I motori indipendenti dal tipo di carburante alimenteranno la prossima era delle costruzioni?

Alcune delle macchine edili più pesanti al mondo sono alimentate da motori Cummins.

In realtà, il percorso da seguire si è rivelato considerevolmente più complesso di quanto previsto inizialmente.

Nel settore dei veicoli fuoristrada, i produttori e i proprietari di flotte si trovano oggi ad affrontare sfide quali le normative regionali, lo sviluppo disomogeneo delle infrastrutture e le applicazioni altamente specializzate delle macchine.

In questo contesto, la flessibilità si sta affermando come tema centrale nella pianificazione a lungo termine dei sistemi di propulsione.

Un concetto che sta attirando sempre più attenzione è quello della piattaforma motore indipendente dal carburante: un'architettura motore comune progettata per adattarsi a diversi tipi di carburante, mantenendo al contempo caratteristiche prestazionali e semplicità di funzionamento.

Jeremy Harsin, Direttore Senior dell'Ingegneria dei Sistemi di Propulsione per Veicoli Fuoristrada presso Cummins, ritiene che questo approccio risponda alle domande poste dal settore delle costruzioni in modo più preciso rispetto a qualsiasi soluzione basata su una singola tecnologia.

"I motori compatibili con qualsiasi tipo di carburante, come il Cummins HELM [High Efficiency Low Emissions, Multiple Fuels], sono progettati pensando alla flessibilità in termini di alimentazione", afferma Harsin. "L'obiettivo è quello di venire incontro alle esigenze dei clienti in ogni fase del loro percorso di sviluppo del sistema di propulsione."

Perché la flessibilità è fondamentale nella produzione di energia fuoristrada

Jeremy Harsin, Direttore Senior dell'Ingegneria dei Propulsori per Veicoli Fuoristrada presso Cummins

A differenza del settore dei veicoli stradali, dove i cicli di lavoro e gli ambienti operativi sono relativamente standardizzati, le attrezzature fuoristrada comprendono un'ampia gamma di tipologie di macchine e condizioni operative. Ciò crea notevoli difficoltà per qualsiasi tentativo di imporre una strategia di transizione universale.

"Il settore dei veicoli fuoristrada è di gran lunga il mercato più complesso e frammentato che serviamo", afferma Harsin. "Solo Cummins serve centinaia di OEM, ognuno con le proprie applicazioni, molte delle quali altamente specializzate."

"Considerati questi fatti, non è realistico presumere che un approccio valido per tutti – o anche solo per la maggior parte – possa essere accettato dal mercato."

Le architetture indipendenti dal tipo di carburante mirano ad affrontare questa sfida integrando diverse varianti di carburante a partire da una piattaforma motore sostanzialmente comune.

In parole semplici, la parte inferiore del motore rimane sostanzialmente invariata, mentre sistemi come la gestione dell'aria, l'alimentazione del carburante e il post-trattamento vengono adattati ai diversi tipi di carburante.

I combustibili presi in considerazione possono includere diesel di nuova generazione, gas naturale, benzina e idrogeno, a seconda della domanda di mercato e della disponibilità delle infrastrutture.

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM), ciò può potenzialmente ridurre la complessità ingegneristica e contribuire a preservare gli investimenti nelle piattaforme delle macchine e nelle configurazioni della trasmissione esistenti.

"L'obiettivo del concept è semplificare la vita dei produttori di apparecchiature originali (OEM)", afferma Harsin, "consentendo loro di utilizzare componenti comuni della trasmissione a partire dal volano".

La sfida infrastrutturale per i combustibili alternativi

Nonostante il crescente interesse per i combustibili alternativi, la loro adozione nel settore edile rimane disomogenea. In molte regioni, la disponibilità di infrastrutture di supporto rappresenta ancora l'ostacolo principale.

"Gli utenti finali si trovano ad affrontare sfide concrete e significative in termini di maturità infrastrutturale, che devono essere risolte per poter implementare efficacemente queste soluzioni in modo significativo", afferma Harsin.

Il motore X15 di prossima generazione sarà costruito sulla piattaforma Cummins HELM.

Aggiunge che la sfida è particolarmente ardua nel settore edile, dove le macchine operano spesso in cantieri temporanei o remoti, con accesso limitato a sistemi di rifornimento specializzati.

Per questo motivo, prevede che l'adozione avverrà inizialmente in ambienti operativi più controllati.

"Gli ecosistemi confinati, come ad esempio i porti marittimi, sono aree potenziali in cui la domanda potrebbe emergere per prima, dato che ospitano una popolazione confinata in un sito dedicato", spiega.

"I cantieri edili in generale, che utilizzano attrezzature più mobili, si troverebbero ad affrontare maggiori difficoltà nella reperibilità di carburanti diversi dal diesel."

Questa realtà è uno dei motivi per cui le tecnologie diesel avanzate, insieme ai biocarburanti rinnovabili e a quelli "drop-in" come l'HVO, continueranno ad avere un ruolo importante in qualsiasi discussione sulla decarbonizzazione.

"Sarà difficile sostituire i motori diesel avanzati", afferma Harsin. "Gran parte delle infrastrutture realizzate in precedenza dipenderanno da apparecchiature alimentate a diesel avanzato".

Le alternative possono eguagliare le prestazioni del diesel?

Per le flotte di macchine edili, gli obiettivi di decarbonizzazione, pur essendo sempre più importanti, difficilmente oscureranno la produttività delle macchine stesse.

Naturalmente, le apparecchiature devono comunque garantire la coppia, la risposta transitoria e i tempi di attività richiesti dalle applicazioni gravose.

Ciò comporta importanti compromessi ingegneristici.

"Se si confronta la curva di coppia massima di un motore diesel di una determinata piattaforma con quella di un motore a idrogeno, si noterà una riduzione delle prestazioni con l'idrogeno", afferma Harsin. "Le applicazioni con elevate aspettative in termini di risposta transitoria saranno difficili da eguagliare per i motori non diesel."

La sfida, quindi, non consiste semplicemente nel rendere possibili carburanti diversi, ma anche nell'assicurarsi che tali carburanti siano in grado di soddisfare i requisiti operativi nel mondo reale.

"Agli utenti finali interessa portare a termine il lavoro", afferma Harsin. "Ci impegniamo per ottimizzare l'esperienza d'uso della macchina durante lo svolgimento di tale lavoro."

Un rappresentante della Cummins incontra un cliente in loco.

Allo stesso tempo, il costo totale di proprietà sta diventando un fattore sempre più importante. Mentre le tecnologie per i combustibili alternativi continuano a svilupparsi, la portata e l'accessibilità economica di queste piattaforme determineranno probabilmente il ritmo della loro adozione su larga scala.

"In definitiva, a prescindere dagli incentivi, le tecnologie devono essere economicamente sostenibili dal punto di vista del costo totale di proprietà (TCO), per garantire che la redditività del proprietario finale rimanga intatta", spiega Harsin.

Cosa devono considerare oggi i produttori di apparecchiature originali (OEM)

L'adozione su larga scala di sistemi indipendenti dal tipo di carburante potrebbe richiedere ancora qualche anno, ma i produttori di apparecchiature originali (OEM) sono già incoraggiati a considerare i futuri requisiti di ingombro durante lo sviluppo di nuove piattaforme per macchinari.

"Dovrebbero tenere conto degli aspetti che potrebbero influenzare le future modifiche al telaio", afferma Harsin. "Il metallo delle macchine pesanti non è facile da sostituire e gli utensili necessari sono costosi."

Sebbene le dimensioni del blocco motore rimangano probabilmente sostanzialmente simili per i diversi tipi di carburante, i requisiti di stoccaggio del carburante possono variare notevolmente.

"Consideriamo ancora una volta il confronto tra il diesel e una soluzione equivalente a base di idrogeno", afferma Harsin. "L'idrogeno richiede un volume del serbatoio circa otto volte superiore a quello del diesel."

Ciò solleva ulteriori interrogativi sull'architettura delle macchine, sugli intervalli di rifornimento e sulla logistica operativa: fattori che i produttori di apparecchiature originali (OEM) dovranno sempre più considerare nella fase di progettazione.

Scelta del carburante, pianificazione della flotta e normative future

Sebbene il termine "indipendente dal carburante" possa implicare l'intercambiabilità, Harsin chiarisce che le singole macchine non sono progettate per passare da un carburante all'altro durante il funzionamento.

L'esperienza di Cummins nel settore dei motori si ritrova in ogni tipo di macchina, dalle pale compatte alle gru pesanti, fino ai camion da miniera.

"Per essere chiari", afferma, "a livello di singola macchina, il concetto di indipendenza dal carburante non si applica. Le piattaforme Cummins HELM offrono soluzioni flessibili in base al tipo di carburante, ma in pratica una macchina non può essere sostituita con un'altra."

Il valore risiede piuttosto nell'aiutare il settore a prepararsi ad affrontare condizioni incerte – sia in termini di regolamentazione che di mercato – nel lungo periodo.

"Questi motori permettono ai proprietari delle flotte di pianificare in anticipo, qualora siano tenuti a rispettare determinati requisiti di mix energetico", afferma Harsin.

Per molti produttori di apparecchiature originali (OEM), queste opzioni a lungo termine diventeranno probabilmente più importanti man mano che la legislazione regionale sulle emissioni si svilupperà a velocità diverse in tutto il mondo.

Una transizione più graduale che un cambiamento improvviso.

Nonostante l'attenzione del settore verso i combustibili alternativi e l'elettrificazione, Harsin non prevede che il mix energetico complessivo del settore edile subisca cambiamenti drastici nell'immediato futuro.

"Nel complesso, mi aspetto che il mix energetico dei prossimi anni rimanga molto simile a quello attuale", afferma, "anche se probabilmente ci saranno delle aree in cui ciò non sarà vero". A tal proposito, cita come esempio la rapida crescita delle pale gommate elettriche sul mercato interno cinese.

In realtà, il settore delle costruzioni odierno si trova in una fase che sembra meno incentrata sulla certezza tecnologica e più sul mantenere aperte diverse opzioni.

In tale contesto, le piattaforme indipendenti dal combustibile potrebbero rappresentare meno una soluzione temporanea e più il riconoscimento che il futuro panorama energetico non sarà dominato da un'unica soluzione.

"Con l'evoluzione e la diffusione delle tecnologie, queste diventano sempre più pratiche da sfruttare nel settore dei veicoli fuoristrada", afferma Harsin, che conclude: "Il nostro obiettivo in Cummins rimane quello di fornire al mercato soluzioni di alimentazione affidabili nel momento in cui sono necessarie".

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Questo articolo è stato prodotto da KHL Content Studio, in collaborazione con esperti di Cummins.

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Tutte le immagini sono fornite da Cummins.

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