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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