Nonostante sia stato costantemente sviluppato nel corso dell’ultimo secolo per diventare un propulsore ad alta efficienza nei consumi, il motore diesel è ora minacciato come mai prima d’ora. Allora "qual è il futuro del motore diesel?" è stato il tema delle domande poste al Dr. Staffan Lundgren, Senior Technology Advisor for Powertrain presso il Gruppo Volvo.
Perché il diesel è rimasto una fonte di energia così popolare?
La combustione per diffusione – dove la combustione è concentrata attorno all’accensione e l’ossigeno viene diffuso attorno all’area di combustione – è molto efficiente. Ha perdite di energia minime verso le pareti del motore attraverso l'irraggiamento o la convezione, molto inferiori a quelle di un motore a benzina. Il motore diesel di base è molto potente e può sopportare pressioni molto elevate.
Quanto è efficiente?
Ci sono stati grandi miglioramenti: si è passati dall'efficienza del 35% circa negli anni '80 all'efficienza del 50% di oggi. Ciò significa che metà del carburante viene ora impiegato in lavori meccanici utili. Per riferimento: un motore a benzina ha un'efficienza di circa il 35%. Questi vantaggi derivano dai sistemi di iniezione common rail ad alta pressione, dalla turbocompressione e dall'introduzione della potenza di calcolo per controllare con precisione la combustione e i sistemi di gestione del post-trattamento.
L'aumento dell'efficienza nei consumi è la domanda numero uno da parte dei clienti?
Sì, una buona efficienza del carburante è l'elemento più importante, ma i clienti richiedono anche buone prestazioni e durata del motore. Allora è necessario
essere durevoli e soddisfare i requisiti in materia di emissioni, che talvolta sono in concorrenza tra loro.
Anche i motori stanno diventando più potenti?
C’è una tendenza al rialzo: i clienti spostano carichi più grandi e ciò richiede maggiore potenza. La produzione maggiore del Gruppo Volvo è ora di 1,000 hp. Ma rispetto alle autovetture, tutte le applicazioni pesanti sono ancora (relativamente) sottodimensionate.
Il motore diesel è accusato di essere dannoso per l'ambiente. Può ripulire il suo atto?
Rendere i motori diesel molto puliti è possibile ed è qualcosa su cui l'industria pesante ha fatto maggiori progressi rispetto al settore leggero. Ciò è in parte dovuto al fatto che l’efficienza richiesta dai clienti nel settore dei carichi pesanti è molto più elevata.
Quanto è stato difficile aumentare l’efficienza riducendo allo stesso tempo le emissioni?
È stata una sfida perfezionare il processo termodinamico per compensare il peso derivante dall’aggiunta del sistema di post-trattamento SCR. Ma ora siamo di nuovo sulla buona strada per aumentare l’efficienza passo dopo passo.
Quanto lontano si può arrivare a zero emissioni?
Dipende cosa intendi per emissioni. Se si spinge il motore con un carburante privo di carbonio e lo si accoppia con un processo di combustione efficiente che non crea fuliggine, allora è possibile ottenere zero emissioni. Stiamo lavorando sull’utilizzo del metano e del DME (etere dimetilico) come alternative pulite al diesel. Questa non è un'idea nuova, nel 1900 il motore diesel veniva alimentato con successo con olio di arachidi. Il problema non è la tecnologia necessaria per far funzionare i combustibili puliti, ma piuttosto la loro disponibilità. Ma se il problema della fornitura di combustibili rinnovabili può essere risolto, allora è possibile che i motori diesel funzionino al 100% senza emissioni di CO2.
I combustibili puliti non comportano anche sfide ambientali?
La produzione di biocarburanti non dovrebbe competere con la produzione alimentare, ma ci sono altri combustibili per i quali questo non costituisce un problema. Gli elettrocarburanti (e-fuel) utilizzano l'energia solare o eolica per "scindere" l'acqua e combinarla con la CO2 del metano – e questi carburanti presentano un'efficienza piuttosto elevata – come affermato fino all'80%. Questo potrebbe essere un interessante complemento all’elettrificazione.
In che modo i diversi combustibili influiscono sulla combustione?
Da un punto di vista dell'efficienza al motore non importa se la molecola del carburante proviene da una fonte fossile o rinnovabile. Quindi, con gli investimenti nel giusto tipo di combustibili rinnovabili, la transizione verso le energie rinnovabili dovrebbe essere semplice.
Allora come possiamo ridurre ulteriormente il consumo di carburante?
Il prossimo grande passo verso l’aumento dell’efficienza del motore e la riduzione del consumo di carburante è la sua combinazione con l’elettromobilità. In futuro la domanda di motori non sarà così varia come lo è oggi. C'è una differenza tra l'efficienza di un motore nel suo "punto ottimale" e l'efficienza nell'intero intervallo operativo del mondo reale. L’abbinamento di motori con motori elettrici, come negli ibridi paralleli, consente al motore di funzionare al suo livello più efficiente. Senza dubbio, l’elettrificazione farà parte della futura soluzione di trasmissione a combustione.
Altre tecnologie possono aiutare a ridurre le bollette del carburante?
Esempi sono la tecnologia stop/start e i sistemi elettrici a 48 V che alimentano gli accessori elettricamente, anziché meccanicamente. Tutti questi potrebbero avere usi futuri in applicazioni pesanti, una volta dimostrata la loro robustezza. Ma un’altra importante fonte di maggiore efficienza è il recupero del calore. Questo non è un compito facile sui motori pesanti, poiché funzionano con scarichi relativamente freddi, ma c'è ancora speranza di catturarlo e renderlo commercialmente fattibile.
Qual è la massima efficienza che un motore può raggiungere?
Il motore diesel ha un'efficienza teorica del sistema compresa tra il 55-60%. Per riferimento, le migliori centrali elettriche funzionano con un'efficienza del 50-55% e anche le celle a combustibile hanno un'efficienza superiore al 50% circa, quindi i motori diesel possono essere incredibilmente efficienti. Ciò, aggiunto al fatto che i motori che funzionano con l’elettrificazione avranno spesso una richiesta di potenza inferiore, significherà che il consumo di carburante è destinato a diminuire in futuro.
Quanto può sopravvivere il motore diesel?
Il motore a combustione diesel rimane una soluzione molto economica per creare energia meccanica. Detto questo, la legislazione, soprattutto in Europa, sta spingendo fortemente verso l’elettrificazione, e ciò potrebbe avere un impatto diretto sulla longevità del motore a combustione. La nostra sensazione è che il suo utilizzo sarà basato sulle applicazioni e che continuerà per un periodo considerevole negli usi a lunga distanza, come le navi oceaniche e i camion a lungo raggio. Ma anche qui probabilmente ci sarà un mix di tecnologie in uso.
Il diesel fa parte del futuro?
Il motore diesel – in una forma modificata – può essere molto pulito ed efficiente. Funziona bene anche con l'elettrificazione. Come produttori dobbiamo trovare la soluzione migliore, in base alle decisioni prese dalla società. Qualunque essi siano, dobbiamo essere preparati.
