Sviluppo e caratterizzazione di un sistema di iniezione diretta di idrogeno per motori dual-fuel diesel/H₂

Dal 2020 il settore dei trasporti è stato profondamente trasformato dalle normative internazionali mirate alla riduzione delle emissioni climalteranti, che hanno individuato nei veicoli elettrici una soluzione primaria per la decarbonizzazione del trasporto stradale. Tuttavia, la complessità della transizione energetica rende necessario affiancare a questa strategia approcci intermedi capaci di ridurre le emissioni senza compromettere prestazioni e affidabilità. In tale contesto, i motori dual-fuel diesel–idrogeno rappresentano una promettente soluzione di transizione, in particolare per i motori ad accensione per compressione. L’impiego del diesel come combustibile pilota consente di innescare la combustione di un secondo combustibile a basso o nullo contenuto di carbonio, quale l’idrogeno, permettendo di mantenere livelli prestazionali comparabili ai motori convenzionali. Grazie alle sue proprietà fisico-chimiche – elevato numero di ottano, alta velocità di fiamma e potere calorifico – l’idrogeno offre il potenziale per migliorare l’efficienza termica del processo combustivo, pur introducendo criticità legate alla formazione di NOx e al controllo dell’autoaccensione. La presente analisi approfondisce i meccanismi di combustione dual-fuel gasolio–idrogeno, focalizzandosi sull’iniezione dell’idrogeno, sulla sua interazione con l’aria aspirata e sui fenomeni di autoaccensione e formazione delle emissioni. L’attività sperimentale è stata condotta mediante l’utilizzo di un sistema a volume e pressione controllati e di un motore monocilindrico ad accesso ottico, che ha consentito un’osservazione diretta dei fenomeni di iniezione, vaporizzazione e miscelamento durante l’intero ciclo termodinamico. Particolare attenzione è stata dedicata all’iniezione diretta di idrogeno in camera di combustione, soluzione innovativa rispetto all’iniezione nel collettore di aspirazione. Questo approccio offre vantaggi significativi in termini di controllo della stratificazione della carica, riduzione del rischio di preaccensione e backfire, incremento del riempimento volumetrico e potenziale mitigazione delle emissioni di NOx. Tuttavia, emergono anche sfide tecnologiche legate alla complessità dei sistemi di iniezione, alla gestione dei materiali e all’affidabilità operativa. I risultati evidenziano la necessità di ulteriori studi per ottimizzare il controllo della combustione e rendere più efficace l’applicazione dei motori dual-fuel diesel–idrogeno come soluzione di transizione sostenibile. Per questa indagine sperimentale sono state utilizzate tecniche diagnostiche ottiche avanzate, quali telecamere IR per la caratterizzazione qualitativa del comportamento delle specie reagenti e telecamere UV per il monitoraggio dei marker specifici della combustione. Queste metodologie hanno consentito una comprensione senza precedenti dei meccanismi che governano la combustione dual fuel con iniezione diretta di idrogeno.