Come ridurre le emissioni tipiche dei motori diesel: carburanti e tecnologie

Ing. Carlo A. Bertoglio

X° Expert Panel “Emissioni da trasporto su strada”S. Donato Milanese, 21 giugno 2005

Pirelli Ambiente Tecnologie SpA

PIRELLI AMBIENTE TECNOLOGIE: L’AZIENDA

Pirelli &CPirelli &C

51%

Pirelli &CAMBIENTE HOLDING

Pirelli &CAMBIENTE HOLDING

Pirelli & C AMBIENTE TECNOLOGIE Pirelli LABSPirelli LABSPirelli & C

AMBIENTEPirelli & C

AMBIENTE

• Fondata nel 1997, come Cam Tecnologie, opera nel settore delle tecnologie per l’ambiente.

• Leader nel mercato dei combustibili a basso impatto ambientale con Gecam, il gasolio biancoTM amplia la propria offerta commerciale proponendo oggi sul mercato anche i sistemi di trattamento dei gas di scarico e i sistemi per il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico.

PIRELLI AMBIENTE TECNOLOGIE: LE SOLUZIONI

Gecam, il gasolio bianco™: un’emulsione di acqua in gasolio per la trazione e il riscaldamento in grado di ridurre di circa il 50% le polveri sottili

Sistemi Filtranti per Particolato: sistemi di trattamento dei gas di scarico a base di carburo di silicio in grado di ridurre di oltre il 90% le emissioni di particolato emesse dai motori diesel

hanno dimensioni e costi molto più contenuti rispetto alle centraline tradizionali, ampia autonomia in termini di alimentazione elettrica e consentono la trasmissionewireless via GSM (o GPRS) dei dati rilevati

Centraline per il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico:

GECAM, IL GASOLIO BIANCO ™

Il gasolio biancoTM è una EMULSIONE DI ACQUA IN GASOLIO:

• ECOLOGICA

• ADOTTABILE SUBITO, senza la necessità di alcuna modifica ai motori

e alle caldaie

• AFFIDABILE, ampiamente utilizzata• Disponibile su TUTTO IL TERRITORIO NAZIONALE

e ALL’ESTERO

PeroPeroRoveretoRovereto

RavennaRavennaLa SpeziaLa Spezia

NapoliNapoli

CataniaCatania

CagliariCagliari

RouenRouen

RomaRoma

ShanghaiShanghai

PeroPeroRoveretoRovereto

RavennaRavennaLa SpeziaLa Spezia

NapoliNapoli

CataniaCatania

CagliariCagliari

RouenRouen

RomaRoma

ShanghaiShanghaiShanghaiShanghai

gasolio88,0%

additivi1,7%

acqua demi.10,3%

COMPOSIZIONE V/V PER MOTORI HEAVY DUTY E CALDAIE

GECAM, IL GASOLIO BIANCO ™: RISULTATI AMBIENTALI

Svariati test sono stati condotti presso i principali laboratori italiani ed europei (tra cui Stazione Sperimentale per i Combustibili di San Donato Milanese e JRC di Ispra). I risultati delle sperimentazioni svolte sono riassunti di seguito:

PM -40% PM -60%NOx -5%/-15% NOx -10%/--30%CO 0/-20% CO -50%HC -10%/+20% SO2 -72%*Distribuzione granulometrica PM

riduzione in tutto lo spettro

IPA/TEQ riduzione dimostrata da ENI/JRC

* Grazie al ridotto contenuto di zolfo del gasolio base

TRAZIONE RISCALDAMENTO

-24%

-36%

-45% -44%

-15%

-80%

-59%

-59%

-26%

-46%

-54% -56%-59%

-44,5%

-90%

-80%

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

% P

M re

duct

ion

RICARDO E0-R49

VM SUN E0ISO 8178

TTM LiebherrE0 914T -ISO

8178

RICARDO E1-R49

RICARDO E2-R49

DEUTZBF4M1013FC

E2

DEUTZBF4M1013FC

E3

MAND2866LF28

E3

MAN 0834LFL 03 E3

MAN 0836LUH 15 E3

SCANIADC93 E3

Cursor cicloreale

IVECO Cursor- ESC E3

AVERAGE

GECAM™ TRAZIONE: RISULTATI AMBIENTALI - PM

GECAM™ TRAZIONE: TEST SU CICLO REALE URBANOVeicolo: autobus urbano IVECO Euro 3 - Motore: IVECO Cursor F2B 8

Ciclo: ATM Milano, linea 61 (ciclo urbano, linea centrale)

020406080

100120140160

ULSD GECAM

- 65%[mg/

km]

IPA

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800

Velocitàmedia 13,94 km/h

Velo

cità

kmh

02468

101214161820

ULSD 0,315 17,862 4,948 0,815

GECAM 0,139 17,036 2,891 0,794

PM NOx CO HC

- 56%

- 42%

- 5%

- 3%

02468

101214161820

ULSD 0,315 17,862 4,948 0,815

GECAM 0,139 17,036 2,891 0,794

PM NOx CO HC

- 56%

- 42%

- 5%

- 3%

[g/k

m]

Fonte: Stazione Sperimentale Combustibili presso ENI TECNOLOGIE

GECAM™ TRAZIONE: TEST SU CICLO STAZIONARIO ESC

Motore: Heavy Duty Iveco-Cursor in configurazione Euro 3. Ciclo: stazionario ESC

[g/k

Wh]

- 59%

- 6%

- 32%

0

1

2

3

4

5

ULSD (10 ppm) 0,088 4,435 0,665 0,145

GECAM (10 ppm) 0,036 4,175 0,454 0,167

PM NOx CO HC

Fonte: Laboratorio del Centro Ricerche dell’Unione Europea JRC di Ispra

GECAM™ TRAZIONE: TEST SU CICLO STAZIONARIO ESC

In s t i tu te fo r E n v iro n m e n t a n d S u s ta in a b il i ty E m is s io n s a n d H e a l th U n it I -2 1 0 2 0 Is p ra (V A ) Ita ly EURO-3 HD engine

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

PM CO NOx HC TEQ

%

*PM= Polveri sottiliCO= Monossido di carbonioNOX= Ossidi di azotoHC= Idrocarburi incombusti*TEQ: Indice di Tossicità Equivalente

* I valori rilevati di HC sono del 75% inferiori rispetto al limite previsto

GECAM™ TRAZIONE: EFFETTO SULLA DISTRIBUZIONE DEL PARTICOLATO

Effetto sulle nanoparticelle a piena potenza

Effetto sulle nanoparticelle a coppia massima

Fonte:IVECO

GECAM™TRAZIONE: EFFETTO SULLA DISTRIBUZIONE DEL PARTICOLATO

Effetto sulle nanoparticelle a piena potenza

Effetto sulle nanoparticelle a coppia massima

Fonte:IVECO

GECAM™ RISCALDAMENTO: RISULTATI AMBIENTALI – SGS

02468

101214161820

GASOLIO 16,867 18,804

GECAM 5,586 5,586

PM<1,5 Polveri Totali

*Emissioni riferite al 3% di ossigeno

-67% -70%

02468

101214161820

GASOLIO 16,867 18,804

GECAM 5,586 5,586

PM<1,5 Polveri Totali

*Emissioni riferite al 3% di ossigeno

-67% -70%

mg/

Nm

3

0

50

100

150

200

GASOLIO 165,265 193,896

GECAM 117,502 54,991

NOx SO2

*Emissioni riferite al 3% di ossigeno

--72%72%--29%29%

0

50

100

150

200

GASOLIO 165,265 193,896

GECAM 117,502 54,991

NOx SO2

*Emissioni riferite al 3% di ossigeno

--72%72%--29%29%

mg/

Nm

3

Fonte: SGS ( Société Générale de Surveillance) Divisione Ecologia ha testato il Gecam™ su un generatore appositamente attrezzato, in raffronto con il gasolio riscaldamento tradizionale

GECAM™ RISCALDAMENTO: RISULTATI AMBIENTALI –COMUNE DI MILANO, TEST SU 10 IMPIANTI TERMICI

0

5

10

GASOLIO 9,54 3,43

GECAM 4,54 1,36

CO Polveri Totali0

5

10

CO Polveri Totali

-52% -60%

mg/

Nm

3

0

GASOLIO 179,31

GECAM 161,54

NOx0

200

GASOLIO 179,31

GECAM 161,54

NOx

-10%

mg/

Nm

3

Fonte: Stazione Sperimentale per i Combustibili/Comune di Milano. Le prove sono state condotte su 10 impianti termici di proprietà Comunale per verificare su campo il reale beneficio dell’emulsione in raffronto con il gasolio normalmente in uso sugli impianti comunali

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO

• Pirelli Ambiente Tecnologie costruisce sistemi di filtrazione del particolato in grado di abbattere di oltre il 90% le emissioni di particolato.

• Per la costruzione dei propri sistemi di filtrazione PirelliAmbiente Tecnologie utilizza supporti alveolari in carburo di silicio, materiale che presenta caratteristiche uniche di resistenza alle alte temperature ed agli sbalzi termici.

• Un materiale quindi particolarmente adatto per applicazioni di retrofit

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO

• Il particolato che si accumula sul filtro viene rigenerato in continuo grazie alla presenza di un catalizzatore. Questo può essere sotto forma di un additivo organometallico a base di ferro aggiunto al carburante attraverso un sistema di dosaggio a bordo veicolo o sotto la forma di un coating catalitico di metalli nobili.

• Entrambi i sistemi permettono di abbassare la temperatura di combustione del Soot a circa 250-280°C. Potendo variare il dosaggio l’additivo permette l’adattamento della soluzione nel caso di un Retrofit.

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO

Iveco 491 - Euro 2: Distribuzione Temperature

0,0%

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

6,0%

7,0%

8,0%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450T (°C)

Freq

uenz

a (%

)

Tpre Tpost

4900 - rigenerazione del 15-03-05

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

°C

0

50

100

150

200

250

mba

r

T preT postcontropressione

• La temperatura che si raggiunge allo scarico del veicolo è il parametro piùimportante per il buon funzionamento del sistema.

• Pirelli Ambiente Tecnologie effettua un monitoraggio delle temperature in esercizio prima di decidere come applicare il sistema ad un veicolo.

• L’immagine a destra mostra un evento di rigenerazione del filtro in esercizio.

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO

• Il sistema filtrante viene alloggiato in una marmitta progettata per sostituire il silenziatore originale senza rendere necessarie modifiche al veicolo.

• Pirelli Ambiente Tecnologie progetta il nuovo silenziatore al fine di rispettare i limiti di rumorosità del veicolo.

Cam Tecnologie S.p.A.

Fonte: ENI TECNOLOGIE

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO: TEST SU CICLO REALE URBANO

100

200

300

400

500

600

[mg/

km]

-95%02468

101214

Senza Filtro 1,169 14,293 7,139 1,403

Con Filtro 0,033 14,342 0,206 0,433

PM NOx CO HC

- 97%- 69%

- 97%

02468

101214

Senza Filtro 1,169 14,293 7,139 1,403

Con Filtro 0,033 14,342 0,206 0,433

PM NOx CO HC

- 97%- 69%

- 97%

[g/k

m]

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800

Velocitàmedia 13,94 km/h

Velo

cità

kmh

Veicolo: autobus urbano IVECO Euro 2 - Motore: IVECO 8360Ciclo: ATM Milano, linea 61 (ciclo urbano, linea centrale)

IPA

0

FILTRI PER PARTICOLATO: TEST SU CICLO STAZIONARIO ESC

Motore: Heavy Duty Iveco-Cursor in configurazione Euro 3. Ciclo: stazionario ESC

0

1

2

3

4

5

Senza Filtro 0,076 4,13 0,761 0,15

Con Filtro 0,006 3,965 0,084 0,047

PM NOx CO HC

[g/k

Wh]

- 92%

- 4%

- 89% - 69%

I risultati sopra indicati si riferiscono al sistema completo: filtro e catalizzatore ossidante

Fonte: Laboratorio del Centro Ricerche dell’Unione Europea JRC di Ispra

SISTEMI FILTRANTI PER PARTICOLATO: EFFICIENZA DI FILTRAZIONE DELLE NANOPARTICELLE

• Test eseguito nel centro prove Aerosol and Particle Technology Laboratori –Termy Tessaloniky (Grecia) su motore 1,9 lt con iniezione common-rail allo scopo di verificare la riduzione di particolato sull’intero spettro di emissione caratteristico dei motori di nuova generazione. Test eseguiti mediante l’impiego di un apparecchio SMPS in grado di rilevare la concentrazione di particelle di particolato comprese tra 16 e 1000 nm.

• Il grado di filtrazione delle nanoparticelle, ottenuto dal filtro Liqtech – utilizzato da Pirelli Ambiente Tecnologie - è superiore al 99% sull’intero spettro di emissione.

Inquinamento da polveri sottili nelle aree metropolitane: l’esempio di Milano

IL PROBLEMA PIÙ URGENTE: L’INQUINAMENTO DA POLVERI SOTTILI NELLE AREE METROPOLITANE - L’ESEMPIO DI MILANO

Oggi Potenziale riduzione di polveri sottili con le soluzioni Pirelli Ambiente = -44% di PM

Cicli e motocicli Automobili

Diesel per trasporto merci e autobus (3-5%)

16%

10%

12%

Traffico/inquinamento da attrito

Varie

Riscaldamento a gasolio

34%Merci > 3,5 ton

ed autobus

22%1%

Traffico/inquinamento da scarichi

6%

-36%

Riduzione PM da traffico

4%22%

1%

-8%

8%

10%

12%

Traffico/inquinamento da attrito

Varie

Riscaldamento a gasolio

Riduzione PM da riscaldamento

Cicli e motocicli

Automobili

Diesel per trasporto merci e autobus

Nel periodo invernale l’incidenza delle polveri emesse dagli impianti di riscaldamento sale al 27%

Fonte: dati INEMAR 2001

ANALISI PER CLASSI DI ETA’ DEL PARCO CIRCOLANTE DEI VEICOLI DIESEL MERCI ED AUTOBUS

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

Num

ero

veic

oli

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1983

1985

1997

1989

2001

2003

70.000

Pre-Euro 0

95.000

Euro 0

55.000

Euro 1

130.000

Euro 2

60.000 Euro 3

410.000 VEICOLI DIESEL MERCI ED AUTOBUS CIRCOLANTI IN LOMBARDIA

165.000Pre- Euro 0 ed Euro 0

Fonte: dati ACI

ANALISI PER MOTORIZZAZIONE DELLE EMISSIONI DI POLVERI SOTTILI DEI VEICOLI DIESEL PESANTI: MERCI E AUTOBUSIl 40% circa dei veicoli merci con peso > di 3,5 ton ha una anzianità di oltre 15 anni ed èequipaggiato con motorizzazioni euro 0 o pre euro 0 caratterizzate da elevatissime emissioni inquinanti.

40%

23%4%

34%3%35%

5%30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%Euro 0 eprecedenti

TotaleEuro 1 Euro 2 Euro 3

EVOLUZIONE DEI MOTORI DIESEL HEAVY DUTYFatte 100 le emissioni tipiche di un motore Euro 0 Heavy Duty per autobus, i limiti normativi Euro IV hanno imposto una riduzione del PM di oltre il 98% e degli NOX di oltre il 75%.

01020304050

60708090

100

NOxPM

Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5

1988 1993 1997 2001 2005 2008

L’IMPATTO DELLE SOLUZIONI PIRELLI AMBIENTE TECNOLOGIE

GecamTM Filtri per particolato

Per veicoli Euro 0 e precedenti

Riduzione del 50% di PM

Per autobus e veicoli merci

Riduzione del 90% di PM= - 36% delle polveri emesse allo scarico

dai trasporti su strada sul totale delle aree critiche (dove autobus e

veicoli merci incidono per il 40%)

+

Traffico

Riduzione del 50% di PM= - 8% delle polveri sul totale delle aree critiche (dove il

riscaldamento incide per il 16%)

GecamTM

Riscaldamento

Impatto complessivo: - 44% di PM

Grazie per l’attenzione