Locomotive ad idrogeno: prestazioni, consumi e comparazione con alternative. = Hydrogen locomotives: performance, consumption and comparison with alternatives.

Il Parlamento Europeo ha approvato negli anni vari obiettivi per ridurre le emissioni di anidride carbonica ed il perseguimento della neutralità climatica entro il 2050. In questo scenario geopolitico europeo un ruolo da protagonista viene ricoperto del trasporto ferroviario essendo capace di trasportare grandi quantità di merci e persone con un dispendio energetico per unità di massa trasportata relativamente basso. Per rispondere alle richieste della politica espresse anche tramite il “green deal”, si sono sviluppate numerose soluzioni atte ad offrire un’alternativa a basse emissioni per le linee e le aree dove non sia presente l’alimentazione elettrica. Un ambito di notevole interesse per la decarbonizzazione è quindi quello degli scali marittimi, terminali ed interporti dove si ha la convergenza di diversi sistemi di trasporto e dove l’elettrificazione non è consentita per non ostacolare la movimentazione dei carichi sospesi; questo ambito specifiche è definito, per quanto riguarda il settore ferroviario, “ultimo miglio”. Il contesto dell’ultimo miglio non vede però ancora una sicura alternativa al tradizionale motore endotermico alimentato a gasolio, opzioni possibili possono essere un’alimentazione garantita da sole batterie o un’alimentazione garantita dall’utilizzo di idrogeno. L’obiettivo della tesi è il dimensionamento e successiva valutazione delle performance di una locomotiva la cui sorgente primaria di energia a bordo provenga da idrogeno, tramite celle a combustibile, anche confrontata con un mezzo di pari prestazioni alimentato a gasolio e a sole batterie. Si è provveduto, in prima battuta, alla fissazione dei requisiti per il mezzo di trazione in questione considerando il reale esercizio odierno svolto dalle locomotive in ambito di ultimo miglio e contestualmente considerando anche i requisiti che dovranno essere soddisfatti nel prossimo futuro per far fronte alle nuove direttive in ambito di intermodalità e logistica a livello europeo. A valle della fissazione dei requisiti si è completata l’analisi energetica con relativi rendimenti tank-to-wheel, well-to-wheel e considerando anche gli aspetti exergetici dei tre diversi vettori energetici presi in considerazione appoggiandosi a pubblicazioni scientifiche in abito trasporti e ferroviario. Per il dimensionamento della locomotiva si è proceduto con l’integrazione tabellare costruendo un simulatore per la valutazione della potenza e dell’energia richiesti da una locomotiva merci considerando tutti i fattori che concorrono alla definizione della resistenza al moto del mezzo ferroviario. Sono quindi stati ipotizzati diversi profili di missione che compongono le diverse attività svolte nella giornata di lavoro del mezzo ferroviario considerato, i diversi profili di carico sono stati considerati secondo una media ponderata per l’identificazione del reale fabbisogno energetico necessario nel turno di lavoro. Con il fabbisogno energetico ottenuto è stato così possibile valutare l’autonomia e le prestazioni complessive delle diverse soluzioni proposte considerando, oltre agli aspetti di esercizio, anche i temi legati all’approvvigionamento e ricarica della locomotiva, gli aspetti normativi e omologativi e la sostenibilità generale dei mezzi nelle differenti configurazioni. Questa tesi di laurea magistrale pertanto argomenta come la soluzione più efficiente fra quelle considerate per l’alimentazione di locomotive da manovra sia la soluzione ibrida che vede l’impiego di batterie e idrogeno tramite celle a combustibile.