Ngv Powertrain FP087, il motore “fuel agnostic”

Clino D’Epiro ci ha accompagnati, in un precedente articolo, alla scoperta degli alcoli, nella ricetta energetica di Ngv Powertrain. Approfondiamo il tema e, insieme a lui e a Cesare D’Ippolito, ci avviciniamo all’Ngv-FP087, il motore “fuel agnostic” di Ngv Powertrain, come lo definiscono loro stessi. Un aggettivo entrato da poco nella semantica di questo settore, ma già molto in voga. E c’è una ragione, anzi, più di una.

D’Epiro: «Questo motore è espressione di una filosofia che stanno abbracciando i motoristi puri, conseguenza del fenomeno della elettrificazione, più futuro che presente ma che già oggi drena imponenti investimenti. Quella che appena qualche anno fa sembrava una prevedibile tendenza è diventata però velocemente una realtà. Molte case stanno razionalizzando gli investimenti sui motori, limitando le varianti, soprattutto quelle a combustibili non main stream».

D’Ippolito: «Ngv Powertrain è “fuel agnostic” per dna. Siamo sempre partiti da un hardware comune per sviluppare le nostre versioni. È una tendenza latente, che avevamo in potenza e abbiamo adesso messo in atto. Con Ngv-FP087 siamo partiti da un 8,7 litri, sulla base del Cursor 9 di Fpt Industrial, inizialmente a metano e biometano, muovendoci successivamente sul bioetanolo e sul metanolo, transitando per la versione marina del motore a biometano. È il motore pivotale della nostra gamma, concepito in un range dove i grossi motoristi sono assenti, perché orientati sulle cilindrate tipiche dell’heavy-duty (i 13 e 15 litri avvistati agli stand Cummins, Fpt Industrial e Weichai dello Iaa, lo scorso settembre, ndr), pensate per il “long haulage”, mentre noi ci siamo orientati su una taglia più piccola, applicabile ad un più ampio ventaglio di applicazioni, ad esempio agli autobus urbani o i veicoli speciali allestiti. Riceviamo, infatti, molte richieste su tali applicazioni, dal momento che il nostro motore Ngv-FP087 a Cng è stato recentemente omologato allo standard Euro 6 Step E ed è, quindi, disponibile sul mercato. La nostra ambizione è guidare la transizione “net zero”, nel brevissimo termine; abbiamo per esempio pensato all’Ngv-FP087 anche per il retrofit degli asset esistenti».

D’Epiro: «Una grossa percentuale del circolante, compresa, quasi integralmente, la flotta Iveco Bus, è equipaggiata con il Cursor 9 diesel. L’impegno motoristico del retrofit è ridotto, dal momento che ingombri e attacchi sono gli stessi. La frazione di veicoli elettrici sul mercato è minima, ma gli investimenti sull’elettrico drenano parecchie risorse. La razionalizzazione sta avvenendo a una velocità impressionante. Di riflesso, chi costruisce motori deve ottimizzare un hardware di base che possa funzionare con più combustibili e in diverse applicazioni. Da quanto ci risulta Ngv ha in sviluppo oggigiorno il maggior numero di varianti dello stesso motore, in termine di combustibili. Abbiamo delle richieste anche per il syngas».

Come può lo stesso monoblocco digerire combustibili così diversi?

D’Epiro: «Diciamo che alla base c’è la scelta di adottare una tecnologia di combustione ad accensione per scintilla e catalizzatore tre vie allo scarico, che permette di spaziare sul combustibile, agendo sul sistema di iniezione. Nel corso degli anni, chi si è esercitato nei sistemi dual-fuel si è scontrato con le emissioni. Fino all’Euro 4 alcuni aggiungevano iniezioni di gas al diesel originario: iniettori posizionati sul collettore d’aspirazione aggiungevano gas, metano o Gpl. La seppur ridotta iniezione di gasolio incendia anche il gas precedentemente iniettato. Un metodo semplice e vantaggioso, ma rivelatosi quasi impraticabile già dall’Euro 5, con l’eccezione di un sistema per camion di Volvo, e decaduto definitivamente con l’Euro 6. L’unica soluzione diversa dallo spark ignited in grado di raggiungere i limiti Euro 6 è l’Hpdi: è un iniettore concentrico, che inietta gasolio come accensione pilota e metano direttamente in camera durante la combustione. Quest’ultima soluzione, però, seppur “motoristicamente” molto valida, lato veicolo impone obblighi elevati, dal momento che il gas deve essere iniettato ad almeno 300 bar. È quindi una tecnologia possibile solo con il cosiddetto Gnl freddo, a meno 160°, perché obbliga al prelievo del gas in fase liquida dal serbatoio. Ngv ha fatto una scelta cha sconta qualche punto efficienza in meno ma pone meno vincoli: funziona anche con le bombole. Normalmente i camion adottano il Gnl saturo, a meno 135°C, prelevato gassoso dalla sommità del serbatoio: l’evaporazione conseguente refrigera il liquido rimanente. Per il sistema “tipo Volvo” (l’Hpdi di Westport) serve una bombola molto più isolata e corredata da un sistema di pompe criogeniche che gestisce il metano liquido. Con l’idrogeno poi, ne esiste anche una versione per questo combustibile, il problema è ancora più esasperato».

Cosa cambia nella calibrazione e nella componentistica minuta?

D’Epiro: «Il motore utilizza il combustibile, per la tecnologia di combustione stechiometrica adottata, nella fase gas/vapore. La fase liquida, che potrebbe rivelarsi aggressiva, è limitata all’impianto di iniezione, che adotta componenti idonei a qualsiasi tipo di combustibile. Sostanzialmente ad essere specifici sono gli iniettori e gli O-ring di tenuta dell’impianto di iniezione. Tipicamente, c’è una parte di immagazzinamento veicolare che è specifica del combustibile. La parte riguardante il motore si compone del rail di combustibile, in alluminio, e degli iniettori stessi, omologati per il combustibile prescelto. Il resto del motore viene a contatto solo con la fase gas/vapore. Siamo quindi scevri dall’attacco chimico».

D’Ippolito: «Gli iniettori, in alcuni casi, sono customizzati – sviluppati appositamente da noi – per esempio quello del bioetanolo e quello del metanolo, con portate elevate e con una cannula dalla lunghezza pronunciata».

D’Epiro: «La sfida per i combustibili liquidi come gli alcoli è portare il punto iniezione il più possibile vicino alle valvole di aspirazione. L’iniettore ha la parte anteriore molto lunga per spruzzare il combustibile il più possibile vicino alla valvola, per limitare i depositi di liquido sulle pareti del motore, il cosiddetto impingement. Il flusso d’aria a quel punto porta il carburante tutto nel cilindro, dove la successiva fase di compressione, fino a 500°C, completa l’evaporazione e agevola la combustione completa. Sono combustibili che faticano a evaporare. Un’operazione facilitata da un dispositivo brevettato di Ngv». 

Perché il Cursor 9? Solo per il rapporto privilegiato che vi lega a Fpt Industrial?

D’Epiro: «In effetti abbiamo un rapporto privilegiato con Fpt, ma ci sono anche ragioni tecniche. Il Cursor 9 è un motore baricentrico per tante applicazioni, come quella degli autobus precedentemente citata o i veicoli raccolta rifiuti nel campo on-road, ma in termini di potenza sviluppata ed affidabilità si presta anche a moltissime applicazioni off-road, come la generazione di energia stazionaria. Nella nostra versione eroga 230 chilowatt. Il motore avrebbe potenzialità superiori, ma nei nostri mercati di riferimento l’affidabilità e la durata di vita sono caratteristiche essenziali».

D’Ippolito: «Una delle argomentazioni vincenti della nostra proposta, ad esempio per il “fast charging” delle auto elettriche, è che i carburanti “bio” in un approccio “well to wheel”, in molti casi, sono inferiori alla “carbon intensity” della rete elettrica nazionale. Abbiamo stimato un’emissione di 0,24 kg di CO₂ equivalente al kWh per il nostro motore a bioetanolo, rispetto a una media della rete elettrica di distribuzione che in UE è di 0,35 kg/kWh. Questo valore sale ulteriormente in quei paesi che fanno un massiccio ricorso a fonti ad elevata impronta di CO₂, come per esempio il carbone: si pensi, in primis, in Unione Europea, a Germania e Polonia».

Perché questa tecnologia non si è ancora affermata come “game changer”?

D’Epiro: «C’è purtroppo un approccio ideologico su molti fronti. Tante aziende hanno adottato un approccio, dettato più dall’ideologia che dai risultati pratici, che potremmo definire “combustione zero”, piuttosto che un più pratico “net zero”, riferito alle emissioni di gas serra ovviamente. Noi di Ngv scommettiamo su quella parte dell’economia che vive del proprio lavoro, senza sovvenzioni pubbliche, e vuole essere green per scelta e non per obbligo. La versione stradale del motore a metano/biometano è già omologata, quella off-road è in corso di omologazione, quella marina è in piena sperimentazione, l’etanolo in fase avanzata di sviluppo. La versione a metanolo arriverà in coda a quella a etanolo, il syngas è invece ancora allo stadio di progettazione. Questo combustibile ha un elevato contenuto di inerti, fino alla metà di sola anidride carbonica. Il controllo del motore è complesso perché ogni sorgente di syngas ha una sua formulazione di uscita, una composizione variabile a seconda di processo e origine. Il motore agnostico è particolarizzato in base al combustibile disponibile per il cliente. Per esempio, in questo momento non esiste un serbatoio camionistico per l’alcol, che necessita di volumi duplicati rispetto al gasolio. Le diverse combinazioni di serbatoi disponibili per un camion, fino a 1.500 litri di gasolio, sono in lamiera, mentre quello dell’alcol dovrebbe essere di plastica e nessuno si è finora cimentato in uno stampo per questa applicazione».

D’Ippolito: «Non è comunque un’impresa più ardua del creare un’infrastruttura elettrica sufficiente all’elettrificazione mainstream».

D’Epiro: «La sfida di Ngv è prevalentemente di componentistica veicolare, più che di infrastruttura, che ha un ordine di grandezza infinitamente superiore».

D’Ippolito: «Non solo camion, le applicazioni più promettenti per i combustibili alternativi, nel breve, sono quelle con un percorso prevedibile, assegnato, come gli autobus, le imbarcazioni commerciali o gli stazionari; il motivo di ciò è, essenzialmente, aggirare i problemi legati all’infrastruttura e alla logistica del vettore energetico “non convenzionale”. Per quanto riguarda il motore Ngv-FP087, la nostra azienda sta lavorando su una varietà di progetti e di carburanti alternativi. Per esempio, su un progetto legato alla raccolta rifiuti con veicoli speciali, che, attraverso l’utilizzo del biometano, si inserisce all’interno di un perfetto esempio di economia circolare; nel 2023 è previsto il lancio anche della versione non-road con omologazione Stage V. Oppure sull’impiego di combustibili rinnovabili come il bioetanolo o il biometanolo, per la generazione di potenza stazionaria. O, ancora, per il primo progetto in Europa di navigazione fluviale a biometano, attraverso un powertrain ibrido, per la consegna delle merci all’interno dei grandi centri urbani, decongestionando il traffico cittadino da dozzine di mezzi pesanti, rumorosi e inquinanti».

Prima delle battute finali, un’incursione che ci lascia con il fiato sospeso. È da parte di Adela Tocaru, Responsabile Marketing & Esg di Ngv Powertrain: «Posso annunciare una sorpresa a idrogeno, che sarà lanciata alla fiera Hyvolution di Parigi, che si svolgerà l’1 e il 2 febbraio».

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