1

Tecnologie veicolari e mobilità sostenibile

• Il quadro di riferimento e gli sviluppi nel campo delle motorizzazione e dei materiali

• Le attività dell’ENEA nel settore dei veicoli

• Le criticità, le opportunità, i punti di forza

2

Il quadro di riferimento (1): fattori ambientali di carattere locale

Fonte: US EPA

3

Il quadro di riferimento (2): fattori ambientali di carattere globale

Fonte: APAT

89%

11%

89%

11%

Trasporto su strada

AltriConsumi energetici

per settore

25%28%23% 24%

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Produzione Energia

IndustriaTrasporti

Residenziale

89%

11%

89%

11%

Trasporto su strada

AltriConsumi energetici

per settore

25%28%23% 24%

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Produzione Energia

IndustriaTrasporti

Residenziale

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Produzione Energia

IndustriaTrasporti

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Consumi energetici per settore

25%28%23% 24%

Produzione Energia

IndustriaTrasporti

Residenziale

4

L’evoluzione del mercato europeo

Fonte: ”Monitoring of ACEA’s Commitment on CO2 Emission Reductions from Passenger Cars, Final Report 2003, Joint Report of the European Automobile Manufacturers Association and the Commission Services

5

Nuove tecnologie e riduzione dei consumi *

* Questo grafico è riferito agli Stati Uniti

Fonte: DOE

0

5

10

15

20

25

1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Year

Mill

ion

Bar

rels

per

Day

Veicoli con celle a combustibile

Veicoli ibridi con celle a combustibile

Consumo di derivati del petrolio per autotrazione

Produzione nazionale

6

Gli sviluppi nel campo delle motorizzazione e dei materiali

• Veicoli diesel, a benzina e gas, con motorizzazioni e componentistica fortemente innovative:elettrificazione spinta: drive by wire, breake by wire, parzializzazione del motore, comando elettromagnetico valvole, ibridizzazione “minima”etc.)nuovi materiali e sviluppo di nuove proprietà dei materiali classici (nanosensori, nanocatalizzatori, nanofibre, nanomagnetismo)

• Veicoli ibridi “dual mode” e veicoli con celle a combustibile nel medio-lungo termine

• Contemporaneamente, interventi rivolti allariduzione della massa dei veicoli.

7

Gli sviluppi di sistema: il veicolo inserito nel sistema mobilità

Il ripensamento del veicolo:intermodalità tra autovettura privata, modalitàciclopedonale e trasporto collettivo. nuovo modello organizzativo per trasporto merci basato su piattaforme logistiche e ottimizzazione dei percorsi

Gli sviluppi:Nuove funzionalità del veicolo come generatore di datiper il sistema mobilitàNuovi sistemi di supporto per il guidatore nella scelta delle opzioni di viaggio (controllo traffico”real time”)Integrazione con i servizi di intermodalità

8Fonte: ” US DOE, Fiscal Year 2007 – Budget in Brief

Il supporto alla ricerca in campo internazionale

9

Le tecnologie prioritarie individuate nel PNR

•le tecnologie e materiali per propulsori a combustione interna;

•le tecnologie per i veicoli e sistemi di propulsione alternativa;

•le tecnologie per i nuovi propulsori basati sull'impiego delle fuel cell;

•le tecnologie e i materiali per nuove architetture di veicolo;

•le tecnologie e materiali per la riduzione dell'inquinamento acustico;

•le tecnologie per i veicoli intelligenti ad alta sicurezza;

•le tecnologie telematiche di localizzazione.

Il supporto alla ricerca in campo nazionale

10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Ossido dicarbonio

N0x Particolato

Emissioni a confronto, nell'uso reale, per autobus da 12 m

Diesel Ibrido

Fonti: ENEA, Toyota

0,080,05

0,01

0,100,05 0,02

1,00

0,63

0,18

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

g/km

N0x HC CO

Emissioni a confronto (ciclo di omologazione)

Euro IV Prius I Prius II

12,822,05

17,323,95

23,324,95

0 5 10 15 20 25 30

km per litro e migliaia di euro

Avensis 1.8 Lbenzina

Avensis 2.0 Ldiesel

Prius 04

Percorrenze a confronto (ciclo ECE) e costi di acquisto

Veicoli e sistemi di propulsione alternativa: le motorizzazioni ibride

11

Le attività dell’ENEA nel settore dei veicoli

• Attività ENE-TEC• Attività ENE-BIO• Attività PROT-ANT• Attività IDROCOMB• Attività MAT

12

Attività ENE-TEC• Caratterizzazione su strada veicoli innovativi

•Sperimentazione al banco di veicoli e componenti

•Sviluppo componenti per sistemi di trazione

•Sviluppo sistemi telematici terra-bordo

13

Metodologie e sistemi di misura per la prova a banco ed “on board”

PROVE A BANCO

Sezione prova batterie

Sezione prova supercondensatori

Stazione prova sistemi di trazione

Banco a rulli

PROVE SU STRADA

Misure parametri cinematici ed energetici

Misure emissioni

Commesse industriali 650 keuro(2004-2005)

14

Caratterizzazione su strada veicoli innovativi: analisi energetica

Analisi sistemi di bordoAnalisi sistemi di bordo

Valutazione efficienzaValutazione efficienza

Correlazioni funzionaliCorrelazioni funzionali

nodo caricoDCDC

Batteria

41805762

965

3135 2518

Flussi energeticiFlussi energetici

Analisi energetica WTWAnalisi energetica WTW

15

Caratterizzazione su strada veicoli innovativi: analisi emissioni

La strumentazione attualmente utilizzata per la misura delle emissioni ècostituita dal sistema HORIBA OBS-1000 Tale sistema è capace di misurare continuamente l’emissione di CO, CO2, HC, NOx prodotta da veicoli in movimento, sia nella concentrazione istantanea che nella massa istantanea, potendole rapportare sia alla distanza percorsa che al consumo di combustibile.

0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Unit NOx Emission (gr/km)

Pro

babi

lty D

ensi

ty P

rofil

e

<-- Diesel

<-- Hybrid

16

Sperimentazione al banco di veicoli (con PROT-ANT & IDROCOMB)

17

Misure di emissioni di PM ed IPA da veicoli a due ruote (PROT-ANT)

271

139

10269

176

306

101

0

50

100

150

200

250

300

EURO 0 EURO I EURO II EURO II

CICLOMOTORI 2 TEMPI

[mg/

km]

PM A freddo PM A caldo

5

2

5

2

0

1

2

3

4

5

6

EURO 0 EURO I

SCOOTER 4 tempi[m

g/km

]

PM Intero Ciclo PM A caldo

PMMisure effettuate su cicli di omologazione ECE 47 (ciclomotori) ed ECE 40 (scooter).Il contributo dei ciclomotori alle emissioni di PM in ambito urbano èpraticamente identico a quello attribuito ai veicoli diesel.

Ciclomotori EURO II: necessari ulteriori approfondimenti

Immatricolati prima del

17.06.1999

Immatricolati tra il 17.06.1999 e il 17.06.

2002

Immatricolati dopo il

17.06.2002

Immatricolati prima del

17.06.1999

Immatricolati dopo il 17.06.

1999

Misure di emissioni di polveri sottili (PM) ed idrocarburi policiclici aromatici (IPA) (Convenzione ENEA-Comune di Roma)

18

Prova al banco power train Fiat 600 H2 (Progetto CRF “Controllo FC)

3200 3220 3240 3260 3280 3300 3320 3340 3360 3380

0

50

100

150

200

25020 cicli ECE 15-UDC (1.013km) - gestore: grandezze elettriche (ZOOM)

Tempo [s]

[V],

[A

]

V linkIlinkVbuIbuVfcIfc

MIPEC FC

Batterie

Azionamento

2748

2599 = 2618 - 19

13 = 171 - 158

Riduzione del consumo di idrogeno dell’11% con una corretto dimensionamento del sistema ed una corretta gestione dei flussi di energia

19

Sperimentazione accumuli elettrici: caratter. e prove vita (con IDROCOMB)

Confronto tra la sola batteria e l’accumulo integrato (batt.+ superconden.):

la prova vita ha evidenziato una durata tre volte superiore per il sistema “misto”

I 2

I 1

Batt. Cicler

Total current

V

UC current

I 2

I 1

Batt. Cicler

Total current

V

I 2

I 1

Batt. Cicler

Total current

V

I 1

Batt. Cicler

Total current

V

UC current

20

Prototipi di componenti e sistemi per veicoli innovativi e sistemi per il monitoraggio del trasporto intermodale

Sistema di bordo per il monitoraggio merci pericolose TRAIN 140keuro

Sistema di controllo per “Ibrido Triplo” ( fuel cell, batterie, supercapacitori)

Sistema di accumulo integrato a 12 V per autovettura

Sistema di diagnostica on Line trasporto in container a refrigerazione passiva TRAIN 700 Keuro

Attività di sviluppo

Sistemi di trazione per microvetture e per materiale rotabile

21

Motore a combustione interna

Carichi elettrici di bordo

Convertitore Elettronico Bi-direzionale

Macchina Elettrica reversibile 12 V

Sistema di trasmissione a cinghia elastica Sistema di Accumulo Misto Integrato

DC

AC

Condizionatore

Servosterzo Carichi Ausiliari

Frizione elettromagnetica

L+ +

-

Batteria12 V

Modulo UCs 14 V

-

+

_

Funzionalità:Stop/Start del motore a c.i.Re-generation in rallentamento/frenata del veicoloRisultati:maggiore durata della batteria, riduzione delle perdite per l’elevata efficienza degli UCs ad alte correnti di scarica/carica

Accumulo elettrico integrato a 12 V

Brevetto ENEA n° RM 2005 U 000055 del 02/05/2005

22

Gestione/controllo per l’ibrido triplo

Azionamento 15/30 kW

n.20 batterie 12V/13 Ah

n.3 supercondensatori 40V/67 F

Emulatore FC da 5 kW

Risultato:Prestazioni paragonabili a quelle delle batterie a Ni-MeH, a costi inferiori (per sistemi di taglia media e grande) MIPEC (Multi Input Power Converter)

23

Sistemi di trazione per materiale rotabile e microvetture

Locomotori da manovra ed automotrici ibridizzati

Ibrido “parallelo” su telaio microvettura con accumulo integrato

24

Sistema di bordo per merci pericolose

Identificazione del veicolo

Identificazione del carico

Verifica stato del veicolo

Localizzazione del veicolo

Comunicazione veicolo CdC

Verifica stato del carico

Gestioneintegrata funzioni

Informazioni di bordo

-Miglioramento della sicurezza di trasporto e transito delle merci pericolose

-Accrescimento delle potenzialità di intervento e soccorso

- Potenziamento delle azioni di movimentazione delle merci pericolose

25

Diagnostica “on line” filiera agroalimentare

Controllo di qualità in linea nella filiera del trasporto di prodotti agroalimentarimediante rilevazione in linea di parametri fisico chimici

•Fattore di garanzia per la filiera agroalimentare

•Strumento decisionale per la collocazione in tempo utile del prodotto

26

Attività Ene-BIO- biocombustibili liquidi da lignocellulosici

Gassificazione CO + HCO + H22 SINDIESEL

PROCESSI TERMO-CHIMICIBiomasse

lignocellulosiche

Idrolisi

Zuccheri

PROCESSI BIO-CHIMICI

bioETANOLO

Steamexplosion

27

IDROCOMB:progetti su sistemi di accumulo (1)

Attività/progetti•Sviluppo di componenti, (supercondensatori e batterie al litio,)nell’ambito di diversi progetti europei•Studi e sperimentazioni di componenti e sottosistemi a supporto della progettazione di diverse tipologie di veicoli (sia a celle a combustibile che con motori a combustione interna)

Competenze - Sviluppo e caratteriz. Materiali, componenti e sistemi di accumulo elettrochimico (batterie al litio, supercondensatori);

Attrezzature - Laboratori per preparazione e caratterizzazione dei materiali

28

IDROCOMB:progetti su sistemi di accumulo (2)

Componenti per veicoli a idrogeno-celle combustibile-supercapacitori

(progetto ILHYPOS)

Finanziamenti UE 660 keuro

Componenti per veicoli ibridi a celle a combustibile-batterie al litio

(progetti LIBERAL e HYSIS)

29

Attivita’ della UTS MAT nel settore dei materiali per trasporti

Le attività MAT si sviluppano lungo tre direttrici fondamentali:

• Materiali leggeri: (polimeri e loro compositi, leghe leggere, schiume metalliche, tecnologie di “material processing”)

• Materiali per alta temperatura: (materiali ceramici per pale statoriche di turbine aeronautiche)

• Materiali per lo stoccaggio di idrogeno: (materiali leggeri compositi a base Mg, scaling-up dei processi meccanochimici) (in collaborazione con IDROCOMB &ENE)

30

Nanostrutture di carbonio da utilizzarsi come fillers per nanocompositipolimerici.Progetto TEXTRA

31

Criticità, opportunità e punti di forzaCriticità di sistema

Criticitàinterne

Opportunità e punti di forza

Potenziali finanziam.

Partners

Sviluppo sistemi trazione ibrida

Impegno di colossi a livello internazionale, forte concorrenza delle tecnologie tradizionali (diesel)

Competenze ingegneria elettrotecnica

Nicchie relative a trasporto pubblico, trasporto urbano merci e, trazione ferroviaria,Disponibilità presso ENEA di laboratori e competenze specifiche

MIUR, UE, , piccola e media industria, gruppo FS

CRF, Microvett, Trenitalia, Ansaldo Ricerche, Istituto Motori, unversità

Microcar e microvan

Possibile competizione con prodotti della grossa industria

Competenze ingegneriaelettrotecnica

Pluralità potenziali produttori, mercato non consolidato, attualità del tema per mobilità urbana.Partnership consolidate con gruppi universitari

MIUR, MATT, industria medio-piccola, comuni regioni

Costruttori microcar, Lombardini, Tartarini e Landi, CRF, Università

Ricerca sviluppo e qualificaz. compon. e sistemi

Assenza accordo di programma con MIT e MATT

Maggiore integrazione dei gruppi che si occupano di misura emissioni e modelli di stima e nel campo dell’accumulo H2

Terzietà,disponibilità di attrezzature e collegamenti internazionaliRichiesta di verifiche in condizioni di reale esercizio

Industrie, MIUR, enti pubblici centrali e perifericiUE

CRF, Lombardini,FIAMM,Arcotronics,Semikron,, università

32

Criticità, opportunità e punti di forza

Associazioni agricole e industrialiCNR- università

MIPA, MIUR, UE Obbligo del 1% (energetico) di biofuel entro 31 dic 2005 e 2.5% entro 2010

Insufficienza delle risorse agricole tradizionali

Dispersione di competenzeRidotta capacità di costruire e gestire impianti pilota

Pochi operatori industriali, costi e produzione agricola

Biocomb. per il trasporto sostenibile

Industria, università

MIUR, UE, industria di settore, fornitori di servizi

Competenze sistemiche integrazione con progetti di razionalizzazione della mobilità passeggeri e merci

Difficoltà a produrre un prototipo industriale

Forti investimenti ricerca industriale

Sviluppo di sistemi di bordo dedicati

Comuni, regioniindustria

MAT, MITComuni, regioniUE

Esperienza pregressa, competenze di sistemacollegamenti internazionaliPropensione delle amministrazioni ad investire in flotte a basso impatto

Necessità di risorse sul territorio

Limitatezza delle risorse pubbliche disponibili, tempi generalmente lunghi per attuazione

Partecipaz. ad applicaz. dimostrat.

PartnersPotenziali finanziam.

Opportunità e punti di forza

Criticitàinterne

Criticità di sistema

note conclusive

Punto di forza dell’ENEA sinergie di competenze di tipo modellistico-analisi sistema con competenze di tipo sperimentale

Necessità di un approccio sistemico anche sotto la sola angolazione energetica , in quanto le razionalizzazioni di sistema hanno spesso un ruolo maggiore dei miglioramenti tecnologici

Problematica interdisciplinare con valenza, energetica, ambientale, economico-sociale ed industriale

Frammentazione della ricerca a livello nazionale, assenza di un Istituto di Ricerca sui Trasporti presente in molti paesi avanzati

Sforzo di integrare le attività di sviluppo del settore veicoli con tematiche emergenti di gestione della mobilità passeggeri e merci

i progetti sui trasporti

?Schema a tre punte o uno e trino ?

• Comuni e ex municipalizzate,

• Operatori merci, • Grandi utenti (Poste,

ospedali, ecc)

- Diffusione e commercializzazione dei sistemi realizzati

- Sviluppo sistemi di ottimizzazione del trasporto e della distribuzione

- Integrazione con sistemi gestione traffico

Gestione operatvidel trasporto merci

• MIUR,• Università,• Comuni e Municipalizzate,• Telecom,Pirelli,Mizar etc

- Studio delle dinamiche di controllo e regolazione

- Sviluppo modellistica di integrazione dati e previsione stato del traffico

(progetto SAPREMO ?)

Gestione on line mobilità e traffico

• TRAIN, MIT,MIUR, UE,• Regioni, • Università,• Operatori trasporto

- Estensione modelli su scala europea e mediterranea

- Definizione e realizzazione procedure standard di aggiornamento dati

Pianificazione trasporto multimodale merci

• MATT• MIT• Comuni• Province

- Diffusione sistemi realizzati- Realizzazione servizi per le amministraz.- Nuove metodologie e strumenti di

acquisizione ed aggiornamento dati

Pianificazione e governo mobilitàurbana

PartnershipAttività a breve-medio termineLINEE DI ATTIVITA’

Progetto 1 - GESTIONE MOBILITA’

PartnershipAttività a breve-medio termineLINEE DI ATTIVITA’

MIUR,Università,Industria

- Sviluppo sistemi di controllo flussi di potenza

- Sviluppo prototipi per applicazioni dedicate (estrasporto merci pericolose, gestione flotte logistica urbana)

Sistemi di bordo

CRF, università, Istituto Motori, Ansaldo Ricerche, Trenitalia, Microvett, costruttori microcar, FIAMM, LombardiniSemikron etc.

- Sviluppo di sistemi di trazione ibrida (strada e ferrovia)

- Sviluppo prototipi microcar e microvan a bassissimo consumo

- Sviluppo e qualificazione di componenti

- Applicazioni dimostrative

Tecnologie di trazione

Progetto 2: TECNOLOGIE INNOVATIVE VEICOLI

PartnershipAttività a breve-medio termineLINEE DI ATTIVITA’

• MATT,• APAT, • Università,• Regioni, • UE

- Estensione impatti e valutazione su scala regionale e a valutazione strategica di piani e programmi, sistemi integrati di pianificazione (RES ?)

Impatti del trasporto su scala regionale

• MATT, • APAT,• comuni, province • UE

- Commercializzazione sistemi realizzati

- Applicazioni prototipali su aree metropolitane

Impatti del traffico urbano

Progetto 3: IMPATTI DEI TRASPORTI

INTERAZIONI TRA AREE PROGETTUALI

Le misure a banco e su strada (cicli reali di guida) forniscono coefficienti di emissioni realistici dei veicoli, inoltre le misure in campo sono essenziali per la verifica dei risultati dei modelli

Lo sviluppo di tecnologie veicolari si integra in progetti innovativi di gestione della mobilità ( microvan per sistemi logistici urbani, microcar per scambio con trasporto collettivo, sistemi di bordo dedicati alla logistica, soluzioni a basso impatto per il trasporto collettivo)

Tecnologie innovative per i veicoli

I modelli per la gestione della mobilità forniscono alla valutazione degli impatti l’input essenziale dei parametri di traffico sulla rete considerata

Impatti sistemi di trasporto

Le metodologie e gli strumenti di valutazione degli impatti vengono utilizzati come discriminanti nei sistemi di pianificazione ed in prospettiva anche in quelli di controllo in linea

Gestione mobilitàImpatti sistemi di trasportoGestione mobilità

Esigenze

• Maggiore integrazione competenze energia ed ambiente

• Acquisizione nuove competenze in:– ingegneria ed economia dei trasporti– ricerca operativa– ingegneria elettrotecnica

Aree progettuali Linee di attività finanziamenti

attuali Progetti in evidenza Partner di ricerca

Potenziali finanziatori

1) Gestione mobilità passeggeri e merci

Pianificazione e governo della mobilità urbana Pianificazione del trasporto multimodale delle merci Gestione on line di mobilità e traffico Gestione operativa del trasporto merci urbano ed extraurbano

600 keuro MIUR 100 keuro UE totale 700 keuro

SAPREMO, sviluppo di un prototipo per la gestione in linea del traffico e della mobilità urbana basato sulla rilevazione degli spostamenti mediante la rete della telefonia mobile; approvato dal MIUR con punteggio 85 Previsione finanziamento 1500-2500 keuro

TRAIN Università (Roma Sapienza, Salerno) Istituti di ricerca europei Operatori delle telecomunicazioni (Telecom. Pirelli, Mizar)

MATT, MIT (definizione di procedure e standard nella redazione dei piani, progetti dimostrativi) Comuni, Province, Regioni (adattamento e calibrazione degli strumenti sulla realtà locale, training del personale) Operatori logistici e trasporto (Omnialogistica) (strumenti per ottimizzazione dei processi, training) Grandi utenti (Poste, ospedali etc.) (strumenti per ottimizzazione dei processi, training) MIUR , UE (ricerca)

2) Tecnologie veicolari per mobilità sostenibile

Tecnologie di trazione Sistemi di bordo

100 keuro commesse industriali su ibridi (microvett, asm brescia) 100 keuro UE (veicoli TP a basso impatto) 1200 keuro MIUR (sistemi di bordo) totale 1400 keuro

Microcar e microvan avviato con risorse autonome

CRF Università (Pisa, Tor Vergata, Roma 3, Roma 1) Istituto Motori CNR Ansaldo Ricerche, Trenitalia,

Costruttori veicoli Microvett, FIAMM, Lombardini, Semikron (realizzazione prototipi) MATT, MAP (progetti dimostrativi) MIUR, UE (ricerca)

3) Impatti dei sistemi di trasporto

Impatti del traffico urbano Impatti del trasporto su scala regionale

100 keuro APAT 20 keuro comuni 130 keuro totale 250 keuro

RES in attesa seconda fase valutazione UE Previsioni finanziamento 600-650 keuro

APAT, Università, Comuni, Province, Regioni

MATT (progetti dimostrativi, definizione di procedure e standard) UE (ricerca) Regioni, Province, Comuni (adattamento e calibrazione degli strumenti sulla realtà locale, training del personale)

totali 2350 NOTE Area progettuale 1)

• il grosso dei finanziamenti in atto riguardano lo sviluppo di sistemi per la pianificazione e gestione della mobilità delle merci (progetto Agrologis) e delle emergenze di traffico a seguito di incidenti (progetto SITI),

• l’attivazione di finanziamenti per lo sviluppo di metodologie e strumenti per la pianificazione e gestione della mobilità urbana necessitano di una attività di promozione presso i ministeri competenti e le regioni

Area progettuale 2) • I finanziamenti più consistenti riguardano attualmente lo sviluppo di sistemi di bordo, in sinergia con attività progettuali di

gestione della mobilità, nell’ambito dei citati progetti AGROLOGIS e SITI Area progettuale 3)

• Il contratto con l‘APAT è in fase di stipula e riguarda una prima applicazione del sistema ISHTAR alle aree metropolitane