Motori innovativi e rispettosi dell’ambiente

Lino Guzzella ha sviluppato un motore ibrido pneumatico. ethz.ch

Non è la passione per le automobili, ma l'interesse per la tecnologia e per far fronte a problematiche ambientali che l'ingegnere Lino Guzzella ha scelto di occuparsi di motori. Sin dall'inizio della sua carriera non ha mai smesso di riflettere all'automobile del futuro.

Docente di termotronica al Dipartimento di ingegneria meccanica del Politecnico federale di Zurigo, Guzzella coordina un team di ricercatori con i quali ha recentemente sviluppato un motore ibrido pneumatico. Più piccolo, più leggero, più efficace e più economico degli attuali motori ibridi, esso potrebbe rivelarsi una risposta concreta ai problemi della mobilità dell’Asia.

swissinfo: In uno dei vostri ultimi progetti, lei e il suo team avete lavorato a un motore ibrido pneumatico che è stato premiato dall’Ufficio federale dell’energia con il Watt d’or 2010. In che cosa si differenzia questo vostro sviluppo dai motori ibridi che già si conoscono e sono sul mercato?

Lino Guzzella: I motori ibridi classici che si possono comprare oggi sono motori a combustione con un motore elettrico, una batteria e un generatore elettrico. Un sistema buonissimo, molto intelligente che permette di risparmiare un buon 30% del consumo. Un risultato fantastico ma che ha un grande problema: questo sistema è molto, molto costoso.

Se lo confrontiamo con un motore classico a benzina, questo motore ibrido costa almeno due, ma forse tre volte in più del motore classico. Noi svizzeri che siamo ancora ricchi – e se la situazione non si rovescia completamente lo rimarremo -, possiamo permetterci questi motori ibridi.

Ma il problema è in Cina, in India, dove ci sono 3 miliardi di persone che vogliono disperatamente avere delle macchine. Se loro cominciano a viaggiare con le automobili che hanno oggi, è la catastrofe. Ma non possono permettersi le macchine moderne del tipo piccolo ibrido che possiamo permetterci noi. Dobbiamo quindi trovare una soluzione che sia efficace ma anche che costi poco. E questo è stato il punto di partenza per questo progetto di motore ibrido pneumatico.

swissinfo: Qual è l’idea che sta alla base dello sviluppo di questo motore ibrido pneumatico?

L. G.: L’idea di base è questa. Utilizziamo il motore a combustione, naturalmente come motore a combustione, ma lo utilizziamo anche come il motore elettrico del veicolo ibrido, cioè lo utilizziamo due volte. Con un turbo alimentatore, lo pompiamo e lo utilizziamo anche come generatore, cioè quando freniamo. Non utilizziamo quindi un motore elettrico per frenare il veicolo, ma è lo stesso motore a combustione ad essere adoperato come una pompa pneumatica.

E invece di avere delle batterie, che costano un sacco di soldi, prendiamo un serbatoio, un semplice serbatoio d’aria, e vi immagazziniamo l’aria sotto alta pressione – 20 bar al massimo -, che utilizziamo dopo per accelerare di nuovo il veicolo.

Con questa combinazione riusciamo quasi a raggiungere la stessa efficienza di un motore elettrico ibrido. Arriviamo all’80% dei benefici di un veicolo ibrido. Ma i costi in più sono solo del 20%.

swissinfo: Spesso è stato detto che un’auto è una specie di stufa che si muove. Un’espressione un po’ estrema per sottolineare i limiti di efficienza di un motore che di fatto produce più calore che movimento. Nello sviluppo del motore ibrido pneumatico siete riusciti a migliorare anche i parametri di questa efficienza?

L. G.: Questo è il nocciolo di tutto. Oggi un motore diesel nel punto ottimale raggiunge un’efficienza del 40%. Cioè, mettendo dentro 100 unità di energia, 40 escono in forma di energia meccanica, ossia movimento, e 60 in forma di energia termica, perdite. Questo nel punto ottimale.

Nel punto medio i motori diesel arrivano al 20% e i motori a benzina intorno al 18%. Nel punto medio vi è quindi una grande perdita. Il nostro concetto arriva intorno al 24-25 forse 26%, perché noi attacchiamo esattamente questa debolezza del motore termico che ha un punto massimo abbastanza decente, ma uno medio in cui non lo è per niente.

Il nostro sistema quindi è molto più efficace se confrontato a un motore di base. Rimane il problema che la termodinamica ci impedisce di raggiungere più del 40% in un motore diesel e un 37% in un motore a benzina, ma questa è la natura e non possiamo cambiarla.

swissinfo: Lei parla di risparmio energetico, ma voi di solito lavorate anche alla riduzione di emissione di sostanze inquinanti. Questo motore ibrido pneumatico è riuscito a fare dei passi avanti anche in questa direzione?

L. G.: L’inquinamento con sostanze tossiche era un problema degli anni’ 80-’90. Oggi siamo in grado di fare dei motori a benzina che emettono meno sostanze tossiche di quelle che hanno aspirato. Cioè un motore di questo tipo, più è in circolazione e più l’aria diventa pulita, e non scherzo.

I sistemi con marmitta catalitica ben controllati – sui quali abbiamo lavorato per tanti anni e che adesso è essenzialmente un problema risolto – hanno raggiunto una perfezione incredibile. E il nostro motore utilizza la stessa tecnologia. Cioè è un motore super pulito e questo è il suo vantaggio in confronto a un diesel. Il motore diesel è più efficace di un motore a benzina, ma ha il problema – molto difficile e costoso da risolvere -, di non essere pulito.

Questo è naturalmente un altro argomento che noi vogliamo seguire: un motore deve essere assolutamente pulito, specialmente in paesi come la Cina e l’India che hanno dei problemi d’inquinamento enormi.

swissinfo: Questo nuovo sviluppo ha già creato degli interessi, dall’altra parte, cioè penso al partner industriale interessato alla produzione in serie?

L. G.: Non dico nomi perché non posso, ma ci sono già stati diversi incontri in cui abbiamo presentato questo progetto. L’interesse quindi è grande. Non vuol dir tanto, ma l’interesse c’è. Quello che veramente conta ora è che alla fine venga prodotto in serie. E quella, lo dico a tutti, è ancora una lunga strada che prevede un grandissimo sviluppo.

Noi abbiamo dimostrato che questa idea funziona. Questo è il compito di un’università, sviluppare nuove idee e dimostrare che funzionano. E questo l’abbiamo fatto. Il prossimo passo ora spetta all’industria. È l’industria che – compatibilmente con i grossi problemi economici che ha oggi – deve prendere in mano quest’idea e valutarne la validità.

swissinfo: In commercio esistono già automobili che consentono un discreto risparmio energetico ma non riscuotono successo. Voi ingegneri potete quindi sviluppare ottimi sistemi, ma perché le cose migliorino ci vuole anche un cambio di costume. Cosa deve accadere secondo lei perché la gente arrivi a capirlo?

L. G.: Le do completamente ragione. Anche se noi ingegneri facessimo la miglior macchina del mondo che non consuma quasi niente, se nessuno l’acquista il nostro lavoro sarebbe vano. Vedremo cosa porta il futuro, io spero – e non so se devo usare la parola spero – che il prezzo della benzina e del diesel cresca. Perché se il prezzo rimane così basso, noi possiamo fare tante cose ma la gente compra le SUV, perché tanto la benzina non costa niente.

A mio avviso il prezzo dell’energia crescerà in ogni modo. Più tardi perché il petrolio comincerà a scarseggiare, prima se siamo abbastanza furbi da tassarlo. Questa è l’unica soluzione a cui credo veramente. Purtroppo le decisioni sono prese sempre con il portamonete, forse con le emozioni e col portamonete, molto di rado con la ragione.

swissinfo, Paola Beltrame, Zurigo

Fatti & cifre

Il motore ibrido pneumatico, messo a punto dal gruppo di ricerca del professor Lino Guzzella, funziona a benzina/aria compressa. È cioè un motore termico nel quale, grazie a un tubo compressore inserito nella testa del cilindro, viene iniettato un surplus di aria compressa al momento dell’accelerazione.

Questo surplus d’aria, immessa a una pressione massima di 20 atmosfere, permette di sfruttare molto meglio il rendimento di un motore tradizionale (che a pieno regime normalmente arriva al 37%, ma ad andatura media non supera il 18%).

Grazie a questo processo l’equipe zurighese ha ottenuto da un motore più piccolo la potenza corrispondente a quella di un motore con una cilindrata superiore, ma con i benefici di costi e consumi di un motore più piccolo.

Esso infatti permette un risparmio di energia del 30% rispetto ad un motore convenzionale con una maggiorazione di costi di solo il 20%. Per fare un confronto, i motori ibridi elettrici esistenti sul mercato permettono un risparmio di energia del 35% ma il loro costo è del 200% in più.

Biografia

Di origini italiane, Lino Guzzella è nato e cresciuto a Zurigo, dove ha intrapreso gli studi di ingegneria meccanica conseguendo, nel 1986, il dottorato al Politecnico federale di Zurigo.

Dopo aver lavorato alcuni anni nell’industria, nel 1989 ha iniziato l’attività accademica al Politecnico come assistente e professore associato. Prima all’istituto di ingegneria elettrica, poi a quello di ingegneria meccanica, dove è professore ordinario dal 1999.

Docente di termotronica, una disciplina che combina l’elettronica con la termodinamica, parallelamente coordina alcuni gruppi di ricerca attivi nello sviluppo di nuovi approcci nei sistemi dinamici e nei sistemi di controllo e conversione dell’energia. Tra i progetti più noti si ricordano la Capanna del Monte Rosa e PAC-Car II.

Particolarmente legati al settore della mobilità gli studi di questi team sono stati insigniti di numerosissimi premi per l’attenzione che hanno riposto alla riduzione del consumo di combustibile e dell’emissione di sostanze inquinanti nei veicoli con sistemi a propulsione.

Membro di numerosi comitati di ricerca sia nazionali che internazionali, Guzzella collabora, oltre che con l’industria automobilistica, anche con il Dipartimento federale dell’Ambiente e dei Trasporti.