Design, Integration and Performance Analysis of Methanol-Fueled Systems for Yacht Propulsion

Abstract

Il settore della nautica da diporto è oggi coinvolto nel più ampio processo di transizione energetica che interessa l’intero comparto dei trasporti marittimi. La crescente attenzione verso la decarbonizzazione e le normative internazionali sempre più stringenti in materia di emissioni hanno spinto la ricerca verso sistemi propulsivi alternativi e combustibili a basso impatto ambientale. Tra le soluzioni emergenti, il metanolo rappresenta uno dei vettori energetici più promettenti grazie alla sua facilità di stoccaggio, alla compatibilità con le infrastrutture in progetto ed esistenti e alla possibilità di impiego sia in motori dual fuel sia in celle a combustibile. La presente tesi si propone di analizzare e confrontare le prestazioni di uno yacht con propulsione convenzionale diesel rispetto a un sistema propulsivo ibrido alimentato a metanolo, al fine di valutarne l’efficienza energetica e le potenzialità di riduzione delle emissioni su un profilo di utilizzo selezionato ed utilizzato come benchmark. Nella prima parte, vengono illustrate le tendenze di mercato e le normative ambientali che orientano la scelta verso soluzioni a basse emissioni, seguite dalla descrizione del caso di riferimento costituito da uno yacht con impianto diesel tradizionale. Successivamente, si procede con l’individuazione, il dimensionamento e lo sviluppo di un sistema propulsivo basato su celle a combustibile e genset dualfuel alimentati a metanolo. Attraverso l’analisi di una serie di Key Performance Indicators (KPI) il lavoro mira a delineare una valutazione comparativa tra le due configurazioni propulsive in condizioni operative tipiche di una crociera. I risultati attesi consentiranno di evidenziare i vantaggi e le criticità delle soluzioni a metanolo rispetto ai sistemi convenzionali, fornendo una visione concreta e aggiornata delle possibilità reali di transizione verso una propulsione nautica più sostenibile.

The recreational boating sector is currently involved in the broader energy transition process affecting the entire maritime transport industry. The growing focus on decarbonization and increasingly stringent international regulations on emissions have driven research toward alternative propulsion systems and low-impact fuels. Among the emerging solutions, methanol represents one of the most promising energy carriers due to its ease of storage, compatibility with both existing and developing infrastructure, and its potential use in dual-fuel engines as well as in fuel cells.

This thesis aims to analyze and compare the performance of a yacht with conventional diesel propulsion to that of a hybrid propulsion system powered by methanol, in order to evaluate its energy efficiency and potential for emission reduction under a selected usage profile used as a benchmark.

In the first part, market trends and environmental regulations guiding the shift toward low-emission solutions are presented, followed by a description of the reference case consisting of a yacht equipped with a traditional diesel system. Subsequently, the study focuses on the identification, sizing, and development of a propulsion system based on fuel cells and dual-fuel gensets powered by methanol.

Through the analysis of a set of Key Performance Indicators (KPIs), the work aims to provide a comparative assessment between the two propulsion configurations under typical cruising operating conditions. The expected results will highlight the advantages and limitations of methanol-based solutions compared to conventional systems, offering a concrete and up-to-date perspective on the real possibilities for transitioning toward more sustainable nautical propulsion.