Propulsione Elettrica ad Etanolo Finanziata dalla Regione Toscana / Tuscany approved a grant for Ethanol Electric Propulsion
Il 7 Luglio , La Regione Toscana, nell'ambito del bando "Ricerca e Sviluppo 2012" , ha ammesso al finanziamento, per un ammontare di circa 1.3 milioni di Euro il progetto SPEI – BETA presentato da Green Engineering insieme all'Università di Siena , alla società T.M. di Siena (storico partner di Green Engineering) ed alla società Advanced Catalysts di Pisa.
On July 7th The Tuscany Region approved a 1.3 Million grant to finance the SPEI-BETA project, presented by Green Engineering to the "Research & Development" Regional Financing Scheme 2012.
Coordinatore del Progetto / Project Leader
Partner Scientifico / Scientific Partner
Partner Tecnologici / Technological Partners
SPEI-BETA è l'acronimo di Sistema di Propulsione Elettrica
a Idrogeno tramite conversione autosostenuta di BioETAnolo .
SPEI-BETA in italian is an acronym for "Hydrogen Electric Propulsion System by self-sustaining conversion of Bioethanol ".
Idea concettuale dello SPEI-BETA / SPEI-BETA mobility concept
Origini / Origins
Il Progetto SPEI-BETA nasce dalla consapevolezza che una transizione verso l’uso di risorse energetiche rinnovabili esige lo sviluppo di una strategia energetica articolata, che preveda una fase di analisi degli errori commessi nel passato e la ricerca accurata di soluzioni migliori e più avanzate da un punto di vista culturale, sociale ed ambientale.
Da questa analisi circa 9 anni fa Andrea Macchia (Presidente di Green Engineering) ed il Prof. Claudio Rossi (Professore di Chimica Fisica presso l'Università di Siena) svilupparono l’idea di un motore a idrogeno in grado di superare i limiti che ad oggi ne impediscono l’uso su larga scala. Tale idea fu poi brevettata in un processo chiamato OBHYG (On Board Hydrogen Generation) che rappresenta la base concettuale di SPEI-BETA (vedi figura sopra).
The SPEI-BETA project was born with the awareness that the transiction towards renewable energies needs the develpment of a sophisticated strategy: starting from the analysis of the mistakes made in the past in this field, we have now to obtain better solutions either cultural, social and environmental.
From this assumption about 9 years ago, Andrea Macchia (President of Green Engineering) and Claudio Rossi (Professor of Theoretical Chemistry at the University of Siena) developed and patented the idea of an hydrogen motor able to get over the limits which today do not allow its large-scale use.
From this assumption about 9 years ago, Andrea Macchia (President of Green Engineering) and Claudio Rossi (Professor of Theoretical Chemistry at the University of Siena) developed and patented the idea of an hydrogen motor able to get over the limits which today do not allow its large-scale use.
L'Idea / The Idea
L’idea di base del progetto SPEI – BETA riguarda quindi la realizzazione di un prototipo per un sistema di propulsione in grado di produrre idrogeno da un combustibile liquido rinnovabile quale il “bioetanolo” – ovvero etanolo rinnovabile ottenuto da processi fermentativi di materiale organico, da cui il prefisso “bio” – e di utilizzare l’idrogeno così ottenuto per alimentare un sistema di celle a combustibile, con cui generare energia elettrica per processi meccanici, quali, ad esempio, l’autotrazione.
ll nuovo motore potrà essere
ridotto ad un volume tale da essere collocabile a bordo di un autoveicolo,
consentendo così di sostituire il motore a scoppio tradizionale.
The SPEI BETA Project core idea is the realisation of a prototype of a propulsion system able to produce hydrogen starting from a liquid and renewable fuel such as "bioethanol" - i.e. renewable ethanol obtained from fermentation process of organic material, that's why "bio" - and to use the obtained hydrogen to feed a fuel cell system producing energy for mechanical processes, such as for example the car drive.
The new motor can be reduced up to a volume which can be located in a vehicle, by substituting the traditional combustion engine.
Concetti Chiave / Key Concepts
I vantaggi di tale sistema sono evidenti, perché l’etanolo:
- ha origine da fonti totalmente rinnovabili;
- è un biocarburante liquido che non ha alcun problema di stoccaggio e la possibilità di utilizzare per il rifornimento l’attuale rete di distribuzione dei normali carburanti;
- ha una bassa pericolosità rispetto ai tradizionali carburanti fossili grazie ad un punto di infiammabilità più elevato rispetto al gasolio e alla benzina;
- è molto più sicuro da stoccare anche rispetto allo stesso idrogeno, che invece presenterebbe delle criticità sulla sicurezza nel caso si pensasse di distribuirlo attraverso una rete di distributori e di stoccarlo a bordo degli autoveicoli al posto delle normali benzine;
- ha un costo al consumatore paragonabile a quello della benzina.
The benefits of such system are clear, as the ethanol:
Moreover, we have to note that the CO2 produced during the ethanol reforming reaction does not contribute to its augmentation in the atmosphere, as it just corresponds to the CO2 adsorbed by the plant species used as raw material. The only emissions of this process are so given by the water discharged by the fuel cell, which is moreover re-used.
- originates from totally renewable sources;
- is a liquid biofuel which has no problem of storage and can use the existing distribution network of traditional fuels;
- if compared with the traditional fossil fuels, has a low hazard thanks to a flash point higher than petrol and diesel ones;
- is safer to store, even more than hydrogen, which, on the contrary, could have some critical aspects if we thought to distribute it through the distribution network and store it inside the vehicles
- has a final cost to the consumer not higher than the traditional fuels' one.
Va rilevato inoltre che la CO2 prodotta nella reazione di
reforming dell’etanolo non contribuisce ad un suo aumento in atmosfera in
quanto corrisponde esattamente alla CO2 assorbita dalla specie vegetale da cui l’etanolo
è stato ottenuto. Le uniche emissioni del processo sono pertanto costituite soltanto
dall’acqua di scarico della cella a combustibile che peraltro viene
riutilizzata.
Moreover, we have to note that the CO2 produced during the ethanol reforming reaction does not contribute to its augmentation in the atmosphere, as it just corresponds to the CO2 adsorbed by the plant species used as raw material. The only emissions of this process are so given by the water discharged by the fuel cell, which is moreover re-used.
Il sistema consente pertanto di fare rifornimento di etanolo
tramite la normale rete di distribuzione carburanti; una volta fatto
rifornimento, il sistema converte in continuo il bioetanolo in idrogeno che
viene usato per alimentare una cella combustibile.
La cella a combustibile produce energia elettrica,
utilizzata da un motore elettrico. L’idrogeno prodotto dal sistema non viene
mai stoccato a bordo ma alimenta in continuo la fuel-cell, risultando quindi
intrinsecamente sicuro.
So, the system allows you to refuel through the normal distribution network; then the system continuously converts the bioethanol in hydrogen which is then used to feed a fuel cell.
The fuel cell produces energy power, used by an electric engine. The hydrogen produced by the system is never stocked, but continuously feeds the fuel-cell, being - in such way - intrinsecally safe.
So, the system allows you to refuel through the normal distribution network; then the system continuously converts the bioethanol in hydrogen which is then used to feed a fuel cell.
The fuel cell produces energy power, used by an electric engine. The hydrogen produced by the system is never stocked, but continuously feeds the fuel-cell, being - in such way - intrinsecally safe.
INNOVAZIONI INTRODOTTE CON SPEI-BETA / THE SPEI-BETA INNOVATION
Negli ultimi anni l’Unione Europea - così come altri stati, quali gli Stati Uniti d’America - hanno promosso lo sviluppo di sistemi che nell’ambito del trasporto terrestre (ma anche marittimo ed aeronautico) permettessero :
1) di ridurre i consumi, aumentando le efficienze dei sistemi propulsivi
2) di ridurre le emissioni inquinanti
3) di ridurre l’uso di combustibili fossili, sostituendoli con fonti rinnovabili di energia
4) di limitare la dipendenza energetica da paesi esteri
5) di limitare la spesa verso l'estero per l'acquisto di beni energetici (petrolio, gas …)
During the last years, The European Union - like other countries, such as the United States - have largely promoted the development of mobility models (not only land transport, but also maritime and aeronautical) able to reduce:
1) the consumptions, by increasing the propulsion system effciency;
2) the pollution emissions;
3) the use of fossil fuels, by substituting them with renewable energies;
4) the energy dependence from other countries;
5) the expenses of buying from abroad the energy goods (petroleum. gas...)
Per raggiungere questi obiettivi si sono seguite alcune strade che hanno portato allo sviluppo di tecnologie e metodologie tutte abbastanza indipendenti le une dalle altre, e senza che nessuna di queste riuscisse a “fare sistema” sia con le infrastrutture e le tecnologie attualmente esistenti sia con quelle in fase di sviluppo.
To reach these goals, some solutions have been found which have resulted in the develompent of technologies and models all independent of each other, not connected with the already existing (or "in development" ones) infrastructures and technologies.
Different ideas have been generated, often in competition with each other and with the transportation industry.
Ad esempio, in relazione agli obiettivi sopra citati :
Per l’obiettivo 1 – Si è puntato sull'incremento di efficienza dei motori benzina e diesel, che però sono basati sui tradizionali combustibili fossili, inquinanti e non rinnovabili e sono limitati intrinsecamente dai cicli termodinamici da cui sono stati concepiti (ciclo Otto e ciclo Diesel) .
Per l’obiettivo 2 – Si sono sviluppati motori a ciclo Otto funzionanti con idrogeno liquido, dove però l'idrogeno veniva prodotto in stabilimenti utilizzando energie di origine fossile (non rinnovabile) . Oltretutto questa soluzione presenta molti rischi dovuti alla pericolosità dell'idrogeno, combustibile estremamente reattivo: l’idrogeno immagazzinato a bordo dell'autoveicolo rappresenta un grave rischio per i passeggeri; la rete attuale di distribuzione dei carburanti non è compatibile con l'idrogeno e quindi andrebbe completamente adeguata a questo nuovo carburante; infine anche con una rete di distribuzione adeguata rimarrebbe il problema di un carburante estremamente pericoloso , con enormi rischi durante la fase di rifornimento effettuata spesso dall'utente finale e non da un tecnico specializzato (le stazioni di rifornimento infatti attualmente operano per la maggior parte come self-service, motivo in più per evitare l'utilizzo di combustibili ancora più pericolosi della benzina) .
Un'altra strada percorsa in questo senso è stata quella dello sviluppo delle auto elettriche, dove però l'energia elettrica viene prelevata dalla rete , con due grandi limitazioni :
a) la prima è che l'energia prelevata dalla rete è sostanzialmente originata da fonti fossili (non rinnovabili)
b) la seconda è la necessità di lunghi tempi di ricarica delle batteria a stato solido (dalle 2-3 ore per vetture molto piccole e progettate per brevi autonomie fino alle 8 ore per le autovetture di dimensioni standard dotate di maggiore autonomia)
Per gli obiettivi 3 e 4 – Si sono introdotti i biocarburanti, che hanno l'enorme vantaggio di non richiedere modifiche all'attuale rete di distribuzione dei carburanti , e di non richiedere particolari modifiche ai motori. Il limite di questa soluzione è che non agisce sugli obiettivi 1 e 2 , che invece sono importante al fine di rendere "sostenibile" a livello comunitario l'utilizzo dei biocarburanti .
For example, with reference to the mentioned goals:
Goal 1 - The attention has been focused on the efficiency increase of the benzine and diesel motors, which are however based on traditional fossil fuels, not renewable and polluting; they are intrinsecally limited by thermodynamic cycles from which they originate (otto cycle and diesel)
Goal 2 - Otto Cycle motors running through liquid hydrogen have been developed; the liquid hydrogen was however produced in factories using not renewable energies, comning from fossil fuels. Moreover this solution has all the risks connected with the hydrogen hazard. As a matter of fact, the hydrogen is extremely reactive; once it is stored "on board", it sure represents a serious danger for the passengers. The current fuels distirbution network is not suitable and so it should be completely adapted. We have to take into account that even by using an adjusted network, the hazard problem remains unsolved, with all the huge risk during the provision, which is often made by the end user and not by a specialist (most of the refueling stations are self-service and this is another reason to avoid the use of fuels more hazard than benzine)
We have then tried the solution of electric cars, by drawing the electric power directly from the existing distribution network. This solution has in any way great limitations:
a) the used energy derivates from fossil fuels (not renewable)
b) we need very long times for the solid state battery recharging (from 2-3 hours for small, short-range cars, to 8 hours for standard cars with greater autonomy)
Goal 3 and 4 - Biofuels have been introduced in the market. They sure have the advantage of not requesting a change to the current distribution netowrking. However, the limitation of this solution is that it has no effect on the goals 1 and 2, which are important for the sustainability of biofuels use in the European Union.
La BMW con motore a combustione di idrogeno / BMW with hydrogen internal combustion engine
Questa soluzione consente di bruciare un combustibile molto efficente e con una combustione pulita ma è ancora vincolata ai limiti termodinamici del motore a combustione interna nn fornisce soluzioni al problema della produzione di idrogeno da fonti rinnovabili / This solution allows to burn a very efficient fuel that has low emissions but is still bound to the thermodynamic limits of the internal combustion engine and gives no solution to the issue of how to produce hydrogen from a renewable source
Le auto elettriche a batterie ricaricabili (come la bellissima Tesla, nella foto) sostituiscono il motore a combustione interna con il più efficiente motore elettrico, ma "spostano" il problema della generazione di energia elettrica al di fuori dell'automobile , e sono limitate in termini di autonomia e tempi di ricarica delle batterie / Electric cars with rechargeable batteries (like the beautiful Tesla, pictured) replace the internal combustion engine with the more efficient electric motor, but doing this they are just "moving" the problem of the generation of electricity out of the car, and they are limited in terms of range and charging time of the batteries
Le auto con celle a combustibile ad idrogeno (come la Honda FCX Clarity nelle prime tre foto sopra o la Hyundai FCEV nella quarta foto ) associano i vantaggi del motore elettrico a quelli della conversione a bordo dell'energia chimica in elettrica: tuttavia l'idrogeno necessita di essere stoccato a bordo in condizioni di alta pressione e necessita di una rete di distribuzione dedicata. Infine anche questa soluzione non offre una risposta al problema della produzione dell'idrogeno da una fonte rinnovabile /
Cars with hydrogen fuel cells (such as the Honda FCX Clarity in the first 3 pictures above or the Hyundai FCEV in the fourth picture) combine the advantages of the electric motor to those on board the conversion of chemical energy into electrical energy , however, needs to be stored on board in conditions of high pressure and requires a dedicated distribution network . Finally,this solution does not offer an answer to the problem of producing hydrogen from a renewable source
L’originalità del prototipo che si vuole realizzare con il presente progetto consiste proprio nella possibilità di rispondere contemporaneamente a tutti gli obiettivi strategici indicati inizialmente. L'innovazione consiste essenzialmente nella modalità di generazione dell’idrogeno, che avviene a partire da un biocarburante rinnovabile ed a bordo dell’autovettura, senza la necessità di apporti esterni. L’idrogeno prodotto alimenta direttamente le celle a combustibile atte alla propulsione del motore. Il rifornimento dell’etanolo necessario per la produzione di H2 potrà avvenire nelle normali stazioni di servizio in quanto l’etanolo è un combustibile liquido rinnovabile, facilmente trasportabile e immagazzinabile, che presenta rischi ambientali molto minori rispetto ai tradizionali combustibili fossili di origine petrolifera. Inoltre l’etanolo (o bioetanolo, dove il prefissio bio indica la sua origine rinnovabile) è già oggi uno dei due principali biocarburanti miscelati con i tradizionali combustibili fossili al fine di soddisfare i requisiti della direttiva europea nota come “20-20 by 2020” , ed è quindi un bio-carburante già maturo e già presente negli impianti industriali delle aziende petrolifere (vedi in particolare Direttive : 2003/30 EC - 2009/28 EC - 2009/30 EC ).
The innovation of the prototype we want to realise by this project is just given by the opportunity of reaching all the above mentioned strategic objetives. In other words, the innovation is given by the way of producing the hydrogen, starting from a renewable biofuel directly "on board", without the need of external support. The produced hydrogen directly feeds the fuel cells for the motor prorpulsion. The supplying of the necessary ethanol for the H2 production can be made in the normal service stations as ethanol is a liquid fuel totally renewable, easily transportable and storable, with environment risks much lower than the traditional fossil fuels of petroleum origin. Moreover, the ethanol (or bioethanol, where the prefix bio indicates its renewable origin) is already one of the main biofuels mixed with the traditional fuels to meet the requirements of the European Union known as "20-20 by 2020.
SPEI-BETA prevede anche la partecipazione attiva dell'Istituto di Tecnologia delle Membrane ( ITM ) del Consiglio Nazionale delle Ricerche ( CNR ) , con cui i partner collaboreranno per fare ricerca su nuove tecnologie per la realizzazione del catalizzatore
SPEI-BETA involves also the Institute of Membrane Technology (ITM) of the National Research Council (CNR), with which the partners will work together to do research on new technologies for the realization of the prototype
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SPEI-BETA prevede anche la partecipazione attiva dell'Istituto di Tecnologia delle Membrane ( ITM ) del Consiglio Nazionale delle Ricerche ( CNR ) , con cui i partner collaboreranno per fare ricerca su nuove tecnologie per la realizzazione del catalizzatore
SPEI-BETA involves also the Institute of Membrane Technology (ITM) of the National Research Council (CNR), with which the partners will work together to do research on new technologies for the realization of the prototype
Una Nuova Mobilità Sostenibile / A New Sustainable Mobility
Il sistema consente quindi lo sviluppo di un nuovo modello generale di mobilità sostenibile basato su biocarburanti completamente verdi e su un innovativo sistema di conversione dell’energia chimica in energia meccanica. Il motore “SPEI-BETA” è infatti del tutto compatibile con le attuali politiche di sviluppo de settore biocarburanti. In particolare, grazie ala sua maggiore efficienza rispetto ad un motore a scoppio ed alle sue emissioni nulle, rende i biocarburanti molto più efficaci nella riduzione globale dei gas serra emessi dall’autotrasporto.
We can in such way generate a biofuels-based sustainable mobility model and an innovative conversion system of the chemical energy into mechanical one. The "SPEI-BETA" motor is in fact compatible with the current development policies of the biofuels sector. More precisely, thanks to its higher efficiency and zero emissions, the system makes the biofuels more effective in the global reduction of the greenehouses gases from autotrasport.
Il sistema consente quindi lo sviluppo di un nuovo modello generale di mobilità sostenibile basato su biocarburanti completamente verdi e su un innovativo sistema di conversione dell’energia chimica in energia meccanica. Il motore “SPEI-BETA” è infatti del tutto compatibile con le attuali politiche di sviluppo de settore biocarburanti. In particolare, grazie ala sua maggiore efficienza rispetto ad un motore a scoppio ed alle sue emissioni nulle, rende i biocarburanti molto più efficaci nella riduzione globale dei gas serra emessi dall’autotrasporto.
We can in such way generate a biofuels-based sustainable mobility model and an innovative conversion system of the chemical energy into mechanical one. The "SPEI-BETA" motor is in fact compatible with the current development policies of the biofuels sector. More precisely, thanks to its higher efficiency and zero emissions, the system makes the biofuels more effective in the global reduction of the greenehouses gases from autotrasport.
In conclusione SPEI – BETA rappresenta un netto passo avanti
da un modello di mobilità sostenibile basato su biocarburanti ma ancora
limitato dalle basse efficienze dei motori a scoppio e dalle loro emissioni
nocive dovute al processo di combustione, verso un modello innovativo di
mobilità sostenibile che unisce i vantaggi dei biocarburanti rinnovabili all’efficenza
ed all’abbattimento di emissioni garantito dall’adozione del motore elettrico.
SPEI BETA coinvolge nel progetto una vasta filiera
produttiva che include:
- il settore agro-alimentare per la produzione dei biocarburanti da cui ricavare l’idrogeno
- Il settore della meccanica e della automazione, sia per lo sviluppo del motore che per la sua applicazione
- Il settore della chimica e dei nuovi materiali, per le fasi di reforming catalitico e della purificazione dell’idrogeno dagli altri elementi.
In conclusion, SPEI-BETA is a definite step forward, from a sustainable mobility models based on biofuels but still limited by the low efficiency of the combustion engine and the related harmful emissions, towards an innovative model which couples the benefits of renewable biofuels to efficiency and emissions reduction connected with the electric motor.
Many actors of the production chain are involved in the project:
- the agri-food sector for the biofuels production from which the hydrogen can be obtained
- the mechanical and automation sector, either for the motor development and its application
- the chemistry and new material sector, for the catalytic reforming and the purification of the hydrogen from the other elements.
Il nostro impegno per l'Innovazione e l'Ambiente /
Our committment to Innovation and Environment
Davvero un’ottima notizia non solo per la Green Engineering, che è la capofila del
progetto, e per i partners scientifici e tecnologici coinvolti, ma anche e
soprattutto per l’Ambiente, la Scienza e lo Sviluppo autenticamente sostenibile
dell’economia.
In considerazione infatti delle tematiche affrontate e degli
obiettivi che si prefigge, il progetto SPEI-BETA rientra a pieno titolo fra le
priorità previste dai progetti Integrati di Sviluppo (PIS) del Piano Regionale di Sviluppo 2011 –
2015 per il rilancio della crescita economica, ed in particolare negli ambiti
del Distretto Tecnologico dell’efficienza energetica, delle energie rinnovabili
e della green economy.
That's
a very good news not only for Green Engineering, who is the project
leader, and for all the involved scientific and technological partners,
but also and especially for the Environment, the Science and the true
sustainable Development.
Considering
the key topics and the scopes of the project, SPEI BETA can be fully
included among the priorities of the Development integrated projects of
the Regional Programme 2011 - 2015 for the economic growth, particularly
in the technological District of the energetic efficiency, renewable
energies and green economy.
Siamo felici e orgogliosi di poter dare un serio contributo
alla creazione di un modello di sviluppo alternativo e al tempo stesso convincente
sotto ogni punto di vista. Partecipano al progetto partners di altissimo livello tecnologico e
scientifico : l’Università degli Studi
di Siena, la società T.M. di Siena (storico partner di Green Engineering) e la società Advanced Catalysts di Livorno.
Rifacendosi
alla propria solida base etica e valoriale, Green Engineering da sempre
mira alla creazione di un plus valore non solo aziendale, ma “sociale”
nel senso più profondo del termine, capace quindi di incidere in maniera
significativa sul tessuto socio-economico e di migliorare la qualità
della vita.
Lavoriamo
a questo progetto con l'entusiasmo di chi "fa la cosa giusta" e con il
rigore intellettuale di chi, molto seriamente, mira a risultati concreti
e soluzioni realmente fattibili.
We
are happy and proud to give a serious contribution to the creation of a
new, sustainable model of growth, which is truly convincing from every
point of view.
The other participants of the project are : the University of Siena , the Company T.M. from Siena (an hystorical partner of Green Engineering) and the Company Advanced Catalyst from Livorno.
On
the basis of its ethic and values, Green Engineering has always tended
to the creation of a plus value not only corporate, but deeply
"social", which actually can change the socio-economic context and
improve the quality of life.
We
approach this project with all the enthusiasm of who is just doing "the
right thing", but at the same time with the intellectual rigor of who
want to obtain concrete results end feasible solutions.
