From zero to hero: il primo mega yacht a vela che fa a meno dei combustibili fossili

Cortina d’ampezzo, 9 Febbraio 2023 - In occasione del Superyacht Design Festival, in scena a Cortina d’Ampezzo, Marnix Hoekstra e Bart M. Bouwhuis, i due direttori creativi dello studio di progettazione olandese Vripack, hanno presentato il progetto “da zero a eroe” (from zero to hero).

Il direttore creativo di Vripack, Marnix Hoekstra, ha rivelato questa sera parte del lavoro all'avanguardia che è stato realizzato per questo progetto nonché la missione più ampia di Foundation Zero: è stata creata da un gruppo di investitori, un team di fisici, esperti di informatica e dati, specialisti di batterie assieme agli architetti navali dello studio Dykstra.

Marnix Hoekstra di Vripack, durante la presentazione di "from zero to hero"

Il progetto verte principalmente sullo sviluppo della tecnologia per bilanciare la produzione, lo stoccaggio e la domanda di energia, senza compromettere l'estetica e il comfort della barca.

L’approccio della Foundation Zero è veramente innovativo e rivoluzionario in quanto intende sviluppare e raccogliere dati che saranno condivisi su una piattaforma "open-source" (di pubblico e libero dominio) e, quindi, accessibili a tutti liberamente. È attualmente in fase di sviluppo un sito web della Foundation Zero che conterrà pubblicazioni e dati grezzi da esperimenti non appena questi saranno disponibili.

La volontà del progetto è quindi quella di offrire la possibilità a tutti di cambiare le regole e le connotazioni del progetto nave come finora compreso e “strambare” verso un nuovo tipo di piattaforma navale ad impatto ambientale ridottissimo, sicuramente a emissioni zero in navigazione.

La prima nave che sta nascendo con questo nuovo approccio è un sofisticato yacht a vela di 69 metri attualmente in costruzione nel cantiere olandese Vitters Shipyards, le cui connotazioni principali da un punto di vista dell’indipendenza dai combustibili fossili è legata all’attenzione per il bilancio energetico e la generazione solare e termica dell’energia stessa.

Il bilancio energetico

Per realizzare una barca in totale esclusione di ogni combustibile fossile, l’energia che serve a bordo deve essere prodotta a bordo, inoltre nel periodo tra la raccolta e il consumo è necessario accumularla a gestirla. Al fine di raggiungere un equilibrio accettabile nel mantenimento dell'energia all'interno di diversi scenari operativi, è necessario concentrarsi su ciascuno di questi aspetti. Per “from zero to hero”, nel contesto di uno scenario operativo tipico per questo tipo mega sailing yacht, è stato previsto che la generazione dell’energia necessaria per sostenere i servizi di hotellerie sullo yacht si usi il sole come fonte primaria. La potenza richiesta per la propulsione, invece, deve essere generata attraverso la navigazione. I progettisti hanno infatti affermato che questo nuovo Vitters di 69 metri utilizzerà quali principali fonti di energia la "generazione idroelettrica efficiente" e "calore e raffreddamento solare".

Riguardo alle necessità energetiche di questo “panamax ketch” – ha un piano velico armato a ketch che rientra nei limiti massimi per la navigazione all’interno del Canale di Panama - la potenza necessaria a farlo navigare viene erogata dalle vele, dal vento. Il piano velico di “from zero to hero” con un vento di brezza, sviluppa una potenza equivalente a 1,5 MW (mega watt), all'incirca la stessa quantità di energia generata da una comune turbina eolica moderna di 70 metri di diametro, con le stesse condizioni di brezza. Per raccogliere parte di questa energia e convertirla in energia elettrica di bordo, viene utilizzato un idro-generatore, sostanzialmente una turbina che opera in immersione e converte l'energia cinetica in elettricità. L'idro-generatore opera all’interno di una carenatura disegnata per rallentare i flussi d’acqua per avere un’efficienza ottimale: secondo la “legge di Betz”, conosciuta anche come limite di Betz la massima energia possibile ricavabile tramite un rotore infinitamente sottile, attraversato da un fluido che scorre ad una certa velocità, non può comunque superare  59,3% del potenziale relativo alla massa di flusso che lo attraversa.

Il fabbisogno energetico tipico di uno yacht come "from zero to hero"

Generazione solare elettrica e termica

Nella condizione in cui lo yacht sia all'ancora con poco vento poco vento, la raccolta di energia sostenibile si basa solo sull'energia solare. Oltre alla raccolta di energia solare, l'estetica e la sicurezza giocano un ruolo importante nella strategia di successo del progetto. Per questo è stato scelto di coprire con pannelli solari solo il tendalino e la tuga, l’unico elemento rialzato rispetto al piano di coperta. Superfici limitate che hanno imposto di rendere massima l’efficienza del sistema, catturando quanto più possibile l'energia solare incidente su di esse. Per questo è stata sviluppata un’apposita elettronica che consente di adattare l’esposizione dei pannelli nel modo più favorevole, in modo che le celle fotovoltaiche abbiano sempre il massimo rendimento possibile durante tutto l’arco della giornata ovunque la barca si trovi.  Lo sforzo progettuale è stato inoltre per superare il problema legato alla riduzione di irraggiamento dei pannelli dovuta all'ombreggiamento dato dal rigging: alberi, sartiame, vele e cime per intenderci. Tale approccio ha consentito di aumentare la produzione di energia dal 10 al 20%, a seconda dell'angolo del sole rispetto all’imbarcazione. Inoltre, i pannelli su misura, sono stati sviluppati per raccogliere non solo energia fotovoltaica (FV) ma anche termica (T) dalla stessa superficie. Le celle solari all'avanguardia che verranno montate sulla barca, saranno in grado di raccolgliere circa il 20% dell'energia sotto forma di elettricità e il restante 80% di energia sotto forma di calore (nei pannelli standard viene normalmente dissipato, qui viene invece utilizzato). Tali pannelli nati con questo scopo evoluto, sono progettati e realizzati con un altissimo isolamento termico, tanto che circa il 60% della potenza solare incidente viene resa disponibile sotto forma di calore a temperature di 80-85°C.

Questa elevata temperatura rende l'acqua nei pannelli utilizzabile per il bucato, il bagno e persino per alimentare un refrigeratore ad assorbimento (pompa di calore) da 17kW. L’assorbimento energetico tipico di una nave come “from zero to hero” nell’uso diurno è suddiviso: 47% riscaldamento e refrigerazione; 1% computers; 2% lavatrice; 3% TVs, DVDs, decoders; 3,4% forni; 4% frigoriferi; 13% lavatrici ed asciugatrici; 12% illuminazione e 14% per scaldare l'acqua. Ergo una parte significativa del suo fabbisogno energetico può essere coperta dall'energia termica. L’attenzione verso l’isolamento del ponte e dello scafo, è servita inoltre per ridurre lo scambio termico attraverso le superfici della nave, e ciò ha ridotto la necessità di climatizzazione delle cabine nei climi più caldi e di riscaldamento nella condizione di navigazione in aree più fredde.

È stato possibile ottenere un aumento significativo del valore di isolamento del ponte e dello scafo mediante l'applicazione di circa 30 mm di sughero nelle strutture. Inoltre, l'utilizzo di un additivo che riflette gli infrarossi, verniciato sullo scafo, riduce l'afflusso di calore dovuto al riscaldamento solare senza intaccare la cromia. L’irradiazione di calore attraverso lo scafo viene così ridotta di circa il 20-25%.

Filippo Ceragioli