Simulazione CFD del fronte di fiamma in un motore CHP a idrogeno: i quattro istanti (CAD 710°-722°) mostrano la propagazione della combustione nella camera.
La domanda è precisa quanto scomoda: fino a che percentuale di idrogeno può operare un motore per la cogenerazione senza alterare la modalità di combustione? Non è una questione teorica: è il confine operativo che determina la fattibilità tecnica di ogni piano di transizione energetica basato su impianti CHP esistenti.
2G Italia e il Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano hanno deciso di affrontarla con un progetto di ricerca congiunto. La collaborazione coinvolge due gruppi di ricerca del Politecnico: ICEG (Motori a Combustione Interna) e GECOS (Sistemi di Conversione dell’Energia).
Il progetto si intitola “Idrogeno e alimentazione dual fuel nei motori a combustione interna: applicazioni e limiti nei trasporti pesanti e nella cogenerazione” e ha un kick-off meeting entro fine mese presso il quartier generale di 2G Energy AG a Heek, in Germania.
Come funziona la simulazione numerica dei motori CHP con idrogeno
Il cuore del progetto è lo sviluppo e l’applicazione di modelli avanzati di simulazione numerica da parte del gruppo ICEG. L’obiettivo è triplice: ottimizzare il funzionamento del motore in diverse condizioni operative e composizioni di combustibile; analizzare l’impatto di differenti tipologie di biogas e del blending con H2 su prestazioni, emissioni e affidabilità; determinare il limite massimo di idrogeno utilizzabile senza alterare la modalità di combustione.
Quest’ultimo punto è il più critico dal punto di vista ingegneristico: la velocità di fiamma dell’idrogeno è circa sette volte quella del gas naturale, e gestire questa differenza in un motore a combustione interna richiede un riadattamento preciso dei parametri di iniezione, anticipo e carica.
La piattaforma tecnologica di 2G – già progettata per operare con gas naturale, biogas, idrogeno puro e miscele – costituisce il riferimento applicativo del progetto. L’azienda, fondata nel 1995 e con sede a Heek, ha installato a oggi più di 10.000 impianti in oltre 60 Paesi, fatturando 375 milioni di euro nel 2024 con circa 1.000 dipendenti.
È tra i primi produttori al mondo ad aver sviluppato sistemi CHP operativi al 100% a idrogeno. In Italia, attraverso la filiale 2G Italia con sede a Vago di Lavagno, in provincia di Verona, conta oltre 300 motori installati nei settori agricoltura, industria e servizi.
Dual fuel e biogas: il ruolo delle miscele nella transizione graduale
Una parte significativa dell’analisi riguarda le miscele con biogas. Nel breve periodo, il blending rappresenta la strada più percorribile per avvicinare gli impianti esistenti a combustibili a minore impatto climalterante senza compromettere l’operatività.
La ricerca valuterà come variano prestazioni e affidabilità al variare della composizione del biogas, parametro che in applicazioni reali dipende dalla fonte (digestione anaerobica, discarica, reflui agroindustriali) e può influenzare significativamente il comportamento del motore.
“La collaborazione con 2G Energy consentirà di consolidare ulteriormente i nostri approcci modellistici per la simulazione dei motori in una configurazione molto differente rispetto ai propulsori tradizionali”, ha dichiarato il prof. Gianluca D'Errico, Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, docente del corso di Internal Combustion Engines.
Christian Manca, CEO di 2G Italia, ha sottolineato come l’impegno nel progetto dimostri “la volontà di essere parte fondante e costruttiva di una transizione energetica graduale e quindi sostenibile”.
Valutazione economica e ambientale: LCA, Levelized Cost e TCO
A conferma della vocazione applicativa della ricerca, i risultati saranno valutati non solo su base tecnica ma anche economica e ambientale. L’analisi LCA (Life Cycle Assessment) quantificherà l’impatto ambientale delle soluzioni lungo l’intero ciclo di vita; il Levelized Cost confronterà il costo dell’energia prodotta con alternative a basso impatto; il TCO (Total Cost of Ownership) fornirà indicazioni operative per sistemi CHP flessibili ad alta domanda termica ed elettrica.
Questo approccio multicriterio è coerente con il contesto in cui operano i clienti industriali: la decisione di investire in impianti di cogenerazione compatibili con H2 richiede una valutazione che misuri la sostenibilità economica nel lungo periodo, non solo le prestazioni tecniche.
Visualizzazione delle linee di flusso (streamline) nella camera di combustione a 525,1 CAD: le velocità, mappate tra 0 e 50 m/s, rivelano la struttura turbolenta del moto carica-combustibile.
