PRESENTAZIONE

L’insegnamento approfondisce le problematiche di maggiore rilevanza e attualità relative ai sistemi propulsivi ad elevata compatibilità ambientale. Inoltre, viene presentata una panoramica approfondita sui combustibili alternativi potenzialmente in grado di sostituire quelli di origine fossile, in particolare per l’applicazione nei motori a combustione interna. Vengono affrontati aspetti normativi, tecnici, energetici, ambientali ed economici, considerando le principali problematiche correlate sia alla produzione che all’utilizzo finale dei combustibili in esame.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento intende fornire agli allievi una conoscenza critica sui sistemi propulsivi ad elevata compatibilità ambientale, fornendo informazioni sulla normativa vigente riguardante le emissioni di gas serra e di inquinanti, analizzandone l’influenza sullo sviluppo dei sistemi di propulsione e dei combustibili alternativi anche in relazione agli aspetti energetici ed economici. A tal fine saranno analizzati alcuni sistemi e tecnologie innovativi per i motori termici a ridotto impatto ambientale, i sistemi di propulsione ibrida (termica + elettrica), l'applicazione delle fuel cell nei sistemi propulsivi. Ulteriori obiettivi riguardano la formazione di una conoscenza critica sui combustibili alternativi e le loro applicazioni, considerando problematiche tecniche, energetiche, ambientali ed economiche; la capacità di analizzare e confrontare combustibili alternativi da utilizzare in motori a combustione interna; la definizione di criteri per la selezione di combustibili/vettori energetici alternativi, con riferimento ai benefici complessivi associati alla loro produzione e utilizzo finale.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La partecipazione attiva alle lezioni e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

• conoscere le principali problematiche relative all’impatto ambientale di motori a combustione interna;
• approfondire ed individuare l’architettura di sistemi propulsivi ad elevata compatibilità ambientale;
• selezionare e analizzare le caratteristiche tecniche di combustibili/vettori energetici alternativi, per un loro rigoroso confronto;
• identificare opzioni realistiche e fattibili per l’utilizzo finale di combustibili alternativi;
• favorire la capacità di lavoro in team, promuovendo la ripartizione dei compiti, la collaborazione e il confronto costruttivo.
• sviluppare autonomia di giudizio e spirito critico attraverso il reperimento, la selezione e l'analisi rigorosa di fonti bibliografiche e della letteratura scientifica.
• sviluppare abilità comunicative nell’esporre concetti ingegneristici complessi e soluzioni tecnologiche avanzate in modo chiaro, sintetico e con un rigoroso utilizzo del lessico tecnico.

PREREQUISITI

È richiesta una conoscenza di base dei motori a combustione interna alternativi.

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento prevede lezioni in aula sugli argomenti indicati nel programma. Potranno essere inoltre organizzate esercitazioni sperimentali e numeriche in laboratorio su specifici aspetti correlati agli argomenti trattati a lezione e/o seminari tenuti da relatori Universitari e/o industriali. Si prevedono inoltre attività guidate di gruppo dedicate all'analisi della letteratura scientifica e allo studio di casi applicativi. Ciascun gruppo proporrà un tema di approfondimento allo stato dell'arte che, una volta concordato con i docenti, sarà oggetto di una presentazione e discussione collegiale in aula.

Gli studenti che abbiano certificazioni in corso di validità per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola Politecnica, Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche e di esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Riduzione delle emissioni di CO2 dei motori termici - Problematiche, quadro normativo e possibili campi di intervento - Concetto di downsizing e tecnologie associate, riduzione delle perdite meccaniche, deattivazione dei cilindri, sistemi di raffreddamento avanzati –  Sistemi di iniezione avanzati per MCI ad accensione comandata e Diesel - Processi di combustione innovativi - Sistemi di controllo delle valvole nei MCI alternativi: sistemi Variable Valve Timing (VVT) e Variable Valve Actuation (VVA), esempi costruttivi, strategie di controllo.

Le emissioni ed il controllo degli inquinanti dei MCI - Procedure normalizzate di prova per i veicoli stradali e limiti di emissione. Sistemi e dispositivi avanzati per il contenimento delle emissioni inquinanti allo scarico e strategie di controllo motore dei sistemi integrati di post-trattamento.

La sovralimentazione dei MCI - Sistemi alternativi di sovralimentazione. Schemi impiantistici avanzati mono e bistadio, recupero dell’energia dal turbosovralimentatore. 

​Combustibili alternativi – Definizioni e classificazioni delle opzioni disponibili (combustibili sintetici, biocombustibili, green/blue/brown fuels, ecc.). Proprietà fisiche e chimiche di combustibili alternativi. Caratteristiche delle miscele aria – combustibile per i combustibili considerati. Problematiche tecniche, benefici e svantaggi di combustibili/vettori energetici alternativi (bio-gas, biocombustibili, metanolo, ammoniaca, idrogeno). Cenni sui metodi di produzione e sui costi di combustibili rinnovabili.

Approcci Well-to-Wheels/Well-to-Wake: definizioni, significato, valutazione dei termini Well-to-Tank e Tank-to-Wheels/Wake. Valutazione delle emissioni di gas serra di combustibili/vettori energetici convenzionali ed alternativi. 

Propulsione elettrica ed ibrida: vantaggi e svantaggi, prestazioni, campo operativo, costi, caratteristiche e tipologie degli accumulatori, configurazioni dei sistemi ibridi, categorie di ibridizzazione, esempi applicativi, bilancio energetico ed emissivo globale, problematiche e prospettive di sviluppo.

Applicazione delle fuel cell nei sistemi propulsivi: generalità sul processo di conversione  elettrochimico, tipologie e caratteristiche delle celle a combustibile, tipologie utilizzate, problematiche operative, prestazioni, sistemi di produzione ed accumulo dell’idrogeno, bilancio energetico ed emissivo globale, esempi applicativi, problematiche tecnologiche e economiche, prospettive di sviluppo.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb. Gli appunti presi durante le lezioni ed il materiale in aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame. 

S. Marelli, V. Usai - “Sistemi Propulsivi e Combustibili Alternativi per una Mobilità Sostenibile” – Appunti del corso. 

P. Richards, Automotive Fuels Reference Book, 3rd Edition, SAE International, 2014.

R. van Basshuysen, Natural Gas and Renewable Methane for Powertrains. Future strategies for a Climate Neutral Mobility, Springer, 2016.

B. Kegl, M. Kegl, S. Pehan, Green Diesel Engines – Biodiesel Usage in Diesel Engines, Springer, 2013.

B. Morey, Future Automotive Fuels and Energy – Technology Profile, Society of Automotive Engineers, 2013.

G. Kalghatgi, Fuel/Engine Interactions, Society of Automotive Engineers, 2014.

R. Edwards, H. Hass, J.F. Larivé, L. Lonza, H. Maas, D. Rickeard, Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context – Well-to-Wheels Report, Version 5, European Commission – Joint Research Centre, Institute for Energy and Transport, 2020.

G. Ferrari, G. D’Errico, A. Onorati, Internal Combustion Engines. Società Editrice Esculapio. 2022.

C.T. Chong, J.H. Ng, Advanced Transport Biofuels. Production, Economics, and Sustainability; Woodhead Series in Bioenergy; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2025.

L.J.M.J. Blomen, M.N. Mugerwa, Fuel Cell Systems, Plenum Press, New York, 1993.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

SILVIA MARELLI (Presidente)

GIORGIO ZAMBONI

VITTORIO USAI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11960/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame è basato su una prova orale con due domande o, in alternativa, su una sola domanda relativa agli argomenti trattati a lezione, unitamente alla valutazione della presentazione di approfondimento sviluppata in gruppo durante il corso. 

Si invitano gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali a contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali e forniscano idonei strumenti compensativi. Si rammenta inoltre che la richiesta di misure compensative/dispensative per gli esami dovrà essere inviata, usando il modulo al seguente link
https://modulionline.unige.it/richiesta-adattamenti#no-back ,
al docente del corso, al referente DIME (federico.scarpa@unige.it) e al settore (inclusione.studenti@info.unige.it) almeno 7 giorni lavorativi prima della prova, come da linee guida presenti al link https://unige.it/disabilita-dsa/richiesta-servizi

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Saranno valutati i seguenti aspetti:

• conoscenza e comprensione degli argomenti trattati a lezione.
• Capacità di confrontare criticamente caratteristiche, problematiche, potenziali benefici, campi di sviluppo ed applicazioni di sistemi propulsivi e combustibili alternativi.
• Utilizzo di un’adeguata terminologia tecnica.
• Capacità nel riprodurre e analizzare semplici schemi tecnici.
• Partecipazione attiva alle lezioni.
• Qualità della presentazione intesa come rigore scientifico della ricerca bibliografica, chiarezza espositiva e capacità di sintesi.

ALTRE INFORMAZIONI

Rivolgersi ai docenti per ulteriori informazioni non comprese nella scheda insegnamento.