Sicurezza degli autobus: tra idrogeno e motori ibridi

di Andrea Balduzzi

L’ignoranza è la causa della paura – Timendi Causa est nescire.

Seneca

A Giugno è stata pubblicata la bozza di Linee Guida CNVVF in caso di intervento su veicoli elettrici. Difatti gli interventi di soccorso su veicoli ibridi o elettrici è sempre più frequente. Questo impone la necessità di conoscere le nuove insidie per consentire agli operatori del soccorso di intervenire in sicurezza.

Credere in un mondo libero dall’utilizzo di idrocarburi nei motori potrebbe sembrare un utopia, ma certamente sarà una necessità ambientale nel prossimo futuro!

Utopistico in quanto, allo stato attuale delle conoscenze tecnologiche e scientifiche, si è ancora lontani dall’avere alternative totalmente carbon-free e la ricerca di soluzioni differenti diventa un’esigenza crescente, perché le riserve di petrolio non sono illimitate.

Come asseriva saggiamente George Olah (premio Nobel per la chimica del 1996) «bruciare idrocarburi, materia prima non rinnovabile e a rischio di estinzione è uno spreco: non solo si danneggia l’ambiente, ma si riduce l’approvvigionamento di elementi di base per realizzare i materiali sintetici dai quali si dipende enormemente.».

Quindi, quali sono le alternative ad oggi presenti sul mercato? Come funzionano? Vediamo alcuni esempi.

Autobus ibridi MAN

Gli AUTOBUS IBRIDI MAN sono strutturati sul medesimo telaio di un veicolo tradizionale, la propulsione avviene attraverso un motore Diesel che aziona un generatore elettrico a 650 V trifase, collegato a due motori di trazione e ad una serie di accumulatori a condensatori. I motori elettrici sono collegati all’asse posteriore e sviluppano la coppia necessaria per la trazione del mezzo.

Gli accumulatori recuperano l’energia della fase di frenata per poi restituirla in fase di accelerazione. Per velocità fino ai 30 km/h e accelerazioni contenute il veicolo può funzionare solamente con l’energia degli accumulatori e con i soli motori elettrici, con autonomia fino a 1 km. Quando l’energia degli accumulatori finisce o quando è richiesta una potenza superiore interviene automaticamente il motore Diesel. Questo tipo di veicolo, rispetto ai veicoli tradizionali, si contraddistingue per la presenza di un impianto elettrico con tensione fino a 650 V, molto articolato con componenti e cavi presenti in varie parti del mezzo.

Gli accumulatori sono posizionati sopra il tetto e i motori elettrici nel sottoscocca. Il veicolo si contraddistingue anche per la logica di funzionamento che prevede, in funzione delle richieste di energia, avviamenti e spegnimenti automatici del motore a Diesel. Si ricorda che anche con il circuito in tensione disattivato gli accumulatori posizionati sopra il tetto del veicolo rimangono carichi. I cavi del circuito in alta tensione sono messi in evidenza poiché di colore arancio e giallo/verde e i componenti in tensione sono indicati dall’adesivo giallo con l’indicazione di pericolo per la presenza di alta tensione.

Di seguito alcuni scatti di particolari:

Vano Batterie
Vano motore
Esempio di componenti in alta tensione

Autobus ibridi VAN HOOL

Gli AUTOBUS IBRIDI VAN HOOL, analogamente a quelli precedentemente descritti, sono strutturati sul telaio di un veicolo tradizionale, la propulsione avviene attraverso un motore Diesel che aziona un generatore elettrico a 650 V trifase, collegato a due motori di trazione e ad una serie di accumulatori.

Il motore Diesel rimane sempre acceso durante l’utilizzo del veicolo, regolando il regime di rotazione automaticamente in funzione della potenza richiesta dai motori elettrici. I motori elettrici sono collegati all’asse posteriore e sviluppano la coppia necessaria per la trazione del mezzo. Gli accumulatori sono ricaricati dal generatore trifase azionato dal motore Diesel, inoltre recuperano energia nella fase di frenata, sia attraverso il rallentatore che azionando il primo tratto del pedale freno, per poi restituirla in fase di accelerazione. Questo tipo di veicolo, rispetto ai veicoli tradizionali, si contraddistingue per la presenza di un impianto elettrico con tensione fino a 650 V, molto articolato con componenti e cavi presenti in varie parti del mezzo. Gli accumulatori sono posizionati sopra il tetto e i motori elettrici nel sottoscocca. Si ricorda che anche con il circuito in tensione disattivato gli accumulatori posizionati sopra il tetto del veicolo rimangono carichi.

La peculiarità di questa tipologia di autobus, rispetto a quelli classici, è la complessità del vano comandi: difatti per l’avviamento e lo spegnimento del veicolo si agisce sui pulsanti del quadro comandi con la sequenza di seguito indicata:

AVVIAMENTO SPEGNIMENTO
A – Chiave Posizione 1 D – Spegnimento Motore
B – Attacco Batterie 12 V C – Stacco Tensione elettrica
C – Attacco tensione elettrica B – Stacco Batterie 12 V
D- Avviamento motore A – Chiave Posizione 0

Di seguito alcuni scatti di particolari:

Vano Batterie 12 V. Sulla destra è possibile osservare la leva stacca batterie
Leva stacca batterie: batterie collegate
Leva stacca batterie: batterie scollegate
Vano motore

Autobus a Idrogeno

Gli AUTOBUS AD IDROGENO sono strutturati sul telaio di un veicolo tradizionale e sono dotati di un sistema a Fuel Cell in cui avviene un processo di combinazione fra l’idrogeno e l’ossigeno contenuto nell’aria con produzione di energia elettrica e di vapore acqueo.

La propulsione avviene attraverso un motore elettrico trifase a 380 V collegato all’asse posteriore attraverso un albero di trasmissione. La Fuel Cell può alimentare direttamente il motore elettrico o ricaricare un modulo di accumulatori agli ioni di litio. Il sistema di propulsione consente una frenata rigenerativa che in caso di rilascio del pedale dell’acceleratore o agendo sulla prima parte della corsa del pedale del freno produce energia elettrica inviata al modulo di accumulatori.

L’energia presente negli accumulatori è utilizzata dal motore elettrico quando la Fuel Cell è disattivata. Gli accumulatori possono essere alimentati anche da fonte esterna attraverso il dispositivo di ricarica da alimentare con la corrente di rete trifase a 400 V.

Questo tipo di veicolo, rispetto ai veicoli precedentemente descritti, si contraddistingue per la presenza dei seguenti elementi:

  • N. 2 serbatoi da 150 litri cadauno per l’accumulo dell’idrogeno alla pressione massima di 350 bar, posizionati sopra il tetto;
  • Modulo Fuel Cell posizionato nel sottoscocca in corrispondenza dello sbalzo posteriore;
  • Modulo accumulatori posizionato nel sottoscocca fra i due assi;
  • Impianto elettrico con tensione fino a 450V.

Il processo che avviene all’interno della Fuel Cell è esattamente il contrario all’elettrolisi: quando si scinde l’acqua (H2O) in H2 ed O2 è necessario fornire corrente, invertendo il processo si produce corrente e acqua. L’idrogeno è un gas in grado di essere ionizzato facilmente, perché la sua molecola è costituita da due atomi legati da un legame relativamente debole. ll comburente più usato è l’ossigeno, abbondante, disponibile gratuitamente in atmosfera e in grado di reagire con l’idrogeno dando un prodotto innocuo come l’acqua. Sull’elettrodo positivo (anodo) della cella, saturo dell’ossigeno presente nell’aria, avviene la riduzione dell’ossigeno stesso mentre sul catodo avviene l’ossidazione dell’idrogeno.

Come risultato della reazione, oltre all’energia elettrica e a una certa quantità di calore generati, si ha la produzione di acqua; i due elettrodi sono immersi nell’elettrolita, una soluzione concentrata di idrossido di potassio (KOH), e rivestiti da catalizzatori per aumentare la velocità delle reazioni elettrodiche.

Di seguito alcuni scatti di particolari: