Veicoli ibridi

Una panoramica sulle diverse tipologie di motori ibridi nella mobilità privata e nel trasporto pubblico locale

Un veicolo ibrido oggi lo possiamo trovare soprattutto nella mobilità privata e da diversi anni anche nella mobilità pubblica. In questa categoria fanno parte gli autobus ibridi e in tempi recenti si stanno diffondendo anche i treni ibridi.

I primi veicoli ibridi della storia risalgono al Secolo scorso ed erano autovetture.

Nel 1899 la casa automobilistica tedesca Porsche, aveva sviluppato un primo prototipo di auto ibrida, quindi con due tipologie di motore che servivano per la trazione. Questo primo modello, dal nome “Lohner-Porsche Mixte Hybrid”, era strutturato con dei piccoli motori elettrici posizionati sui mozzi delle ruote (il mozzo è la parte centrale di una ruota). La vettura aveva anche un propulsore a combustione per poter ricaricare delle batterie per aver un’autonomia totale di 65 chilometri.

Pochi anni dopo altri inventori provarono a brevettare automobili ibride basandosi sul fortunato prototipo della Posche ma il successo non fu lo stesso. Un primo modello denominato “Woods Interurban” rimase solo sulla carta e non fu più realizzato a causa dello scarso interesse da parte dei consumatori. Su questa autovettura era necessaria un’attesa di 15 minuti per il passaggio dal motore a combustione a quello elettrico.

Invece, il costruttore Henri Piper, nel 1905 riuscì a sviluppare il suo prototipo senza problemi. In quattro anni il brevetto era pronto e l’automobile fu presentata in Canada nel 1914. Questo prototipo non aveva ottenuto successo elevatissimo, un pochino di più rispetto al progetto mai realizzato chiamato “Woods Interurban” e quasi alla pari del progetto Porsche.

Le ragioni di questi insuccessi iniziali, come ho accennato nelle righe precedenti, erano dovuti soprattutto allo scarso interesse su queste nuove invenzioni ed anche perché ad inizio del Novecento i costi del petrolio erano molto molto bassi.

Lo sviluppo dell’autovettura ibrida subì una brusca frenata a causa dei diversi eventi storici che tutti conosciamo molto bene ovvero le due guerre mondiali, in mezzo la crisi economica del 1929 ed i regimi totalitari.

L’interesse ritornò solamente negli anni ‘60 nel Paese del Sol Levante. La casa automobilistica Toyota decise di continuare gli studi su questa tecnologia che non era presente nel mercato automobilistico. Ma non solo in Giappone continuavano le ricerche, anche altri produttori come la General Motors o la Volkswagen svilupparono dei prototipi. Anche nei decenni successivi non si era arrivati ad una produzione vera e propria. Le diverse case automobilistiche cercavano di apportare sempre ulteriori miglioramenti per aver una sinergia tra delle piccole batterie ed il motore a benzina o a gasolio.

Il grande passo lo fece alla fine degli anni ‘90, ed esattamente nel 1997, la Toyota con un progetto chiamato “G21” e successivamente ribattezzato “Prius”. Il successo è stato immediato perché già alla fine del 1998 le autovetture immatricolate erano state 18˙000. I consumatori avevano a disposizione un’autovettura con due motori elettrici ed uno endotermico che aveva una particolare attenzione ai consumi. Un un percorso di 100 chilometri venivano consumati 4,3 litri di carburante.

Oggi esistono tre grandi classificazioni delle autovetture ibride: mild hybrid, ibrido plug-in ed ibrido ad idrogeno.

MILD HYBRID

Un veicolo Mild Hybrid, conosciuto anche con la sigla “MHEV” (Mild Hybrid Electric Vehicle, o ibrido leggero), funziona soprattutto con il motore endotermico. Il supporto delle batterie elettriche è un aiuto al motore principale ed interviene soprattutto durante la partenza della macchina e soprattutto quando in generale c’è un consumo elevato di carburante. In alcuni casi le batterie elettriche intervengono anche nel processo di accelerazione fungendo da “booster”.

Siccome la batteria funge solo da supporto, essa non ha bisogno di essere caricata alle colonnine come, ad esempio, in un’auto elettrica o in altre auto ibride. La ricarica avviene con il processo di frenata, l’energia immagazzinata servirà ad alimentare le batterie. Purtroppo in questo caso non si può guidare solo con le batterie.

Il vantaggio è la minor quantità di emissioni ed il risparmio di carburante (fino a 0,3 litri per 100 chilometri) rispetto ad una classica automobile a benzina o diesel.

IBRIDO PLUG-IN

L’automobile ibrida plug-in, chiamata anche “Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)”, è alimentata sia dal motore endotermico ed anche dalle batterie elettriche. Quest’ultime, rispetto ad un’autovettura Mild hybrid non hanno solo il compito di supportare il motore principale, ma possono funzionare autonomamente ed ovviamente possono essere ricaricate alle colonnine.

La modalità elettrica in questa tipologia di auto è molto utile per gli spostamenti brevi all’interno della città. In caso di poca carica del motore elettrico, è possibile passare al motore endotermico, oppure entrambi i motori possono essere usati contemporaneamente.

IBRIDO AD IDROGENO

Una macchina con la cella a combustibile (“FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle”) il processo di energia utile per la trazione viene generato all’interno del veicolo.

All’interno della cella a combustibile avviene un processo denominato “elettrolisi inversa” dove l’idrogeno reagisce con l’ossigeno per produrre energia elettrica. L’idrogeno viene immesso nel serbatoio del veicolo ed immagazzinato o stoccato all’interno di piccole bombole, invece l’ossigeno proviene dall’aria circostante.

La corrente elettrica generata dal “Fuel Cell” arriva al motore elettrico per alimentare il veicolo oppure alimenta una piccola batteria che funge da accumulatore intermedio per l’energia elettrica.

Quest’ultima ha delle dimensioni ridotte e viene alimentata dalla cella a combustibile. Anche la tipologia del veicolo ad idrogeno è in grado di recuperare l’energia in frenata. Il motore elettrico converte l’energia cinetica dell’auto in energia elettrica ed alimenta la batteria.

Su quest’ultima tipologia ne avevo parlato in un mio articolo dello scorso 10 Giugno 2021. Puoi trovare il collegamento alla fine di questo attuale articolo.

Figura 1: Le tipologie di auto ibride (BMW.com, autore sconosciuto, 2022. Didascalie non presenti nelle immagini originali)

Non potendo fotografare auto private ibride Plug-in e Mild hybrid ho deciso di inserire un collage di quattro autovetture in mostra in Piazza del Duomo lo scorso Giugno alla manifestazione annuale intitolata “MIMO – Milano Monza Open-Air Motor Show”.

Figura 2: Alcune auto ibride plug-in e mild hybrid esposte alla “MIMO – Milano Monza Open-Air Motor Show” (Foto personali, 2022)

Dopo aver descritto nei paragrafi precedenti la storia dei veicoli ibridi nella mobilità pubblica, da qui in avanti racconterò su come la tecnologia ibrida è approdata nel trasporto pubblico locale.

Gli autobus ibridi sono approdati nelle strade delle nostre città molto tempo dopo i primi esperimenti delle automobili. Inizialmente i primi progetti avevano come obiettivo la trasformazione di veicoli che erano già in circolazione. Un primo esempio era una vettura filoviaria sanremese del 1981 trasformata successivamente in un veicolo ibrido a celle combustibili ad idrogeno durante gli anni ‘90.

Dal 2000 in poi, la città di Londra è stata una delle prime capitali europee ad introdurre le tecnologie sostenibili nel trasporto pubblico locale su gomma. Nel 2004 furono introdotte tre vetture Single-decker a celle combustibili ad idrogeno. Anche per gli autobus questo gas a contatto con l’ossigeno generano energia per alimentare il motore elettrico.

Dopo circa tre anni di sperimentazioni, l’azienda del trasporto pubblico della capitale britannica, la TfL – Transport for London, decise di introdurre nuove vetture a basso impatto ambientale sempre con tecnologie ibride.

A partire dalla fine del 2008 la flotta del trasporto pubblico su gomma londinese registrò una prima grande fornitura di vetture ibride: sia autobus normali, minibus ed anche i famosissimi Double-decker. Nel frattempo la capitale britannica aveva aderito insieme ad altre nove città europee al progetto pilota “CHIC – Clean Hydrogen In european Cities”. Il programma aveva la durata di sette anni, dal 2009 al 2016, attraverso la concessione di un finanziamento di 81,8 milioni di euro con l’obiettivo di far circolare diversi autobus ad idrogeno. Oltre a Londra avevano partecipato anche Aarau (Comune svizzero), Bolzano, Milano, Olso, Amburgo, Colonia e Whistler in Canada.

Il ricambio graduale degli autobus londinesi però non si era fermato. Furono esclusi dal rinnovamento gli autosnodati o come vengono chiamati Oltremanica i “Bendy-bus”: tutti furono tutti dismessi nel 2011 su ordine dell’allora sindaco di Londra Boris Johnson.

In quegli anni “BoJo” (questo è il soprannome che si conquistato durante gli anni da sindaco di Londra e poi da Primo Ministro) decise di intervenire sul trasporto pubblico della capitale britannica presentando un concorso per sostituire gli storici Routemaster con nuovi Double-decker. I “Boris-bus” o “Boris-master” sono stati progettati inizialmente con motori EURO V, successivamente EURO VI, tutti con batterie a supporto del motore endotermico. Qui sotto due mie fotografie con il New Routemaster a Camden Town e sul Westminster Bridge con sullo sfondo il London Eye.

Figura 3: Il New Routemaster ibrido a Camden Town e sul Westminster Bridge con sullo sfondo il London Eye ed un chiostro di street food (Foto personali, 2014 e 2019)

Gli attuali autobus a due piani ibridi oppure elettrici non presentano grandi indicazioni delle basse emissioni ambientali. Come puoi vedere in questa mia fotografia, fino a diversi anni fa era presente solo un piccola scritta sopra la ruota posteriore ed indicava se la vettura era ibrida, ad idrogeno o elettrica.

Figura 4: Il Double-decker ibrido “Volvo B5LH Wright Eclipse Gemini 3” (Foto personale, 2019)

Invece per quanto riguarda le vetture ad idrogeno nel trasporto pubblico londinese, era possibile riconoscere questa tipologia di autobus per la presenza di maggiori adesivi i quali indicavano l’utilizzo delle celle a combustibile.

Nella città dove vivo, nel periodo tra il 2010 ed il 2012, sono stati introdotti diversi prototipi di autobus ibridi di cui tre a celle combustibili di idrogeno.

Queste vetture ibride con iniezione a gasolio erano tutte della tipologia ibrida plug-in, quindi la marcia del veicolo poteva essere garantita sia dal motore endotermico ma anche da quello elettrico. Solamente nel 2019 ho fatto in tempo a scattare alcune fotografie ad uno di questi prototipi prima del ritiro dal servizio pubblico a Settembre 2020.

Figura 5: Uno dei primi prototipi di autobus ibrido della Mercedes-Benz a Milano, modello “Citaro G EEV BlueTech Hybrid” (Foto personali, 2019)

Anche le tre vetture ad idrogeno attualmente non circolano più a Milano da Settembre 2021. Se ti interessa l’approfondimento completo con alcune mie fotografie, ti consiglio di leggere l’articolo dedicato alla fine di questo post. Qui sotto la registrazione di uno dei tre prototipi ad idrogeno quando era ancora in giro per Milano a fine 2020.

Se ascolterai questo mio audio, disponibile anche su Spotify o su Google, a metà traccia sentirai un suono simile ad una compressione o pressione. Si riferisce alla cella a combustibile, la quale trasforma l’energia elettrica del motore in acqua allo stato gassoso.

Autobus Mercedes-Benz O530N Citaro C1 Facelift FuelCELL Hybrid (Registrazione personale, 2020)

Su un totale di dieci vetture sperimentali con tecnologia ibrida immatricolate tra il 2010 ed il 2012, ad oggi si possono trovare per le strade sporadicamente solo due vetture appartenenti a due costruttori diversi: la tedesca MAN e la belga Van Hool.

L’impegno dell’azienda del trasporto pubblico di Milano sulla tecnologia ibrida non si era fermato a quei progetti. A partire da Novembre 2017 hanno iniziato a circolare nuovi autobus costruiti dalla IvecoBus. Tutte le 148 vetture attualmente in servizio presentano una tecnologia ibrida plug-in.

Figura 6: Gli autobus ibridi della IvecoBus per le strade di Milano dal 2017 (Foto personali, 2019 e 2021)

La marcia del veicolo dai 0 ai 20 chilometri orari avviene attraverso il motore elettrico a batterie. Inoltre, il sistema di frenatura consente di recuperare energia elettrica utile per caricare le piccole batterie del motore elettrico.

Qui sotto due mie registrazioni che ti faranno comprendere meglio le due frasi che ho scritto nel paragrafo sopra. Il suono acuto dei primi secondi è del motore elettrico, il cicalino rappresenta l’apertura delle porte. Un suono più moderato si riferisce al motore diesel.

Autobus IvecoBus Urbanway 12 metri Hybrid EURO VI (Registrazione personale, 2021)

Autobus IvecoBus Urbanway 12 metri Hybrid EURO VI (Registrazione personale, 2021)

A partire dal 2018 i vertici dell’azienda del trasporti pubblico di Milano hanno lanciato la sfida di convertire tutti i veicoli su gomma con vetture elettriche entro il 2030. Oggi i risultati sono molto buoni perché sono in circolazione 163 autobus totalmente elettrici e durante quest’anno sono previsti ulteriori 110 nuovi arrivi.

La tecnologia ibrida a Milano non è sparita con l’annuncio del 2018: lo scorso Dicembre nel capoluogo lombardo sono approdate le prime vetture Mild hybrid. In questo caso il motore elettrico è a supporto se c’è un eccessivo consumo di gasolio. Esse fanno parte di un lotto di 129 veicoli per un valore totale di 32 milioni di Euro.

Figura 7: I nuovi mezzi Mild hybrid della Mercedes-Benz per il trasporto pubblico milanese (Foto personali, 2022)

Il sistema di frenata consente di recuperare energia elettrica la quale poi sarà immagazzinata in un piccolo generatore posto sul tetto della vettura. L’energia conservata serve a far avviare il motore elettrico per poi supportare il propulsore endotermico al momento di un consumo eccessivo. Questo processo consente di risparmiare fino all’8,5% di gasolio ed è particolarmente utile quando ci sono diversi momenti di accelerazione e frenatura come, ad esempio, alle fermate.

Anche in quest’ultimo esempio che riguarda la mia città non poteva mancare la registrazione. Se provi a fare un confronto con gli audio precedenti, noterai delle piccole differenze perché al momento della mia registrazione non c’era un eccessivo consumo di gasolio.

Autobus Mercedes-Benz O530 Citaro C2 Hybrid (Registrazione personale, 2022)

In conclusione, il video di presentazione della Mercedes-Benz su come funziona la tecnologia Mild hybrid applicata ad un autobus di linea.

Video 1: Presentazione del Mercedes-Benz Citaro hybrid (YouTube, autore Daimler Buses, 2018)

Prossima fermata: i treni ibridi

Negli ultimi anni anche il trasporto ferroviario si sta convertendo alla sostenibilità con i treni ibridi.

Un treno di questa tipologia, chiamato anche a multi-alimentazione, è un elettrotreno che utilizza diverse sorgenti di energia elettrica come, ad esempio, la linea aerea di contatto attraverso un pantografo oppure da dei generatori che avviano un motore diesel. È possibile anche che la trazione dell’intero convoglio sia garantita da delle batterie elettriche e da un motore diesel.

In Italia, invece, il primo treno ibrido è approdato in Valle d’Aosta nel 2019: si tratta di un convoglio con il classico pantografo oltre a due motori diesel. Grazie all’entrata in esercizio di questo treno anche altre regioni italiane hanno deciso di puntare sui treni bi-modali ed anche tri-modali.

La seconda regione italiana a scommettere sui treni ibridi è stata la Lombardia. Nel mese di Novembre 2018 la società svizzera Stadler Rail ed il Gruppo FNM S.p.A. (società integrata nella mobilità sostenibile in Lombardia) hanno sottoscritto un Accordo Quadro per la fornitura di treni diesel-elettrici da destinare all’esercizio ferroviario regionale.

Il treno, soprannominato “Colleoni”, ha una lunghezza di 66,8 metri ed è costituito da tre casse passeggeri più una quarta di dimensioni ridotte che ospita i motori. Quest’ultima sezione non è situata all’estremità del treno ma al centro del convoglio e funge da corridoio per i passeggeri. La propulsione del treno è garantita da due motori diesel di ultima generazione a basse emissioni e da due gruppi di batterie di trazione.

Qui sotto il video di presentazione della consegna del primo convoglio avvenuta nel 2021.

Video 2: Visita tecnica al nuovo treno diesel-elettrico: prime prove per il “Colleoni” (YouTube, autore FNM Group, 2021)

Dopo i test di pre-esercizio ferroviario, il nuovo treno destinato alla linea Brescia-Parma è stato fermato a partire dallo scorso Autunno per problemi tecnici. Il motivo riguardava il sistema del segnalamento ferroviario sulla linea che ho appena citato, la quale ha un’infrastruttura vecchia.

Figura 8: ATR.803.005 “Colleoni” (IlPortaleDeiTreni.it, autore Franco Fraglia, 2022)

Fino alla fine del 2022 i nuovi treni la società del trasporto ferroviario della Lombardia aveva bloccato le consegne ed i pagamenti al costruttore Stadler. Nel frattempo sulla linea Brescia-Parma erano tornati a circolare le vecchie Automotrici FS ALn 668 costruite in diverse tipologie dal 1954 al 1983. Dall’inizio del 2023, i nuovi convogli ibridi hanno ripreso la circolazione.

Video 3: Il ritorno dei nuovissimi treni Colleoni di Trenord in servizio sulla Brescia Parma (YouTube, autore “Fede trains”, 2023)

I treni lombardi fermi non sono gli unici convogli ibridi italiani. Negli ultimi anni è stato progettato un nuovo convoglio.

Si tratta di un elettrotreno costruito da Hitachi Rail per Trenitalia (Gruppo FS Italiane) che entrerà a far parte di diverse flotte regionali italiane. Il nome scelto è “Blues”, continuando la serie di convogli con nomi dedicati ai generi musicali dopo Rock (in Lombardia è chiamato Caravaggio), Pop (Donizetti in Lombardia), Jazz e Swing.

Hitachi Blues è il primo treno ibrido tri-modale: la trazione è garantita dal pantografo con contatto alla linea aerea, da un motore diesel e da batterie elettriche. I convogli sono disponibili in due versioni, con tre casse per un totale di 219 posti e con quattro casse dove possono prendere posto 300 passeggeri.

Qui sotto il video della presentazione del treno avvenuta lo scorso Autunno.

Video 4: La presentazione del treno regionale “Blues” a InnoTrans 2022 (YouTube, autore FS-News, 2022)

Su tutti i convogli attualmente in costruzione, i componenti di trazione (batterie elettriche e motore diesel) sono posizionati sul tetto del treno (tecnicamente questa parte si chiama “imperiale”). Grazie a questa scelta è stato possibile ricavare più spazi per i passeggeri.

Figura 9: HTR.412.00-003 “Blues” (IlPortaleDeiTreni.it, autore Mario Serrano, 2022)

Ad oggi sono in costruzione i primi 79 convogli sui 135 commissionati da Trenitalia. Questa sarà la diffusione:

Valle d’Aosta: 4 treni	Friuli Venezia Giulia: 14 treni
Toscana: 11 treni	Lazio: 3 treni
Calabria: 13 treni	Sicilia: 22 treni
Sardegna: 12 treni

Tabella con le prossime consegne del treno Hitachi Blues

L’ultimissima frontiera nel trasporto ferroviario ed attualmente ancora allo studio è il treno ad idrogeno. La tecnologia è la stessa che si può trovare nelle automobili ed autobus ovvero l’idrogeno reagisce con l’ossigeno per produrre energia elettrica.

Oggi esiste un solo progetto di treno a celle a combustibili e si tratta del “Coradia iLint – Hydrogen Fuel Cell Train” in Germania. La sigla “Lint” è un acronimo dalla lingua tedesca per “Leichter Innovativer Nahverkehrstriebwagen” e significa “automotrice per servizio regionale leggera e innovativa”. Il convoglio, progettato dal gruppo industriale francese Alstom, è composto da due carrozze con capienza totale per 320 persone. È entrato in servizio a Settembre 2018 su una linea ferroviaria tedesca di 100 chilometri che attraversa le città di Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde e Buxtehude.

In Italia da un paio d’anni diversi forum e tavole rotonde sulla sostenibilità ambientale citano l’idrogeno come fonte rinnovabile per il trasporto pubblico locale quindi autobus e treni. Questo gas però ha lo svantaggio di aver un costo molto elevato e necessita grandi aree per lo stoccaggio.

Anche se i costi sono elevati due regioni italiane stanno scommettendo sull’idrogeno: si tratta della Lombardia e della Sicilia.

In Lombardia dal 2021 è partito il progetto “H2iseO Hydrogen Valley” attraverso la creazione di un sistema di stoccaggio e mobilità sostenibile in Val Camonica totalmente ad idrogeno. Il programma vedrà l’introduzione di 40 autobus in Val Camonica e 14 treni ad idrogeno sulla linea Brescia-Iseo-Edolo a partire dalla prima metà del 2024.

Invece, in Sicilia, grazie ai fondi del PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza), è attualmente aperto un bando di gara con l’obiettivo di trovare un operatore economico per fornire, mettere in servizio e gestire 15 treni ad idrogeno per una durata di 96 mesi da adibire alla linea Catania Borgo-Riposto.

In conclusione questo è l’approfondimento del mio articolo sui veicoli ad idrogeno.

Mobilità

La risorsa dell’idrogeno nel trasporto privato e pubblico

Questo articolo vuole mettere in evidenza come l’idrogeno può essere un’alternativa nella mobilità

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10 giugno 202121 gennaio 2023

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Fonti

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• AutobusWeb.com – Sono arrivati a Milano i primi Citaro C2 hybrid (Autore “Admin”, articolo del 15 Dicembre 2022)
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• BS-News.it (Brescia News) – Regione, dopo i problemi tecnici tornano i Colleoni e nel 2023 arrivano 50 nuovi treni (Autore “Redazione BS-News.it”, articolo del 4 Gennaio 2023)
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• Corriere della Sera. Edizione Milano (milano.corriere.it) – Trasporti puliti, Atm lancia gli autobus all’idrogeno. Investimento di 10 milioni per mezzi a impatto zero (Autore Armando Stella, articolo del 21 Ottobre 2013)
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• Ferrovie.it – Ferrovia Circumetnea lancia una nuova gara per treni a idrogeno (Autore Gabriele Lepore, articolo dell’11 Gennaio 2023)
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• Ferrovie.it – ATR 803 di FNM: in corso le prove di omologazione (Autore “Redazione”, articolo del 19 Marzo 2021)
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• Video 2: YouTube, autore FNM Group, 2021
• Video 3: YouTube, autore “Fede trains”, 2023.
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• Wikipedia Italia – Automotrice FS ALn 668
• Wikipedia Italia – Autotreno ATR 803
• Wikipedia Italia – Elettrotreno BTR 813
• Wikipedia Italia – Elettrotreno multi-alimentazione
• Wikipedia Italia – Hitachi Blues
• Wikipedia – Toyota Prius
• YouTube.com – Coradia iLint von Alstom. Der erste Wasserstoffzug der Welt: Vorstellung und Mitfahrt (Autore “Gruenderla”, video del 12 Luglio 2019)
• YouTube.com – Il primo viaggio di prova del treno ibrido Blues: dalla fabbrica ai binari della Toscana (Autore “intoscana”, video del 4 Marzo 2022)
• YouTube.com – Treni: parte il Blues a Palermo, primo ibrido in Sicilia (Autore “QuotidianoNazionale”, video del 20 Dicembre 2022)

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