L’effetto dell’emulsione sulle emissioni dei motori diesel per veicoli pesanti e leggeri di nuova

generazioneIntervento di Carlo Bertoglio

Roma, 5 Novembre 2003

VIII E.P. Emissioni da trasporto su strada in rete

L’effetto dell’emulsione sulle emissioni dei motori diesel per veicoli pesanti e leggeri di nuova

generazioneIntervento di Carlo Bertoglio

Roma, 5 Novembre 2003

VIII E.P. Emissioni da trasporto su strada in rete

La nostra attività

Cam Tecnologie è stata fondata nel 1997 con l’obiettivo di:Cam Tecnologie è stata fondata nel 1997 con l’obiettivo di:“sviluppare tecnologie e/o prodotti in grado di soddisfare il “sviluppare tecnologie e/o prodotti in grado di soddisfare il crescente bisogno di soluzioni concrete nel campo dell’energia ecrescente bisogno di soluzioni concrete nel campo dell’energia edell’ambiente”dell’ambiente”

Cam Tecnologie è leader nel mercato delle emulsioniCam Tecnologie è leader nel mercato delle emulsioni

Cam Tecnologie produce GecamCam Tecnologie produce GecamTMTM, il gasolio bianco, il gasolio biancoTMTM: : un’emulsione di acqua in gasolio per i motori diesel un’emulsione di acqua in gasolio per i motori diesel e le centrali termichee le centrali termiche

Il prodotto GecamTM

acqua demi.10,3% additivi

1,7% gasolio88,0%

Ecologica (riduzione di polveri sottili ed ossidi di azoto).Adottabile subito dalle flotte di trasporto pubblico, igiene urbana, trasporto merci e negli impianti di riscaldamento, senza la necessità di alcuna modifica ai motori e alle caldaie.Affidabile, ampiamente utilizzataEconomicamente competitivaDisponibile su tutto il territorio nazionale

Il gasolio biancoTM è una emulsione di acqua in gasolio

Sviluppo del prodotto in ItaliaOggi circolano 9.000 mezzi alimentati a GecamTM

di cui oltre 7.500 autobus

Trasporto Pubblico Locale21% sui veicoli totali in Italia

40% in Lombardia28% in Piemonte (dati ASSTRA)

Nuovi settori in sviluppoRiscaldamento

Trasporto merci (veicoli pesanti)Treni a gasolio

88,188,15,25,23,83,879,179,120022002

64,364,31,31,32,02,061,061,020012001

24,424,40,40,424,024,020002000

2,02,02,02,019991999

TotaleTotaleRiscaldamentoRiscaldamentoTrasporto Trasporto pesante + pesante + igiene urbanaigiene urbana

Trasporto Trasporto pubblicopubblico

Volumi di Gecam Volumi di Gecam (milioni di litri)(milioni di litri)

Igiene UrbanaOltre 30% in Piemonte

L’evoluzione dei motori diesel “Heavy Duty”

* Particolato stimato, non richiesto.

1990EURO 0PM: 1 *NOx: 14,4

1993EURO 1PM: 0,4NOx: 9

1996EURO 2PM: 0,15NOx: 7

2000EURO 3PM: 0,1NOx: 5

2005EURO 4PM: 0,02NOx: 3,5

2008EURO 5PM: 0,02NOx: 2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

NOx (g/KWh)

PM (g

/KW

h)

In 20 anni la tecnologia del motore diesel ha consentito una riduzione del particolato del 98% e degli ossidi di azoto dell’ 86%

*.

Tecnologie motoristiche fino ad Euro 2

Motori Aspirati ad elevata cubatura

Motori Turbocompressi con basse potenze specifiche

Sistema di iniezione con pompe tradizionali “in linea e rotative”

Gestione dell’iniezione completamente meccanica

Pressioni di iniezione inferiori a 1000 bar

Il rispetto dei limiti di Emissioni era ottenuto con lievi migliorie meccaniche ma mantenendo l’architettura del sistema

Motore-sistema d’iniezione

*.

Effetto dell’emulsione fino ad Euro 2

Significativa riduzione del particolato totale ed elevata riduzione della fumosità. Le caratteristiche dei sistemi di iniezione non ancora ottimizzate permettevano buoni margini all’emulsione

46%

83%

53%

95%

22%

84%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%%

Rid

uzio

ne

Euro 0 Euro 1 Euro 2

PM [g/kWh]SMOKE FSN

Ritardo del momento di iniezione contenimento NOx

Riciclo dei gas di scarico - EGR contenimento NOx

Pressione di iniezione > 1500bar riduzione del PM

Turbo a geometria variabile riduzione HC,CO e PM

Gestione elettronica dell’anticipo Trade-off NOx PM

*.

Tecnologie adottate con motori Euro 3Per ridurre la formazione degli inquinanti

tutti i costruttori di motori HD hanno utilizzato:

Con questi strumenti sono stati raggiunti gli obiettivi fino Euro 3.

Migliorare la chimica dell’additivoMaggiore stabilità per supportare T elevate causate dalle maggiori pressioni.Riduzione ∅ delle gocce d’acqua per mantenere l’effetto di vaporizzazione anche con spray di dimensioni ridotte.Aumentato il potere lubrificante per supportare > forze di contatto.Eliminato ogni residuo in combustione (fori e tolleranze ridotte) l’additivo ha basi comuni ai lubrificanti per motori due tempi.

Migliorare la formulazione del prodottoUtilizzo della base gasolio con 10 ppm di Zolfo per impiegare l’emulsione con i sistemi filtranti tipo CRT e garantire emissioni ancora inferiori.Impiego di glicole nel periodo invernale, conseguente apporto diossigeno (53%del MEG) in camera di combustione

Evoluzione dell’emulsione con Euro 3Per poter essere impiegata con i nuovi sistemi

abbiamo migliorato la tecnologia per:

Effetto dell’emulsione con motori Euro 3

Effetto dell’emulsione con motori Euro 3

I nuovi motori emettono solo Soot,l’effetto dell’emulsione è più evidente

Effetto sulla distribuzione del PMdistribuzione particolato con SMPS

1080 rpm - 100% carico

0

5E+13

1E+14

1,5E+14

2E+14

2,5E+14

10 100 1000

mobility diameter (nm)

nu

mb

er (

1/kw

h)

GasolioGecam

Netta riduzioneda 10 nm a 1µm

N totale –88%

total US EPA PAH's

020406080

100120140160

ULSD GECAM

[mg/

km]

Effetto su IdrocarburiPolicicliciAromatici

US EPA PAHsNaphthaleneAcenaphtheneFluorenePhenanthreneAnthraceneFluoranthenePyreneChryseneB(a)AnthraceneB(b)FluorantheneB(k)FluorantheneB(a)PyreneDB(a,h)AnthraceneB(g,h,i)PeryleneIndenoPyrene

-65%

Test effettuato con BUS Euro 3 su ciclo reale ATM Milano Confronto emulsione-gasolio con stessa base Idrocarburo

Emulsione e sviluppo motore Euro 3->4

L’impiego di emulsione con motore Euro 3 aggiunge un grado di libertà alla calibrazione del motore, è possibile ottimizzare il

TradeOff tra NOx e PM

Test emulsione con motori Euro 3+CRT

Impiegando un filtro particolato tipo CRT, le temperature dei gas sono molto importanti per la rigenerazione. Parigi e Milano stanno

testando su linea l’impiego del Gecam™ in abbinata al CRT

Temperature gasolio-Gecam™ - RATP Parigi

150

170

190

210

230

250

270

290

310

330

350

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

0013

0014

0015

0016

0017

0018

0019

00

sec

T °C

Inoltre la sperimentazione è stata allargata all’impiego dell’emulsione con base 10 ppm Zolfo a 15 BUS Euro 2 e 3

con dispositivo CRT

Il Field test emulsione con Motori Euro 3Grazie alla forte presenza del Gecam™ sul mercato, quanto sviluppato è seguito da Cam Tec su campo :

55HEUI (Sistema Idraulico)HEUI (Sistema Idraulico)CaterpillarCaterpillar1818PompaPompa--inettore inettore PLDPLDMTU/DDCMTU/DDC

1515Common Common RailRail -- EGREGRIveco Iveco

3535Pompa rotativa VR Pompa rotativa VR -- EGREGRMANMAN9595PompaPompa--inettore inettore PLDPLDMercedesMercedes

390390Iniettore pompa PDEIniettore pompa PDEIveco Iveco

593593

10102525

Q.Q.tàtà

Iniettore pompa PDEIniettore pompa PDEVolvoVolvo

TotaleTotale

Iniettore pompa PDEIniettore pompa PDEScaniaScania

Tipo IniezioneTipo IniezioneMarcaMarca

•Ridotto il contenuto di acqua al 6% peso; ciò ha permesso di mantenere inalterate le prestazioni dei catalizzatori ossidanti (effetto su CO e HC) presenti sul Light Duty.

•Aggiunto nella formulazione della fase acquosa il glicole etilenico che, oltre alle proprietà anticongelanti (di fatto la formulazione è “all season”), apporta ossigeno sotto forma di radicali OH in combustione, con un beneficio sulle emissioni di particolato.

•Utilizzato lo stesso pacchetto e le stesse quantità di additivi al fine di garantire una stabilità ancora maggiore e la completa miscibilità con il gasolio in tutte le proporzioni.

Emulsione con Euro 3 per Light DutyLa ricerca effettuata nel settore Heavy-Duty ha portato a sviluppare un progetto congiunto con ENI Tecnologie per

veicoli leggeri :

Oggi è in corso un progetto di validazione emissioni e affidabilità su flotta di autovetture Euro 3 con la

supervisione di Fiat Auto.

*.

Test emissioni con Auto Euro 3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Tempo (s)

Velo

vità

(km

/h)

Ciclo Urbano

Ciclo rilevato da Politecnico di Milano in collaborazione con la Stazione Sperimentale Combustibili, al fine di rappresentare il traffico cittadino di Milano.

Ciclo NEDC

Ciclo ottenuto sommando 42 sec. al minimo + 4 ripetizioni della fase urbana seguite dalla fase extraurbana.

E’ il ciclo di omologazione ufficialeda Euro III in poi.

LaboratoriFIAT GM Powertrain, Torino SangonePrototipo S.p.A. , Proving Ground diNardò (LE)ENI Tecnologie, Laboratori di San Donato MilaneseStazione Sperimentale Combustibili, San Donato MilaneseIstituto Motori del C.N.R. di Napoli

L’impiego di emulsione con autovetture permette una significativa riduzione del particolato e il contenimento di tutti gli inquinanti.

-25%

-42%

2%

-8%

2%

-27%

1%

-8%

9%

-22%

-37%

-3%

-14%

-4%

-9%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

0 1 2 3 4 5 6 7

Varia

zion

e %

1° Quartile

Mediana

3° Quartile

PM

NOx

CO

NOx+HC HC

-1.3%

-0.1%

-2.1%

CO2 x10

Emissioni con Auto Euro 3Medie e scostamenti su 72 misurazioni

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15

PM a gasolio gr/km

PM a

em

ulsi

one

gr/k

m

Veicoli che passano da Euro 2 a Euro 3

Veicoli che passano da Euro 3 a Euro 4

Veicoli che passano da Euro 1 a Euro 2

3

Euro 2

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 3Euro 4 Euro 1

22

22

Emissioni con Auto Euro 3Distribuzione dei dati su 72 misurazioni

In totale 47 veicoli su 72 fanno un salto di classe nelle emissioni di particolato.