Caratterizzazione delle emissioni di particolato dei ciclomotori con

motore 2 tempiDomenico Santino, Paolo Picini, Luca Martino

ENEA C.R. CASACCIA

V incontro expert panel - Roma, 4 Dicembre 2001

Stima dei ciclomotori circolanti nelle 8 maggiori città italiane

Stima Ciclomotori Circolanti nelle Maggiori Città Italiane

362.

118

166.

476

129.

790

71.7

39

34.8

65

97.4

09

70.1

98

114.

881

264.

532

130.

393

104.

587

91.9

61

68.7

86

65.3

53

38.5

14

38.0

06

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

ROMA MILANO NAPOLI TORINO PALERMO GENOVA BOLOGNA FIRENZE

Stima ciclomotori per comune

Abitanti Comune (x10)

Numero di ciclomotori per ogni 100 abitanti nelle 8 maggiori città italiane

Numero di Ciclomotori ogni 100 Abitanti nelle Maggiori Città Italiane

13,7

12,8

12,4

7,8

5,1

14,9

18,2

30,2

0

5

10

15

20

25

30

35

ROMA MILANO NAPOLI TORINO PALERMO GENOVA BOLOGNA FIRENZE

Città g/m3 Roma 51,2 Milano 47,4 Napoli 52,1 Torino 53,8 Palermo 44,4 Genova 46,1 Bologna 51,2 Firenze 46,5

g/m3 Città giorno1 giorno 2 giorno 3 media Palermo 61,3 45,1 37,7 48,0 Reggio Calabria 41,2 40,9 37,3 39,8 Foggia 56,9 61,3 65,7 61,3 Torre Annunziata 54,1 44,2 46,0 48,1 Pescara 42,0 38,9 35,4 38,8 Perugia 57,9 71,4 76,8 68,7 Ravenna 57,0 50,1 52,5 53,2 Udine 43,9 55,2 57,3 52,1 Pavia 89,0 88,4 92,5 90,0 Novara 84,1 79,5 45,2 69,6 Imperia 47,7 42,9 37,4 42,7 Livorno 92,2 72,8 67,3 77,4 Sezze Romano 63,6 57,2 51,8 57,5

Concentrazioni medie annuali di PM10 nelle 8

principali città italiane nel 1999

Monitoraggio del PM10 effettuato da Legambiente nel 2001

Tutte le 8 maggiori città italiane presentano nel 1999 valori della concentrazione media annuale di PM10 superiori agli attuali obiettivi di qualità dell’aria, pari a 40g/m3. Il contributo del traffico veicolare alle concentrazioni in aria di particolato (PM10) è compreso fra il 50% ed il 90%, ad esclusione di Genova.

Limiti previsti per l’omologazione dei ciclomotori a 2 ruote nelle due fasi della Direttiva 97/24/CE

CO HC+NOx CICLOMOTORI (2 ruote) 97/24/CE g/km g/km

Fase I (EURO I) 17.6.1999 6 3 Fase II (EURO II) 17.6.2002 1 1,2

Rappresentazione schematica dell’apparato sperimentale

Ingresso aria

Uscita aria

Sonde di campionamento

isocinetico

Filtro HEPA

CFV/ CVS

Termocoppia

Pompe

Ventilatore

Sezione di diluizione gas

di scarico

Filtri per il campionamento

Banco dinamometrico

Raccordo fra terminale di scarico e tunnel di diluizione

Gas di scarico all’ingresso della

sezione di diluizione

Descrizione delle prove svolte a regime Descrizione delle prove svolte a regime stazionariostazionario

  Velocità [km/h]

Periodo di campioname

nto [min.]

minimo 0 60

medio ~25 30

alto ~45 30

massimo~54 (Cat.)

~64 (no Cat.)30

Descrizione delle prove dinamiche -

Ciclo di guida elementare secondo la Direttiva 97/24/CE

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900

sec.

km/h

Warming up Sampling

Ciclo di guida completo secondo la Direttiva 97/24/CE

Acceleraz. Velocità Durata Fase

Durata ciclo Fase

[m/s2] [km/h] [s] [s]

1. Minimo 0 0 8 8

2. Accelerazione tutto gas Da 0 al max

3. Velocità Costante tutto gas Max

4. Decelerazione -0.56 Da max a 20

57 65

5. Velocità Costante 0 20 36 101

6. Decelerazione -0.93 Da 20 a 0 6 107

7. Minimo 0 0 5 112

Risultati delle proveRisultati delle prove

V=0 km/h 

CAT. NO CAT.

Emissioni di particolato

mg/min 7.7 6.8

mg/km - -

Consumo di benzina

g/min 2.7 1.9

g/km - -

Consumo di olio

g/min 0.14 0.05

g/km - -

In queste condizioni il ciclomotore catalizzato ha il catalizzatore parzialmente attivo, infatti è stata osservata una temperatura dei gas di scarico leggermente superiore rispetto all’altro ciclomotore.

Comunque il catalizzato presenta emissioni di particolato superiori di circa il 13%, probabilmente a causa del consumo di lubrificante che risulta maggiore del 180%.

Risultati delle prove al regime minimoRisultati delle prove al regime minimo

In queste condizioni la temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato superano i 200°C, tuttavia le emissioni di particolato sono ancora circa il 5% più elevate rispetto a quelle del non catalizzato.

Anche in questo caso le maggiori emissioni sono probabilmente dovute al maggiore consumo di lubrificante, che risulta superiore del 71% circa.

V=25 km/h 

CAT. NO CAT

Emissioni di particolato

mg/min 15.2 14.5

mg/km 35.0 33.4

Consumo di benzina

g/min 5.2 6.6

g/km 12.0 15.2

Consumo di olio

g/min 0.29 0.17

g/km 0.67 0.39

Risultati delle prove al regime medioRisultati delle prove al regime medio

In queste condizioni la situazione cambia: le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato sono circa il 34% inferiori rispetto a quelle del ciclomotore non catalizzato, anche se il consumo di olio è ancora superiore di circa il 55%.I gas di scarico del ciclomotore catalizzato raggiungono in questa prova la temperatura di circa 240°C.

V=45 km/h 

CAT. NO CAT.

Emissioni di particolato

mg/min 17.2 25.9

mg/km 22.8 34.3

Consumo di benzina

g/min 9.0 10.0

g/km 11.9 13.3

Consumo di olio

g/min 0.45 0.29

g/km 0.60 0.39

Risultati delle prove al regime altoRisultati delle prove al regime alto

Al regime massimo risulta un netto vantaggio del ciclomotore catalizzato dal punto di vista delle emissioni di particolato, che sono circa il 94% inferiori rispetto al non catalizzato, ed anche il consumo di olio è circa il 43% inferiore.La temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato è più che doppia rispetto al caso di regime alto, raggiungendo adesso circa i 570°C.

V=max 

CAT.(v=54 km/h)

NO CAT.(v=64 km/h)

Emissioni di particolato

mg/min 6.5 105.2

mg/km 6.9 98.8

Consumo di benzina

g/min 22.1 26.3

g/km 23.6 24.7

Consumo di olio

g/min 0.55 0.96

g/km 0.58 0.90

Risultati delle prove al regime massimoRisultati delle prove al regime massimo

1.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul terminale di scarico nelle prove al regime

massimo

2.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul terminale di scarico nelle prove al regime

massimo

3.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul terminale di scarico nelle prove al regime

massimo

In queste prove il consumo di olio e di benzina è risultato quasi uguale per i due veicoli.Comunque le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato sono risultate circa il 75% inferiori.Alla fine del ciclo di prova la temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato era di circa 330°C.Naturalmente la velocità massima raggiunta durante il ciclo è pari a quella della prova al regime massimo, che risulta inferiore per il catalizzato.

Ciclo ECE-47 

CAT NO CAT

Emissioni di particolato

mg/min 21.6 87.9

mg/km 42.7 172.0

Consumo di benzina

g/min 12.0 11.6

g/km 23.1 22.7

Consumo di oliog/min 0.35 0.39

g/km 0.67 0.76

Risultati delle prove dinamiche (ciclo ECE-Risultati delle prove dinamiche (ciclo ECE-47)47)

Ciclomotore non catalizzato – Profilo temporale della velocità registrata durante l’esecuzione del ciclo ECE-47

Ciclomotore non catalizzato - Velocità registrata durante il ciclo ECE-47

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450s

km

/h

Ciclomotore catalizzato – Profilo temporale della velocità registrata durante l’esecuzione del ciclo ECE-47

Ciclomotore catalizzato - Velocità registrata durante il ciclo ECE-47

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450s

km

/h

Confronto fra i ciclomotori catalizzato e non – Profili effettivi della velocità registrati durante un periodo

elementare del ciclo ECE-47

Profilo Reale della Velocità - ciclo ECE-47

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120sec

km/h

Ciclomotore Catalizzato

Ciclomotore Non Catalizzato

Discussione dei Discussione dei risultatirisultati

Emissioni di PARTICOLATO e consumo di OLIO - Ciclomotore non catalizzato - pendenza 0%

6,8 14,5 25,9

105,2

51,8

169,2

290,0

959,5

11,0%

8,6%

13,1%

8,9%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

minimo medio alto massimo

mg

/min

emissioni part. mg/min

consumo olio mg/min

rapporto percentuale

Dai risultati delle prove, come ci si aspettava, le emissioni di particolato sono risultate fortemente correlate al consumo di olio.Questa correlazione risulta particolarmente evidente per il ciclomotore non catalizzato, come mostrato in figura.

Le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato, invece, sono correlate anche alla temperatura: sono basse solo nelle prove al massimo, quando la temperatura allo scarico raggiunge i 570°C e di conseguenza l’olio viene efficacemente ossidato nel catalizzatore.

Emissioni di PARTICOLATO e consumo di OLIO - Ciclomotore catalizzato - pendenza 0%

7,7 15,2 17,2 6,5

135,4

289,7

449,5

545,61,2%

5,2%5,7%3,8%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

minimo medio alto massimo

mg

/min

emissioni part. mg/min

consumo olio mg/min

rapporto percentuale

Rapporto percentuale fra emissioni di particolato e consumo di olio in funzione della temperatura.

Rapporto fra emissioni di particolato e consumo di lubrificante in funzione della temperatura

13,1%

11,0%

8,9%8,6%

1,2%

5,2%5,7%

3,8%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

20%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Temperatura [°C]

Ciclomotore Non Catalizzato

Ciclomotore Catalizzato

Anche dalle prove condotte secondo il ciclo ECE-47 risulta evidente l’effetto ossidante del catalizzatore.

La temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato raggiunge valori prossimi a quelli registrati durante le prove al massimo ed alla fine del ciclo si assesta intorno ai 330°C.

Emissioni di Particolato e consumo di Lubrificante - ciclo ECE-47

21,6

87,9

349,7

388,4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Ciclomotore Catalizzato Ciclomotore non Catalizzatomg/min

Emissioni di Particolato

Consumo di Lubrificante

ConclusioniConclusioni

Dalle prove effettuate risulta una evidente correlazione fra il consumo di olio e le emissioni di particolato.

Nel caso del ciclomotore catalizzato maggiore è la temperatura del catalizzatore e maggiore è la quantità di olio ossidata, e di conseguenza minori sono le emissini di particolato.

Nel caso delle prove condotte secondo il ciclo ECE-47 le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato sono circa il 75% inferiori rispetto al non catalizzato.

Osservazioni finaliOsservazioni finali

Stima delle emissioni annuali

(a caldo) di particolato in

ambito urbano, secondo i dati utilizzati per le

stime COPERT per le diverse

categorie di veicolo relativi all’anno 1999.

Tipo di Veicolo

classe di età flotta circolante

percorr. media annuale (totale)

percorr. urbana sul totale

percorr. media annuale urbana

velocità media urbana

fattore di emissione PM

emissioni urbane annuali PM

km/anno km?veicolo % km/anno km/h g/km veic. kg/anno

Convenzionali 1.408.556 21.000 29.579.676.000 15% 3.150 25 0,2713 1.203.523 91/441/CE 283.675 22.000 6.240.850.000 15% 3.300 25 0,0908 85.035

Auto diesel passeggeri <2000cc 94/12/CE 1.378.570 22.500 31.017.825.000 15% 3.375 25 0,0908 422.637

Convenzionali 579.685 22.000 12.753.070.000 15% 3.300 25 0,2713 518.891 91/441/CE 105.361 23.500 2.475.983.500 15% 3.525 25 0,0908 33.737

Auto diesel passeggeri >2000cc 94/12/CE 376.495 23.500 8.847.632.500 15% 3.525 25 0,0908 120.555

Tot. 4.132.342 90.915.037.000 2.384.378

Convenzionali 1.473.390 16.000 23.574.240.000 25% 4.000 25 0,2814 1.658.374 93/59/CE 450.000 16.000 7.200.000.000 25% 4.000 25 0,0992 178.560

V. merci leggeri diesel

96/69/CE 170.000 16.000 2.720.000.000 25% 4.000 25 0,0992 67.456 Convenzionali 240.198 31.500 7.566.237.000 15% 4.725 23 0,4964 563.433 91/542/CE s.I 18.000 31.500 567.000.000 15% 4.725 23 0,3227 27.445

V. merci pesanti <7,5t

91/542/CE s.II 16.000 31.500 504.000.000 15% 4.725 23 0,1986 15.012 Convenzionali 191.451 33.000 6.317.883.000 15% 4.950 23 0,9862 934.594 91/542/CE s.I 13.500 33.000 445.500.000 15% 4.950 23 0,6410 42.836

V. merci pesanti 7,5-16t

91/542/CE s.II 22.000 33.000 726.000.000 15% 4.950 23 0,3945 42.958 Convenzionali 167.115 57.000 9.525.555.000 10% 5.700 23 1,1736 1.117.920 91/542/CE s.I 28.000 57.000 1.596.000.000 10% 5.700 23 0,7628 121.749

V. merci pesanti 16-32t

91/542/CE s.II 45.000 57.000 2.565.000.000 10% 5.700 23 0,2934 75.257

Convenzionali 71.407 60.000 4.284.420.000 10% 6.000 23 1,2438 532.876 91/542/CE s.I 11.500 60.000 690.000.000 10% 6.000 23 0,8084 55.782

V. merci pesanti >32t

91/542/CE s.II 20.000 60.500 1.210.000.000 10% 6.050 23 0,3109 37.624

Tot. 2.937.561 69.491.835.000 5.404.421

Convenzionali 12.137 44.500 540.096.500 90% 40.050 22 0,8081 392.792 91/542/CE s.I 880 44.500 39.160.000 90% 40.050 22 0,5252 18.512 BUS urbani

91/542/CE s.II 3.400 44.500 151.300.000 90% 40.050 22 0,3232 44.014

Tot. 16.417 730.556.500 455.318

Convenzionali 54.845 46.500 2.550.292.500 15% 6.975 22 0,9515 363.988 91/542/CE s.I 4.500 46.500 209.250.000 15% 6.975 22 0,6185 19.412

BUS extraurbani

91/542/CE s.II 10.000 46.500 465.000.000 15% 6.975 22 0,2379 16.592

Tot. 69.345 3.224.542.500 399.992

Convenzionali 4.822.980 3.900 18.809.622.000 70% 2.730 30 0,1720 2.264.678 Ciclomotori (st.ANPA) 97/24/CE s.I 338.629 2.000 677.258.000 70% 1.400 30 0,0430 20.385

Tot. 5.161.609 19.486.880.000 2.285.064

Convenzionali 6.559.451 3.900 25.581.857.603 70% 2.730 30 0,1720 3.080.056 Ciclomotori (st.ANCMA) 97/24/CE s.I 460.549 2.000 921.098.665 70% 1.400 30 0,0430 27.725

Tot. 7.020.000 26.502.956.268 3.107.781

Valori percentuali delle emissioni annuali di particolato in ambito urbano e consistenza del parco circolante per le

diverse categorie di veicolo

Tipo di veicolo Flotta

circolante

Emissioni urbane a caldo PM

Veicoli % kg/anno %

Auto diesel passeggeri 4.132.342 33,5% 2.384.378 21,7% Veicoli merci diesel 2.937.561 23,8% 5.471.877 49,8% BUS urbani 16.417 0,1% 455.318 4,1% BUS extraurbani 69.345 0,6% 399.992 3,6% Ciclomotori 5.161.609 41,9% 2.285.064 20,8% 12.317.274 100,0% 10.996.629 100,0%