Scelta di un motore elettrico – Di Marco Giudici

A fine 2014, durante un incontro con progettista e costruttore del daysailer in legno da 7.80 metri che nasceva da una mia idea, cominciammo a valutare con maggiore attenzione, visto che la barca era quasi terminata, il problema motore.

In fase iniziale di progetto eravamo già partiti con l’idea di un motore elettrico, giustificata dal fatto che per una barca pensata per i grandi laghi europei la scelta era quasi obbligata viste le restrizioni tedesche, l’idea originale di un fuoribordo elettrico in pozzetto, pratico e di semplice utilizzazione, si scontrava con motivazioni principalmente di carattere estetico, ma in seconda battuta anche di praticità.

Avendo il Cantiere Ernesto Riva già montato in passato un motore elettrico su uno Skerry 30 restaurato decidemmo di iniziare a perlustrare possibilità alternative e fui nominato responsabile di trovare la migliore soluzione.

Cominciai a navigare su internet alla ricerca di fornitori e così facendo mi addentrai in un mondo a me assolutamente sconosciuto.

Conoscevo i motori elettrici fuori bordo, dai più piccoli usati principalmente come ausiliari per barche usate per la pesca sui laghi a quelli usati su tender o piccole barche a vela, ma il resto era un mistero.

Decisi pertanto di recarmi a Dusseldorf, al salone nautico di fine gennaio, per andare a vedere di persona cosa offriva il mercato tedesco e parlare direttamente con i produttori per avere le loro opinioni che mi aiutassero nella scelta.

Da qualche anno la Germania ha di fatto vietato, per motivi ambientali, l’utilizzo di motori a combustione interna sulla gran parte delle sue acque interne, è nato pertanto un mercato che ha portato allo sviluppo di una produzione dedicata.

Arrivai a Dusseldorf con poche idee base e tanta curiosità, quello che avevo imparato nel frattempo era:

‐ I motori elettrici potevano essere sia con line ad’asse, che con il sail‐drive, entrobordo esattamente come per i motori diesel, ed in più esistevano i Pod, ossia motori esterni alla barca, oltre i già citati fuori bordo
‐ Le batterie potevano essere al litio o AGM

I Pod sono motori elettrici, contenuti in un bulbo ovviamente stagno, direttamente collegati ad un’elica, attaccati sotto alla barca tramite un corto supporto ed alimentati tramite un cavo, unico passaggio attraverso lo scafo oltre ai perni di fissaggio, in pratica spostando il motore all’esterno si guadagna spazio dentro e si risolvono i problemi di raffreddamento. E si, anche i motori elettrici scaldano e numerosi modelli richiedono un impianto di raffreddamento ad acqua a circuito chiuso.

Parlando con quasi tutti i numerosi espositori ampliai le mie conoscenze e tornatoa casa mi misi a studiare le loro documentazioni arrivando alle seguenti conclusioni:

‐ Dimenticare il concetto di potenza come parametro esclusivo di dimensionamento di un motore, nell’elettrico preferiscono parlare di spinta, quindi non più tot cavalli, ma tot chilogrammi di spinta e/o kW
‐ Ogni costruttore da una personale equivalenza tra un motore a combustione interna ed un elettrico ed il rapporto, pur con qualche piccola variazione, è intorno a 1 kW per ogni 2 cavalli, nella realtà della fisica 1 kW equivale a 1,36 cavalli, ma i motivi del rapporto 1:2 li vedremo tra poco
‐ Tutti consigliano le batterie al litio, nome generico che in realtà nasconde differenze anche sostanziali tra i diversi tipi di batterie al litio, differenze che poi si notano maggiormente quando si vedono i prezzi, in alternativa, ma come seconda scelta, batterie del tipo AGM
‐ Purtroppo non tutti motori sono utilizzabili in acqua di mare.

Vediamo di capire la differenza sostanziale tra un motore elettrico ed uno tradizionale, alla base del sistema di equivalenza usato dai costruttori, si tratta della coppia, citando Wikipedia “La coppia motrice è il momento meccanico applicato dal motore a una trasmissione”, la coppia di un motore elettrico è già massima all’avviamento del motore, quindi da pochissimi giri, mentre in un motore a combustione interna
la coppia massima si ottiene ad un certo numero di giri, più elevato nei benzina e meno nei diesel, questo regime di rotazione è l’incirca quelli che si identifica con la velocità di crociera, il motore elettrico spinge da subito.

Questa capacità di spinta immediata si traduce in un grande spunto che permette di muovere subito la barca e porta i costruttori dei motori elettrici a fare l’ottimistico rapporto 1:2 anziché 1:1,36, purtroppo vedremo che ciò che scrivono nei documenti commerciali non lo mettono in pratica.

Altro motivo che giustifica in parte il rapporto 1:2 è la totale assenza di sistemi ad ingranaggi di riduzione del numero dei giri, i motori elettrici, eccetto i sail‐drive che comunque hanno solo una coppia di ingranaggi conici per un rinvio a 90° e nessuna riduzione, non necessitano del riduttore per portare il numero di giri del motore a quello richiesto dall’elica, e senza ingranaggi la potenza disponibile non viene minimamente dispersa, è tutta disponibile.

Se ci aggiungiamo che non esiste neppure l’invertitore per passare da marcia avanti a marcia indietro e che non ci sono pompe o cinghie o alternatori od altro attaccato al motore possiamo capire come il sistema, da un punto di vista di efficienza e semplicità meccanica sia veramente semplice e semplice significa anche costi produttivi e manutentivi inferiori.

Però il motore è solo uno dei componenti di un sitema di propulsione elettrico che in realtà è composto come segue:
‐ Motore;
‐ Sistema di controllo del motore, ossia l’apparecchiatura elettronica che permette di variare i giri del motore;
‐ Batterie che alimentano il motore;
‐ Sistema per ricaricare le batterie;
‐ Sistema per visualizzare lo stato di carica delle batterie e informazioni sul consumo istantaneo e/o sull’autonomia residua;
‐ Comando del motore, analoga alla leva del comando di tutti i motori, marcia avanti folle marcia indietro e regolazione dei giri.

Del motore qualcosa abbiamo accennato, inutile addentrarsi in specifiche teniche più dettagliate, l’importante è capire che da solo non funziona. Serve il sistema di controllo, in pratica il modo per farsi si che il motore cambi numero di giri quando noi azioniamo il comando a leva, quel sistema che gli fa erogare più potenza, che gestisce l’alimentazione elettrica, viene normalmente quotato con il motore per cui non ne percepiamo il costo, ma di certo è un elemento indispensabile.

Batterie di alimentazione, qui sono caduto in un ginepraio che vi evito volentieri e che sintetizzo in due righe per poter poi andare a fare altre valutazioni:
‐ Batterie di tipo AGM;
‐ Batterie al litio, pesano un terzo e costano più del triplo delle AGM a parità di dimensionamento.

Le AGM, e cito quando scritto da uno dei produttori più noti “sono realizzate al loro interno con piastre di tipo piombo calcio nelle quali è avvolto un materiale assorbente imbevuto di acido; tale tecnologia permette all’elettrolito di evaporare durante la fase di carica e scarica (ossia quando la temperatura all’interno aumenta), al termine della quale le bollicine prodotte si rimescolano con l’acido portando la batteria a mantenere un rendimento efficiente. Per quanto riguarda l’utilizzo nei servizi la tecnologia AGM è adatta in quanto idonea e poco delicata nel sopportare numerosi cicli di scarica profonda.”, ad una lettura da non addetto ai lavori sembrerebbero molto interessanti ed adatte, certo sono grosse e pesanti, ma hanno costi inversamente proporzionali.

Le batterie agli ioni di litio, ne esistono di diversi tipi, per quanto mi è stato possibile capire hanno caratteristiche superiori, sono leggerissime, sono il massimo possibile per questa applicazione, ma il costo è veramente alto, rappresenta ben più del 50% dell’intero impianto.

Non sono comunque esenti da difetti, quali una vita limitata sia che le si utilizzi o no oppure il rischio di esplosione in particolari condizioni, insomma non proprio la perfezione assoluta, in pratica solo un’attenta analisi costi benefici può far prendere la decisione su quale tipo scegliere. Vedremo tra poco cosa ci hanno offerto.

La scelta della batteria si porta dietro quella del carica batteria, non tutti i carica batteria possono caricare ogni tipo di batteria e si da il caso, o per lo meno questo è ciò che ho visto, al maggior costo delle batterie al litio si accompagna anche un maggior costo del relativo carica batteria, circa il doppio, come dire che piove sul bagnato.

Il sistema di controllo dello stato delle batterie, autonomia, consumo istantaneo ecc ecc ecc si presenta come un display, più o meno avanzato, che in alcuni caso include un GPS per il posizionamento o altre funzioni più o meno utili, in un mondo ormai APP dipendente esistono ovviamente sistemi gestibili via wifi da smartphone o table e chi più ne ha più ne metta, comunque alla fine ovviamente più sono accessoriati più costano.

Il comando, nelle sue varie interpretazioni, è molto simile ad un normale monoleva, semplificato dal fatto che non servono i due cavi che comandano acceleratore ( pompa iniezione ) e invertitore, ma è collegato con un cavo elettrico al sistema di controllo del motore, sono quindi piccoli e morbidi nell’azionamento e non mi stupirei se qualcuno li facesse comandabili dal telefono.

Arrivato a questo punto nella mia conoscenza di un impianto di propulsione elettrica per una barca a vela sono andato a mettere il naso nel concetto della tanto sbandierata scelta ecologica che tutti i produttori evidenziano ed ho trovato, frugando su blog e forum vari, anche qualche lato oscuro o poco evidenziato.

Di certo un motore a combustione interna, benzina o diesel, emette gas di scarico che nel caso della propulsione delle unità da diporto viene miscelata con acqua e scaricata in acqua, e ciò non è il massimo, si aggiunga che questi motori non sono dotati di tutte gli apparati di riduzione degli inquinanti, ad esempio le marmitte cataliche, che si usano nei motori da auto o camion, a ciò dobbiamo inoltre aggiungere che
essendo lubrificati contengono olio che deve essere smaltito correttamente per evitare inquinamento ed infine che gli sversamenti in acqua di combustibile ed olio sono sempre possibili.

Quindi viva il motore elettrico che non fa fumo, si certo, ma alcuni distinguo vanno fatti, il motore non fuma, ma la centrale che produce l’energia elettrica si, e l’energia prodotta dalla centrale, vuoi per perdite delle linee che di trasformazione che altro, non entra tutta nelle batterie, i più pessimisti dicono che ne entra la metà, se così fosse il motore consumerebbe, in un bilancio energetico, il doppio e quindi la sua connotazione ecologica ne risulterebbe pesantemente compromessa, a questo va aggiunto lo smaltimento delle batterie esauste, il costo ambientale per la produzione delle batterie e chi più ne ha più ne metta, insomma non è un sistema così ecologico che come sembra al primo approccio, purtroppo.

Perché purtroppo? Perché se fosse veramente ecologico si riuscirebbe a passare più a cuor leggero sull’aspetto costi di acquisto, la propulsione elettrica ha ancora un costo molto elevato rispetto all’equivalente motore diesel ed entriamo un po’ nei dettagli.

Ho fatto una decina di richieste di preventivo, a cui hanno risposto solo in sei, con le seguenti specifiche:
‐ Barca a vela lunga 7.80;
‐ Carena moderna con appendici moderne;
‐ Dislocamento a pieno carico 1500 kg;
‐ Velocità massima 5 nodi;
‐ Autonomia 3 ore ad una velocità di crociera di 4 nodi;

Quanto sopra lo si ottiene con un fuoribordo 4 tempi 4 cavalli e con un serbatoio esterno da 6 litri per un costo intormo ai 1.500 €

Le offerte ricevute erano 4 per motore entrobordo con linea d’asse (non quotata in nessuna delle offerte) e due per Pod. In tutti i casi è stato offerto un motore da circa 4 kw (quindi l’equivalenza 2kw = 4 cv presente su brochure e siti è saltata).

Vediamo i prezzi:
‐ Motore da poco meno di 4.000 € a poco più di 5.000 € (perché prezzo cantiere scontato del 30%), incluso il controllo della potenza;
‐ Gruppo batterie al litio da quasi 5.000 € a poco meno di 8.000 €;
‐ Relativo carica batterie intorno ai 1.000 €;
‐ Gruppo batterie AGM da circa 800 € a 1.200 €;
‐ Relativo carica batterie intorno ai 500 €;
‐ Elica bipala abbattibile, offerta solo da un fornitore, 545 €;
‐ Quadretto controllo, quotato a parte solo da un fornitore, modello base 220 €;

Alcuni hanno quotato i connettori delle batterie, alcuni 3 metri di cavo, insomma offerte non proprio omogenee, nessuna assolutamente completa, tutte IVA trasporto e montaggio esclusi.

Ovviamente per ricaricare le batterie serve un minimo di impianto 220 v con presa da terra e/o pannelli solari con relativo controllo della carica, in caso di Pod il montaggio è piuttosto semplice, ma in caso di motore entrobordo c’è comunque da installare una linea d’asse, i motori entrobordo richiedono in alcuni casi il raffreddamento e quindi presa mare e scarico fuoribordo, alcuni Pod possono essere usati in acqua di
mare solo per brevi periodi e di sicuro mi dimentico qualcosa.

Insomma c’è di che pensarci su molto bene, i prezzi sono molto elevati, il risparmio sul costo carburante, parliamo di una piccola barca a vela che si pensa debba fare al massimo qualche decina di ore l’anno, non lo giustifica, la durata delle batterie è una spada di Damocle sulla testa dell’armatore, il bilancio ecologico dell’operazione non è così drasticamente sbilanciato a favore dell’elettrico anche senza tenere conto del
costo ecologico di produzione e smaltimento delle batterie.

A mio giudizio, e sarei ben contento di prendere una cantonata, certi costi sono davvero eagerati, vuoi perché la nascente “moda” ecologica nella nautica porta i produttori a tenere molto alti i prezzi di motori che per altre applicazioni venderebbero normalmente a metà prezzo, vuoi perché la tecnologia delle batterie è ancora non dico all’età della pietra, ma forse a quella del ferro diventa difficile, e mi riferisco al
caso preso in esame, fare una scelta elettrica.

Diversamente un fuoribordo elettrico, con la batteria incorporata, ma staccabile per portarsela a casa e ricaricarla, magari con l’aiuto di un paio di pannelli solari, pur costando circa il doppio di un equivalente a benzina potrebbe ancora avere un senso ed essere una via percorribile.

Navigando su internet ho visto che la scelta della propulsione elettrica è stata fatta su grossi catamarani, e qui la trovo più corretta, innanzitutto la componente propulsione elettrica sul costo totale di una di queste barche incide percentualmente meno che su una piccola, lo spazio dove mettere i banchi di batterie non manca, ed inoltre un grande catamarano che naviga piuttosto velocemente è in grado, montando alcuni tipi di motore, di sfruttarli come idrogeneratori e da più parti si legge che 45 minuti di ricarica a circa 6/7 nodi corrispondono ad una autonomia di 10 minuti.

Non sono in grado di tirare conclusioni per applicazioni diverse da quella che abbiamo analizzato con attenzione per la nostra barca, noi abbiamo deciso di non montare la propulsione elettrica fondamentalmente per ragioni economiche, legate sia al tipo di utilizzo che al rapporto tra il costo di un pacchetto completo ed il costo complessivo della barca che, non dimentichiamo, è una piccola barca a vela con motore ausiliario.

Alcuni link:
http://www.torqeedo.com/en
http://www.kraeutler.at/home.html
http://www.tema.hr/it/
http://www.mastervolt.it/
http://oceanvolt.com/
http://www.bellmarine.nl/
http://www.electricyacht.com/