Motore ad aria compressa

Il motore ad aria compressa è un particolare tipo di motore che sfrutta l'espansione dell'aria fortemente compressa.

L'aria compressa esce da serbatoi a pressione elevata, circa 300 bar. L'espansione dell'aria viene quindi utilizzata per muovere un pistone o una turbina collegati ad un albero.

Un motore del genere è privo di qualsiasi emissione inquinante (non avendo alcun tipo di combustione) e deve essere rifornito con aria compressa. L'aria compressa è utilizzata come vettore di energia; l'inquinamento possibile viene spostato nella produzione di energia che serve a generare il vettore, cioè a comprimere l'aria.

Tecnologia

Un esempio di motore alternativo ad aria compressa per applicazioni automobilistiche è stato messo a punto dall'ingegnere francese Cyril Guy Nègre e presentato al Motorshow di Bologna nel 2001. Il progetto, pur avendo superato alcune sperimentazioni, non ha avuto alcun seguito, secondo alcuni per difficoltà tecniche.

Guy Nègre ha ricevuto proposte di contratti ed è in trattativa con Venezuela, Brasile e altri Stati. Secondo il costruttore le prime auto avrebbero dovuto essere in commercio nel primo semestre 2006, tuttavia il distributore italiano, Eolo Auto, ha dal 2005 chiuso la fabbrica (che non è mai entrata in funzione) e il sito internet. <

L'utilità dell'aria compressa nei veicoli è limitata con le attuali pressioni usate (200/300 bar), ed è spinta al massimo teorico oltre il quale l'aria diviene liquida e quindi non ulteriormente comprimibile. Si hanno densità di energia accumulate molto basse, paragonabili a quelle delle batterie al piombo nei veicoli elettrici.

In fase di espansione, l'aria restituisce un lavoro inferiore a quello speso per la sua compressione. Inoltre il calore che deve essere somministrato al gas per permettere una ottimale espansione ne riduce ancora l'efficienza. Per la compressione si è ipotizzato l'utilizzo di leve vantaggiose che potrebbero comprimere l'aria con una spesa sostenuta di alcuni ordini di grandezza inferiore all'effetto utile ottenuto.

La testata di un motore ad aria compressa è concepita per essere inserita in un telaio più leggero delle normali automobili e, quindi, è minore l'energia che bisogna sviluppare per alimentare il moto; inoltre, il motore ha pochi organi in movimento (e in attrito) che riducono le dissipazioni di calore e l'entropia, ossia la perdita di rendimento meccanico nella trasmissione del lavoro utile dal serbatoio d'aria compressa alle ruote. Il rendimento di secondo principio è molto alto, e ciò significa che il motore funziona pressoché al massimo delle sue potenzialità teoriche (rendimento ideale di primo principio), senza sprecare il lavoro utile prodotto.

I motori a scoppio hanno un rendimento teorico massimo del solo 30%. Non esistono stime affidabili sul rendimento dei motori ad aria compressa. Nègre sostiene che raggiungono un'efficienza addirittura del 70% ma, ad oggi (2007), non esiste una conferma indipendente del suo lavoro ed il dato fornito sembra estremamente improbabile: poiché non esistono miniere di aria compressa, il calcolo dell'efficienza di questo motore deve tener conto anche dei grandi sprechi di energia che si verificano durante la compressione del gas.

Comunque il problema primario dei motori ad aria compressa è la formazione di giaccio nel motore stesso. L'espansione di un gas sottrae calore all'ambiente (i frigoriferi domestici utilizzano l'espansione di un gas per raffreddare la cella frigorifera), l'aria nei motori si raffredda fino a -40 °C e quindi anche una minima presenza di condensa nell'aria produrrebbe del ghiaccio nel motore. Anche utilizzando aria secca non si è in grado di eliminare totalmente la presenza di condensa, riscaldare l'aria fino a farle superare i 0 °C richiederebbe troppa energia e quindi i motori basati su questa tecnologia tendono a bloccarsi nel giro di pochi minuti per la presenza del ghiaccio. Nègre affermò di aver risolto il problema ma non specificò mai come avesse risolto il problema.

Nègre nel 2007 ha stretto un accordo con la società indiana Tata Group, il primo gruppo automobilistico indiano. Il progetto sviluppato con la Tata prevede la realizzazione di un'economica citycar. L'auto dichiara una velocità massima di 50 km/h e un'autonomia massima di 200 km. L'auto secondo il progetto sarà dotata anche di un motore a scoppio per fornire velocità fino a 100 Km/h. Per permettere all'automobile prestazioni decorose il progetto prevede l'utilizzo di una struttura quasi totalmente in fibra di vetro, un materiale economico e leggero ma anche molto fragile. Questa scelta pone seri dubbi sul fatto che l'automobile possa superare i test di sicurezza europei data la fragilità della scocca. La Tata Group prevede la messa in vendita dei primi esemplari nel 2008.

Confronto con altre tecnologie

«Non sono mai stati in grado di dirci i veri rendimenti dell'Eolo»

(Giuseppe Bussotti, presidente e amministratore dimissionario di Eolo Auto Italia)

Con delle bombole in acciaio come quelle usate per il metano si hanno densità energetiche inferiori ai 50 Wh/Kg (Watt per ora al chilogrammo); questo significa che per fare il "pieno" ad una utilitaria servono molti quintali di bombole riempite di aria compressa, con un peso eccessivo.

D'altra parte, se i valori messi in campo dall'aria compressa sono inferiori ai 30 Wh/Kg, allora esistono diverse tecnologie di accumulo dell'energia elettrica che fa uso di coppie Redox, che permettono una ricarica liquida di una batteria in pochi secondi.

Esiste la possibilità che venga sviluppata una tecnologia del carbonio, molto costosa e che potrebbe consentire di avere bombole di peso minore e pressioni leggermente più elevate. In pratica l'auto ad aria compressa potrebbe, al più, competere, in termini di autonomia e rapidità di rifornimento, con l'auto elettrica e non con le auto a combustione.

Vantaggi rispetto all'auto elettrica:

• Ricarica dell'aria veloce
• Assenza di batterie da smaltire

Svantaggi rispetto all'auto elettrica:

• Efficienza complessiva dell'auto ad aria compressa notevolmente inferiore all'efficienza complessiva della corrispettiva auto elettrica.
• Motore da sviluppare.
• Auto da sviluppare.
• Tecnologia limitata come densità energetica immagazzinabile.
• Formazione di ghiaccio sulle condotte a causa dell'espansione dell'aria con conseguente ostruzione delle stesse.
• Efficienza del motore ridotta e dati poco trasparenti in proposito.
• Pericolosità delle bombole in pressione.

L'auto risulta non essere mai entrata in produzione, nonostante presunti interessamenti in tal senso.

Voci correlate

• Cyril Guy Nègre
• Eolo (auto)
• Motore Flex
• Pneumatica
• Veicoli a gas naturale

Collegamenti esterni

• Video Rai TRE
• (EN, FR) Sito ufficiale del progetto francese
• Considerazioni e calcoli secondo l'ASPO (sezione italiana)
• (ES) Sito ufficiale rigurdante la fabbrica MDI
• (EN) Sito riguardante i prototipi di Guy Négre
• Notizie sulla chiusura dello stabilimento italiano