L'ascetico tra i motori a combustione

Nel 2012, la media delle emissioni di CO₂-Le emissioni di tutte le nuove auto vendute in Svizzera sono di 151 grammi per chilometro. La Confederazione Svizzera prevede di ridurre gradualmente questo valore a circa 70 grammi entro il 2025 attraverso una regolamentazione delle emissioni. Gli scienziati dell'Istituto dei sistemi dinamici e della tecnica di regolazione dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato un motore ibrido gas naturale-diesel che emette solo 56 grammi di CO₂ per l'ambiente, riducendo di due o tre volte gli attuali valori di emissione. Questo è possibile perché il gas naturale ha emissioni relativamente basse. Viene prodotto su larga scala in molti Paesi, come gli Stati Uniti, ed è considerato la più importante alternativa al petrolio per i prossimi decenni.

Iniezione diesel al posto delle candele

Gli scienziati dell'ETH hanno convertito un motore diesel convenzionale di un'auto di classe Golf in modo che possa funzionare con il 90% di gas naturale. Invece di utilizzare una candela, come avviene normalmente nei motori a gas naturale convenzionali, il motore si accende con una piccola quantità di gasolio, che i ricercatori iniettano direttamente nel cilindro, ottenendo così una combustione altamente efficiente con un'efficienza massima del 39,6 per cento.

I motori diesel a gas naturale esistono già oggi. Vengono utilizzati nell'industria, dove l'elettricità viene generata e consumata in un unico luogo, ad esempio per azionare grandi macchine. "In un veicolo, tuttavia, la velocità e il carico cambiano continuamente, il che rende il funzionamento del motore molto più complicato", spiega Tobias Ott, dottorando del gruppo di ricerca del Prof. Lino Guzzella.

Nuovo controllo elettronico della combustione

Tobias Ott ha sviluppato l'innovativo sistema di controllo elettronico della combustione insieme al Senior Scientist Christopher Onder e a Lino Guzzella come parte della sua tesi di dottorato. L'elemento centrale è un sensore che misura la pressione nei cilindri. Utilizzando complessi algoritmi di controllo e regolazione, gli scienziati sono stati in grado di regolare costantemente la quantità di gasolio e la tempistica di iniezione, facendo così funzionare il motore con la massima efficienza possibile. I ricercatori hanno accoppiato l'innovativo motore diesel a gas naturale a un piccolo motore elettrico, riducendo ulteriormente i consumi. Tuttavia, potrebbero anche installare il motore diesel a gas naturale in un veicolo senza ibridazione elettrica. Si tratta di un aspetto cruciale per la produzione industriale, perché consente di produrre quantità maggiori.

Produzione in serie possibile in cinque anni

Gli scienziati hanno dimostrato sperimentalmente la riduzione delle emissioni su un banco di prova appositamente costruito e hanno pubblicato i risultati sulla rivista specializzata "Energies". Nell'ambito di questa prova di concetto, è necessario rendere la trasmissione adatta all'uso pratico e risolvere gli ultimi problemi tecnici. "Al momento ci preoccupa soprattutto la temperatura del convertitore catalitico", spiega Tobias Ott. Per funzionare correttamente, la temperatura deve essere di almeno 300 gradi. "Ma poiché il nostro motore a combustione converte l'energia termica in energia meccanica in modo così efficiente, l'aria di scarico non è abbastanza calda, soprattutto dopo l'avviamento", aggiunge Ott. Gli scienziati intendono risolvere il problema regolando in modo specifico il motore durante la fase di riscaldamento.

Christopher Onder è convinto che il motore diesel a gas naturale possa essere prodotto in serie entro cinque anni. "Il prerequisito è trovare un partner industriale che si occupi dello sviluppo di un prototipo", spiega. Gli scienziati si rendono conto che il successo del loro motore dipende in modo cruciale dai costi di produzione. La loro soluzione è relativamente poco costosa e, poiché il loro concetto si basa su tecnologie esistenti, può essere realizzata rapidamente ed è ideale come tecnologia ponte per i prossimi dieci o vent'anni. I ricercatori sono già in trattative concrete con una casa automobilistica.