto complessa e costosa, ma che conferma il genio motoristico italiano accanto alla sua sregolatezza. Già nel 1981 infatti l’Alfa Romeo aveva applicato sulla Alfetta CEM (foto sotto), per la prima volta, la disattivazione dei cilindri (allora definita “funzionamento modulare”) e il variatore di fase. Soluzioni che fecero la fortuna di altri, così come il Common Rail: sviluppato da Elasis, ma venduto e industrializzato da Bosch dal 1997.

    Alfa Romeo Alfetta

    Allunga per risparmiare

    Il CVVD ideato da Hyundai e Kia, a differenza del MultiAir, è invece interamente meccanico e influenza simultaneamente tutti e i 4 cilindri del nuovo 1.6 della famiglia Smartstream. La variazione viene ricavata spostando verso l’interno l’albero a camme modificando il punto di applicazione di ogni singolo eccentrico sulle punterie. Così facendo, la valvola riceve il moto dalla camma in modo da modificare la durata dell’apertura e non solo l’entità e l’istante. Quando il motore gira a regime costante e basso carico, il CVVD allunga l’apertura delle valvole fino a metà della corsa di risalita del pistone per la fase di compressione. Il motore riduce così il proprio lavoro come avviene nel ciclo Miller o Atkinson. Quando invece c’è richiesta di coppia e potenza, il sistema chiude le valvole sin dall’inizio della risalita del pistone così da avere il massimo delle prestazioni.

    Doppiamente riciclone

    Il nuovo motore dichiara una diminuzione degli attriti interni del 34% e ha anche altre soluzioni interessanti. Il sistema di iniezione diretta funziona a 250 bar e sono presenti due sistemi EGR per il ricircolo di gas di scarico, come già avviene su alcuni motori diesel. Qui però la logica è diversa: il circuito ad alta pressione reimmette i gas di scarico direttamente nel collettore di aspirazione, quello a bassa pressione – ovvero a valle dei sistemi di post trattamento – li reimmette prima del compressore. Questa soluzione dovrebbe permettere di far raffreddare i gas di scarico riciclati attraverso l’intercooler, senza utilizzare un refrigeratore a parte. Il nuovo motore dichiara una potenza di 180 cv a 5.500 giri/min e una coppia di 265 Nm tra 1.500 e 4.500 giri/min. Secondo Hyundai e Kia, il CVVD migliora le prestazioni del 4% abbattendo i consumi del 5% e le emissioni nocive del 14%.

    Hyundai Kia CVVD

    Dagli USA all’Europa

    Il nuovo motore 1.6 Smartstream CVVD sarà montato sulla nuova Sonata, venduta in Nordamerica. È una berlina media lunga circa 4,9 metri che adotta una nuova piattaforma modulare di terza generazione che prevede più livelli di elettrificazione e sarà adottata poi su altri modelli Hyundai e Kia, presumibilmente sulle prossime i40 e Optima, previste per il 2020.

  • Auto a idrogeno con celle a combustibile – Come funziona

    L’auto a idrogeno con celle a combustibile è un’auto elettrica che produce direttamente a bordo l’elettricità per alimentare il motore di trazione.

    La tecnologia delle Celle a combustibile

    Le celle a combustibile rappresentano la tecnologia chiave di un’auto a idrogeno con trazione elettrica.

    Reazione elettrochimica

    Le celle a combustibile producono elettricità grazie alla reazione elettrochimica basata sul congiungimento di idrogeno e ossigeno.

    L’idrogeno è contenuto nelle auto attuali in forma gassosa alla pressione di 700 bar nel serbatoio.

    L’ossigeno arriva direttamente dall’aria e arriva nello stack di celle grazie a un compressore.

    Flussi e funzionamento Auto a idrogeno con celle a combustibile

    Cosa si ottiene

    La reazione che avviene nelle celle a combustibile tra idrogeno e ossigeno permette di ottenere:

    • elettricità, che viene inviata al motore elettrico e a delle batterie che compongono il sistema. Per questo possiamo definire la Toyota Mirai, la Honda Clarity, la Hyundai Nexo “ad architettura ibrida” in analogia ai simili schemi di funzionamento delle auto ibride con batterie e motore a combustione interna;
    • calore, che può essere utilizzato per la climatizzazione dell’abitacolo o smaltito,;
    • vapore acqueo che viene inviato allo scarico.
    il pieno come un’auto di oggi

    Il risultato è così un’auto che fa il pieno in pochi minuti presso un distributore simile a quelli ai quali siamo abituati per gli attuali combustibili..

    In Italia però attualmente l’unico distributore di idrogeno per auto è a Bolzano, ma presto ne sarà realizzato uno anche a Milano presso l’Eni di san Donato Milanese e – auspicabilmente – un altro a Roma.

    Clicca qui e LEGGI Toyota ed Eni, accordo per una stazione a idrogeno.

    Zero emissioni inquinanti

    Allo scarico di un’auto a idrogeno con celle a combustibile non ci sono sostanze inquinanti.

    L’unico composto emesso è acqua pura in forma di vapore. Ecco il video della Toyota Mirai nel mio garage.

    Bilancio ambientale

    Producendo l’idrogeno con elettrolisi alimentata da fonti energetiche rinnovabili, il ciclo può essere completamente a bilancio nullo per l’ambiente.

    Per saperne di più di un possibile futuro a idrogeno, vedi il video qui sotto.

  • Vehicle to Grid – Come funziona

    L’arrivo previsto di milioni di veicoli elettrici a batteria su strada nei prossimi dieci anni rappresenta una grossa sfida per la rete elettrica.

    Al tempo stesso, però, l’auto elettrica fornisce anche delle interessantissime opportunità per migliorare la gestione dei sistemi elettrici senza dover investire cifre non immaginabili in cambiamenti delle infrastrutture di distribuzione.

    La rete ha bisogno di sistemi di stabilizzazione

    La necessità di bilanciamento della rete si va facendo sempre più necessaria con la diffusione della produzione da fonti rinnovabili non programmabili. L’arrivo dei veicoli elettrici introdurrà nel sistema un ulteriore elemento di sbilanciamento nella richiesta di potenza, visto che il sistema di ricarica domestico sarà probabilmente dotato di 22 kW e la ricarica veloce su strada andrà dai 50 ai 350-700 kW.

    Diventa così estremamente appetibile la gestione intelligente delle batterie delle auto quando si trovano connesse alla rete attraverso la wallbox di ricarica domestica, oppure la colonnina di ricarica aziendale o (in minore misura) pubblica.

    L’auto entra a far parte della rete elettrica

    La batteria dell’auto può essere utilizzata per fornire energia verso la rete, oltre che per prelevarla. A seconda delle necessità istantanee di potenza assorbita.

    Il sistema prevede la restituzione di parte dell’energia accumulata nell’auto, oppure il prelievo dalla rete per caricare le batterie a fronte di un comando remoto.

    Vehicle to Grid e Vehicle to Home

    Questo sistema viene detto Vehicle to Grid (V2G) quando l’auto scambia energia con la rete di distribuzione, ma può essere anche realizzato secondo lo schema Vehicle to Home (V2H) che prevede lo scambio locale con la propria abitazione, oppure col proprio condominio o comprensorio di abitazioni o aziende.

    Si tratta di due applicazioni che si differenziano qualora il comando provenga da un operatore di rete che si vuole approvvigionare (questo per avvalersi dei cosiddetti servizi ancillari, cioè di servizio per la funzionalità ottimale del sistema di distribuzione elettrica) o da un apparato di controllo dell’energia della casa che ha lo scopo di aumentare gli autoconsumi, massimizzando il ricorso all’autoproduzione (tipicamente da pannelli fotovoltaici, ma anche da impianti eolici, mini o micro-elettrici) e limando i picchi di energia e potenza prelevata dalla rete. Ottenendo così delle economie di spesa o degli incrementi di guadagno, a seconda delle situazioni.

    Vehicle to X

    La definizione più ampia e corretta è quella di Vehicle to X (V2X) che indica semplicemente lo scambio tra il veicolo e un altro elemento di una rete elettrica intelligente, che può essere anche un singolo elettrodomestico.

    Tecnologia chiave

    La tecnologia chiave per la realizzazione del sistema è un inverter di potenza bidirezionale che si accoppia sul lato auto direttamente alla batteria ad alta tensione (300-500 Volt) e sul lato rete in bassa tensione.

    L’inverter bidirezionale è in grado di prelevare energia dalla rete per caricare la batteria, oppure fornire energia alla rete prelevandola dalla batteria. Il tutto è gestito da un’unità di controllo che deve soddisfare le richieste del gestore di rete o l’ottimizzazione energetica dell’abitazione o del comprensorio, rispettando le volontà relative al livello di carica minimo e all’orario di ricarica completa fornite dal possessore del veicolo.

    Il sistema nasce in Giappone

    Le auto pronte all’integrazione in rete V2G sono quelle con ricarica in corrente continua con standard Giapponese Chademo, sviluppato fin dai primi anni Duemila per avere questa funzionalità. Il sistema è comunque in arrivo anche per lo standard europeo CCS COMBO ed è parte delle proiezioni di scenario di tutti gli operatori del settore elettrico e dell’auto a batterie nel mondo.

    Clicca qui e LEGGI l’articolo Progetto Nissan, Enel X e RSE per il Vehicle to grid innovativo in Italia – Dossier 

    Clicca qui e LEGGI Nissan Leaf molto più di un’auto – Dossier

    Nissan Leaf V2G

    La precedente generazione di Nissan Leaf era già dotata di tecnologia V2G/V2H

  • Auto ibrida Full-Hybrid come funziona e tecnologie in campo

    L’ibrido Full-Hybrid più famoso è quello della Toyota, anche perché è stato il primo ad arrivare sul mercato nell’ormai lontano 1997 in Giappone ed è il più diffuso, con 13 milioni di auto dotate di questa tecnologia vendute nel mondo, delle quali quasi due milioni e mezzo in Europa.

    L’auto ibrida Full-Hybrid ha una doppia motorizzazione, solitamente a benzina ed elettrica, accompagnata da un pacco batterie e da un sistema di controllo.

    Nel Full-Hybrid il motore a combustione interna e il motore elettrico hanno potenze simili e sono entrambi in grado di muovere l’auto anche da soli e da fermo. Ormai conosciamo tutti la sensazione di avere vicino un’auto che parte e non fa rumore, esattamente come un’elettrica ma si tratta di un’ibrida, che dopo essere andata via e quando magari non la sentiamo più, accende il motore a scoppio.

     

    Gli sfidanti. Forze e debolezze.

    Sul mercato dal punto di vista meccanico possiamo oggi individuare due famiglie di soluzioni ibride Full-Hybrid, quelle con frizione e quelle senza frizione.

    Sistema senza frizioni. E’ la direttrice tecnologica lanciata proprio dalla Toyota con la sua tecnologia definita Hybrid Synergy Drive, e caratterizzata dalla presenza di un particolare componente oggi indicato commercialmente come e-CVT che è in realtà un giunto epicicloidale. Il rotismo epicicloidale permette in modo estremamente semplice e affidabile di prendere energia da diverse fonti, cioè motore a pistoni e motori elettrici e distribuirla nel modo giusto perché si abbia trazione alle ruote e ricarica delle batterie con il minimo spreco. Un sistema analogo, frutto di accordi di scambio brevetti tra le due aziende parecchi anni fa, è adottato anche dalla Ford.

    La novità di adesso è che anche la Renault, con il sistema ibrido E-Tech, sceglie la stessa strada, seppur con diversi componenti e ricorrendo a un motore elettrico per sincronizzare le rotazioni dei diversi alberi e ottenere un accoppiamento che invii potenza alle ruote dalle differenti motorizzazioni. Questo con un motore a benzina 4 marce e un motore elettrico 2 marce.

    Sistema con frizione. La scelta di realizzare l’accoppiamento tra parte elettrica e parte termica attraverso delle frizioni è la più vicina all’approccio canonico alla trasmissione automobilistica. Il motore elettrico entra in pratica a far parte della trasmissione e attraverso una o più frizioni lo si fa anche rendere utile all’invio di potenza alle ruote. Questa è la scelta della Kia e della Hyundai per i loro Full-Hybrid e anche quella della Honda per il suo sistema i-MMD (Intelligent Multi Mode Drive). Ed è stata anche la soluzione dei marchi tedeschi quando hanno sviluppato modelli Full-hybrid, nonché degli ibridi proposti ai clienti dalla Bosch.

     

    Che futuro fa.

    Il futuro che ci aspetta per la tecnologia ibrida è tutt’altro che noioso. Come abbiamo visto semplicemente dividendo in famiglie le meccaniche con e senza frizione, le soluzioni non mancano. A questo si aggiunge anche lo sbilanciamento verso una maggiore o minore componente elettrica della trazione – scelta questa particolarmente evidente per la tecnologia Honda che ha un motore elettrico di ben 135 kW di potenza attraverso il quale passa tutta l’erogazione di energia alle ruote non solo in partenza ma anche alle massime velocità, che sembra già pronto per un’architettura ibrida plug-in e infatti somiglia a quella della Mitsubishi Outlander (che è proprio un ibrido plug-in).

    Inoltre il mercato, mentre l’infrastruttura di ricarica non è capillarmente diffusa e l’auto elettrica ha costi ancora alti, sceglie sempre più ibrido. Vedremo quindi arrivare altre soluzioni, altre tecnologie ed evoluzioni molto interessanti di quelle già sul mercato. Come l’ibrido Toyota di ultima generazione, che ha rivoluzionato la disposizione dei due motori elettrici proprio rispetto all’epicicloidale e guadagnato ulteriore efficienza.

     

    Dico la mia, perché le cose possono cambiare. E spesso è meglio che cambino.

    La mia opinione è che l’evoluzione elettrica dell’automobile non sia ritardata o ostacolata dalla tecnologia ibrida. Al contrario, penso che l’auto ibrida faccia venire voglia di elettrico.

    L’auto che può, seppur soltanto parzialmente, viaggiare ad emissioni zero allo scarico e senza un motore a combustione interna acceso sotto il cofano, fa venire voglia di avere le zero emissioni per tutto il tempo e ne dimostra la raggiungibilità.

  • E-TECH IL NUOVO FULL HYBRID MADE IN EUROPE DELLA RENAULT

    Una delle novità tecnologiche più interessanti del Salone di Ginevra 2019 è certamente l’inedito sistema ibrido full-hybrid E-Tech presentato dalla Renault.

    Scopri nel video come funziona e iscriviti al mio canale YouTube Fabio Orecchini Obiettivo Zero Emissioni.

    La nuova tecnologia Renault per auto ibride full-hybrid e plug-in hybrid sarà sul mercato dal 2020 sulla nuova Renault Clio e poi sulla Renault Megane e sulla Renault Captur, in questi ultimi due casi anche in versione plug-in con batterie ricaricabili dall’esterno.

    Le caratteristiche tecniche principali della nuova proposta tecnologica sono nell’assenza completa di frizioni, sostituite da una soluzione con motore elettrico che mette in sincronia le rotazioni per permettere un semplice accoppiamento meccanico con innesto dock clutch.

    Il motore elettrico di trazione di origine Nissan è annunciato con una potenza tra i 40 kW e i 50 kW, mentre il motore a benzina, anch’esso di origine Nissan, è a 4 marce con cambio automatico.

    La Renault Clio ibrida equipaggiata con questa tecnologia sarà in grado di garantire l’80% di funzionamento in modalità Emissioni Zero con motore a combustione interna spento nella guida urbana.