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• ammoniaca
• idrogeno

L’uso dell’idrogeno (H2) rappresenta una soluzione efficace al fine di ridurre le emissioni di gas serra e la dipendenza dai combustibili fossili degli attuali motori a combustione interna.
D’altra parte, se il funzionamento del motore a idrogeno è già stato ampiamente dimostrato, il problema dello stoccaggio a bordo del veicolo di una quantità "ragionevole" di idrogeno, ed in modo economicamente conveniente, non è stato ancora risolto.
I problemi derivano dalla bassissima densità energetica dell'idrogeno, soprattutto in fase gassosa (60 litri di H2 a 200 bar hanno il medesimo contenuto energetico di 3 litri di benzina), con conseguente difficoltà nell'immagazzinarne una quantità tale da garantire un’autonomia accettabile per il veicolo senza avere contenitori con ingombri eccessivi.
Oggi l’idrogeno viene compresso e stoccato 200 o 350 bar, oppure liquefatto mediante raffreddamento criogenico. Tutte queste soluzioni comunque presentano problemi di sicurezza o di costi elevati del processo di raffreddamento. Metodi alternativi di stoccaggio sono quelli basati sull’assorbimento chimico o fisico (idruri metallici o nano tubi in carbonio), ma presentano ancora problemi realizzativi soprattutto col crescere dei volumi di idrogeno da stoccare.
Una soluzione alternativa ai problemi prima elencati è quella di stoccare l’idrogeno sotto forma di ammoniaca (NH3). L’ammoniaca è liquida alla pressione di 8 bar a temperatura ambiente, caratteristica fisica che permette di utilizzare tecniche di stoccaggio molto meno dispendiose ed anche più sicure. L’ammoniaca inoltre contiene il 17% di idrogeno in termini di massa e, a parità di volume, contiene più idrogeno dell’H2 pressurizzato o liquefatto: si ha quindi l’evidente vantaggio di poter diminuire i volumi di stoccaggio.
L’idrogeno può essere ottenuto a bordo del veicolo mediante un processo di reforming catalitico dell’ammoniaca (on-boarding cracking). Probabilmente, però, la miglior soluzione è quella di usare direttamente l’ammoniaca come combustibile principale del motore, con l’aggiunta di una modesta percentuale di idrogeno (dal 5 al 10 % in volume rispetto all'ammoniaca) ottenuto mediante il suddetto processo di on-boarding cracking.
L’idrogeno aggiunto è atto a velocizzare la combustione che altrimenti, con l’utilizzo della sola ammoniaca, risulterebbe troppo lenta. Le caratteristiche di combustione dell'idrogeno e dell'ammoniaca sono infatti complementari: da una parte l’idrogeno è caratterizzato da una alta velocità laminare di fiamma e da una bassa energia di innesco, mentre dall'altra l'ammoniaca ha una bassa velocità di fiamma ed un'alta energia di innesco.
L’attività sperimentale trattata in questa tesi si propone di studiare il funzionamento di un motore bicilindrico di 505 cm3 ad AC alimentato con una miscela di idrogeno-ammoniaca. L’obiettivo è quello di determinare le percentuali minime di idrogeno tali da garantire un funzionamento ottimale del motore in tutti i regimi di velocità e di carico.
L’idrogeno e l’ammoniaca sono iniettati in fase gassosa: a tal fina è stato modificato il sistema di iniezione originale aggiungendo gli iniettori di ammoniaca e idrogeno che si affiancano al sistema di iniezione originale a benzina.
I primi risultati hanno confermato la necessità di aggiungere una percentuale di idrogeno all’ammoniaca per garantire una combustione accettabile. I rapporti idrogeno-ammoniaca ottimali variano con il variare delle condizioni di funzionamento del motore.
Questa attività si inserisce in un progetto di più ampio respiro finalizzato alla realizzazione di un veicolo ibrido del tipo "range-extended" dove il motore endotermico, alimentato con miscela di ammoniaca e idrogeno (quest'ultimo ottenuto a bordo partendo dall'ammoniaca tramite un processo di reforming catalitico), serve a ricaricare le batterie del veicolo stesso.