Formula 1 green - I save my planet

FORMULA 1 GREEN
A cura di Angelo MAZZEI
A.A. 2015-2016
Gli effetti dell’inquinamento provenienti dalle attività antropiche stanno
gravando profondamente sulla qualità ambientale del nostro pianeta. Il livello
di sostanze tossiche presenti nell’aria, l’aumento della CO2 atmosferica, lo
sfruttamento di giacimenti minerari e tutte le attività che modificano gli
equilibri del nostro pianeta non possono più passare inosservate agli occhi
dell’opinione pubblica. Ognuno di noi, in ogni settore, dovrebbe dare il suo
contributo. Infatti la necessità di ridurre le emissioni di CO2 e di altre sostanze
inquinanti ha coinvolto anche la massima competizione mondiale di
automobilismo ovvero la Formula 1.
Il 2014, in particolare, sarà ricordato per l’introduzione di notevoli
modifiche riguardanti il motore, l’assetto aereodinamico e il carburante. Tutto
ciò è stato fatto per avere un minore impatto sull’inquinamento ambientale e,
allo stesso tempo, delle prestazioni ancora più elevate.
L’iter che ha condotto all’introduzione di tali modifiche è piuttosto lungo. Già
nel 2006 l’ex presidente della FIA, Max Mosley, aveva gettato le basi per
definire i nuovi parametri che, negli anni successivi, avrebbero dovuto guidare
le case costruttrici automobilistiche a produrre veicoli “green”.
Il principale problema affrontato dagli ingegneri è stato l’eccessivo consumo
di carburante poiché, inizialmente, il loro unico interesse era finalizzato a
ridurre il peso dell’auto trascurando totalmente concetti quali la spesa
economica e l’impatto ecologico.
Le monoposto alternano accelerazioni esplosive a brusche frenate e, per
sostenere queste prestazioni, i motori di vecchia generazione da 2400cc V8
percorrevano circa 1,5-1,7 km/l; inoltre milioni di dollari, ogni anno, venivano
spesi per aumentare le performance e il numero di giri del motori non
interessandosi degli eventuali consumi.
Così la FIA ha indirizzato i settori di ricerca dei vari team al mondo dell’ibrido.
Infatti nel 2009, per la prima volta, una macchina di Formula 1 è stata
equipaggiata con il KERS (acronimo di Kinetic Energy Recovery System:
“sistema di recupero dell'energia cinetica”). Esso è un dispositivo
elettromeccanico atto a recuperare parte dell'energia cinetica di un veicolo
durante la fase di frenata e a trasformarla in energia meccanica o elettrica
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nuovamente spendibile per la trazione del veicolo o per l'alimentazione dei suoi
dispositivi elettronici.
Nonostante il forte interesse della FIA ai fini dell'introduzione del KERS, nel
2012 questa tecnologia è stata considerata poco efficiente e fortemente costosa
dai piccoli team, che hanno continuato a farne a meno nella progettazione delle
loro vetture.
Nel 2014 la revisione del KERS, con l'entrata in vigore dei nuovi regolamenti
sui motori 6 cilindri sovralimentati, ha segnato una svolta molto importante.
L’ERS di oggi porta il concetto di KERS ad un altro livello, combinando il
doppio della potenza con una performance circa dieci volte maggiore.
L’ERS è composto da due gruppi elettrogeni a motore (MGU-K e MGU-H),
oltre a un accumulatore di energia (ES) e l'elettronica di controllo. I gruppi
generatori motore convertono energia meccanica e termica in energia elettrica
e viceversa.
MGU-K (dove la 'K' sta per cinetica) funziona come una versione maggiorata
del precedente KERS, convertendo l'energia cinetica generata in frenata in
energia elettrica (piuttosto che essa fugga sotto forma di calore) e cosi agisce
anche come un motore in accelerazione, tornando fino a 120kW (circa 160bhp)
di alimentazione al motore.
MGU-H (in cui la 'h' significa “heat”) è un sistema di recupero energetico
connesso al turbocompressore del motore e converte l’energia termica
derivante dai gas di scarico in energia elettrica. L'energia può quindi essere
utilizzata per alimentare il MGU-K (e quindi restituito al motore) oppure essere
conservata negli accumulatori di energia (ES) per un uso successivo. A
differenza della MGU-K, che è limitata al recupero 2MJ di energia per giro, il
MGU-H è illimitato.
Un massimo di 4MJ al giro può essere restituito al MGU-K e da lì alla
trasmissione - che è dieci volte più di quanto fosse possibile con il KERS. Ciò
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significa
che
i
piloti
abbiano
accesso
a
120
KW
addizionali.
L’aerodinamica ha giocato un altro ruolo fondamentale.
Le dimensioni e le macchine sono state notevolmente riviste dagli ingegneri in
modo da avere un minor attrito possibile con l’aria e consentire allo stesso
tempo leggerezza, resistenza e molta aderenza.
In definitiva, il nuovo regolamento prevede l’impiego di 100 kg di carburante
per gara. Mediante le nuove tecnologie i consumi sono stati ridotti più del 30%,
come è stato dimostrato nel Gp della Malesia nel 2014 in cui Louis Hamilton
con la Mercedes-AMG W05 utilizzò 91 kg (121 litri) con un consumo medio
di 2,52 km/l.
Ulteriori modificazioni al regolamento hanno notevolmente ridotto altri
“sprechi” di questo mondo. In primis è stato modificato il numero di motori a
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disposizione per ogni campionato, infatti si è passati a un limite di 5 motori per
stagione. In questo modo si è tagliata notevolmente la spesa per produrre un
motore per ogni gara (come in precedenza), andando anche ad agire
sull’inquinamento prodotto dalla rete dell’indotto che li fornisce.
Riguardo l’impatto ambientale l’uso di biocombustibili potrebbe
rappresentare un’ulteriore alternativa. Già nel 2010 la Ferrari e il suo fornitore
di carburante Shell hanno sviluppato una miscela che contiene etanolo
cellulosico per fornire la componente di ossigeno al carburante. Con questa
nuova miscela di etanolo cellulosico, le Ferrari di Fernando Alonso e Felipe
Massa hanno concluso la gara guadagnando il primo e il secondo posto nella
gara svoltasi in Bahrain. Le Ferrari hanno impiegato solo una piccola
percentuale di etanolo rispetto al 85 per cento utilizzato in altre competizioni
come la 24 ore di Le Mans.
L'etanolo cellulosico è stato prodotto vicino a Ottawa in Canada utilizzando
paglia di grano che è stato coltivato nelle vicinanze ed è identico all’etanolo ma
può offrire fino al 90% in meno di emissioni di CO2 rispetto alla benzina. Si
tratta di una parte fondamentale del programma di investimenti e sviluppo
strategico della Shell in biocarburanti sostenibili. Purtroppo i costi di
produzione e i contratti presenti tra le industrie fornitrici di carburanti hanno
ostacolato l’impiego di questi biocombustibili in queste competizioni. In
futuro, se l’innovazione tecnologica riuscirà a diminuire i costi di produzione,
potrebbe diventare un’ottima alternativa.
Parallelamente alla ricerca di innovazioni, per rendere la Formula 1 meno
inquinante possibile, è nata una serie automobilistica ideata dalla Federazione
Internazionale dell'Automobile (FIA) dedicata a veicoli spinti da motori
elettrici, ovvero la Formula E. La categoria è stata ideata nel 2012, mentre
l'avvio del campionato inaugurale è stato il 13 settembre 2014. Tale campionato
è disputato da 10 team e le auto sono tutte uguali e nascono dalla collaborazione
di Dallara, McLaren, Williams, Renault e Michelin. Queste monoposto sono
completamente ecologiche e perciò la maggior parte dei circuiti sono urbani;
dislocati tra le capitali mondiali. La nascita di questo nuovo genere di gara
sportiva ha anche altre finalità oltre a quella dell’agonismo e del divertimento;
infatti il perfezionamento di queste auto e della loro tecnologia ha ed avrà un
grosso ruolo come rampa di lancio di eventuali macchine elettriche del futuro.
Un esempio è quello delle batterie a volano sviluppate dalla Williams per la
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Formula 1 che successivamente sono state applicate agli autobus londinesi,
diminuendo il consumo di carburante del circa 30%.
Ovviamente sorge spontaneo domandarsi: riuscirà la Formula E a eguagliare e
sostituire la Formula 1? Sarà in grado di attirare il pubblico? Quale spettacolo
fornirà?
Queste sono domande lecite alle quali sono state date parzialmente delle
risposte.
La Formula E ha sicuramente appassionato e interessato un pubblico diverso
da quello abituato ai motori ruggenti della F1 e certamente un pubblico più
giovane, cosi da sensibilizzare e fornire una prima prospettiva di quello che
potrebbe diventare il futuro delle gare d’automobilismo. L’innovazione di
queste auto, insieme agli sforzi e all'impegno verso la sostenibilità mediante
l’Environmental Management System (EMS), ovvero Sistema di Gestione
Ambientale, sono stati premiati con il raggiungimento del più alto livello di
accreditamento ambientale dalla FIA Institute (FIAI), il corpo sostenibile della
FIA. Cosi Formula E è diventato il primo campionato a ricevere il
raggiungimento dell'eccellenza.
L’EMS si riferisce alla gestione dei programmi ambientali della società in
modo pianificato, sistematico, completo, documentato e trasparente. L'EMS
sovrintende inoltre la struttura organizzativa, la pianificazione e le risorse per
lo sviluppo, l'implementazione e il mantenimento di tutte le politiche rilevanti
per l'attività ambientale responsabile: sono misuriate, monitorate e segnalate le
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aree di gestione di carbonio, il consumo energetico, prestazioni ambientali,
principali impatti.
Da questo momento sembra FIAI e Formula E abbiano allineato le loro
politiche e per utilizzare gli strumenti eccellenti che hanno a disposizione, in
modo da collaborare per aprire la strada ad altre discipline del motor sport ma,
più in generale, all’intera industria automobilistica.
Il FIAI ha introdotto il suo programma di sostenibilità al fine di aumentare la
consapevolezza della gestione ambientale nel settore sportivo dei motori, e per
fornire un insieme chiaro e coerente di linee guida di buona pratica.
L’“Environmental Accreditation Scheme” del FIAI si basa su standard
ambientali leader a livello mondiale (come ISO 14001, EMAS, BS 8555).
L'accreditamento viene assegnato a tre livelli: l'impegno per l'eccellenza, i
progressi verso l'eccellenza e la realizzazione di eccellenza. Il team di gestione
si impegna a garantire che la sostenibilità è parte della strategia di base.
Nonostante i successi riportati da entrambe le categorie automobilistiche, ci
sono ancora molti problemi da risolvere e interrogativi a cui rispondere.
Le monoposto di formula E, pur non emettendo CO2 e altre sostanze
nell’aria, creano comunque preoccupazioni per lo smaltimento e la produzione
delle batterie. Le auto attuali sono dotate di batterie a ioni di litio, anche se
quelle con ioni di alluminio sarebbero più sicure ed ecologiche, perché non
forniscono la tensione sufficiente per permettere la funzionalità ed un’alta
performance del motore. Lo smaltimento delle batterie a litio per il momento
resta un problema: le metodiche per il riciclo del litio restano ancora costose e
soprattutto non è in funzione, ancora, uno stabilimento attivo 24 ore al giorno
che si dedica esclusivamente a questo trattamento.
La maggior parte del litio si trova all’interno di batterie per apparecchi elettrici,
per cui risulta dispendioso e poco produttivo lavorare su piccole quantità. Le
batterie delle auto, anche se contenenti maggior litio riciclabile, sono presenti
in minor quantità; il che non favorisce lo sviluppo di aziende dedite e
specializzate in tale compito.
La FIA, nel corso degli anni, ha anche favorito la ricerca nel settore delle
macchine a idrogeno.
L’ utilizzo dell’idrogeno come vettore energetico non ha dato i risultati sperati,
soprattutto nel campo automobilistico. La produzione di tali veicoli comportava
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una vendita a cifre spropositate, inoltre non avevano la stessa autonomia e la
stessa resa delle auto elettriche.
I progressi compiuti dalla Formula 1 e l’innovazione della Formula E sono due
strade che, evolvendosi in parallelo, potranno dare un notevole contributo
all’innovazione automobilistica.
Molte ricerche condotte per il mondo del “motor sport” hanno dato il loro
contributo nella vita quotidiana, perciò il denaro investito dai team nella ricerca
della performance sportiva di una monoposto di Formula 1 con l’impatto
ambientale di una Formula E sarà il futuro. Saranno queste auto che
entusiasmeranno il pubblico, riempiranno gli autodromi e daranno anche il loro
contributo per veicoli a inquinamento zero.
BIBLIOGRAFIA
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