Il contributo all’inquinamento dei motori a ciclo diesel

Il parco auto urbano dovrà essere modificato nei prossimi anni e le previsioni degli esperti dei motori termici prevedono un riassortimento dei sistemi di propulsione combinati in maniera variabile secondo le molteplici esigenze di mobilità

Il contributo all’inquinamento dei motori a ciclo diesel

Francobollo della Deutschen Bundespost del 1958 per il 100º anniversario della nascita

Rudolf Diesel brevetta a Berlino il suo motore nel 1892, da lì sarà un crescendo di utilizzi nell’impetuosa trasformazione industriale dell’Europa. Gli impianti industriali più all’avanguardia a partire dall’inizio del XX secolo ne fanno un grande uso diventando il cuore pulsante degli impianti produttivi e mandando in soffitta le enormi e poco efficienti caldaie a carbone/vapore. Sarà la Mercedes-Benz nel 1936 ad installare per la prima volta un motore a gasolio di 3600 cc 45 cv sul telaio di un’auto. Come sempre gli eventi bellici fanno registrare un’accelerazione alla tecnologia ed alla ricerca i cui risultati vengono poi applicati nei più svariati campi in tempo di pace.

Il motore diesel (ormai è entrato nell’uso comune scriverlo con la minuscola) non si sottrae a questo processo ed entra in punta di piedi, nel corso degli anni ‘50, come motorizzazione di nicchia per autovetture adibite al trasporto privato di persone, il motore a ciclo diesel esordisce in Italia grazie a Fiat nella cilindrata di 1900 cc da 40 cv ed in Francia grazie a Peugeot con una cilindrata di 1816 cc da 48 cv inaugurando, per i due costruttori, la produzione di tale motore in scala industriale.

In Italia la partenza delle vendite appare fin da subito sotto tono, in Francia le auto allestite con i motori diesel resteranno invece per anni appannaggio quasi esclusivo dei territori coloniali d’oltremare. Tuttavia in Italia, nel corso del tempo, la trazione diesel troverà sempre maggiore impiego per allestire, con cilindrate adeguate, furgoni, camioncini, camion, autoarticolati e pullman, volendo limitare il campo al solo settore dei trasporti su gomma. Negli ultimi 30 anni la diffusione del motore diesel ha raggiunto quote importanti facendolo preferire agli automobilisti italiani alle motorizzazioni a benzina, una tendenza che anche i costruttori hanno assecondato, riducendo l’offerta di tale motorizzazione e relegando quest’ ultima a propulsori di piccola cilindrata.

Ai nostri giorni i motori termici a ciclo diesel sembrano essere i maggiori responsabili dell’inquinamento urbano ed anche le case costruttrici li hanno messi al bando togliendoli, per alcuni modelli, dall’offerta delle motorizzazioni possibili.

Come redazione di ARPATnews abbiamo posto alcune domande sulla questione al Prof. Gerardo Valentino, Direttore dell’Istituto Motori di Napoli CNR ed al Dott. Carlo Beatrice Primo Ricercatore presso la medesima struttura, per conoscere il reale contributo dei motori diesel all’inquinamento dei nostri centri urbani.


Motori a benzina e diesel, quali sono le differenze di base riguardo alle emissioni inquinanti?
Come premessa è opportuno considerare che l’indice della qualità dell’aria viene valutato con riferimento al biossido di azoto e al particolato, i cui valori non devono superare determinate soglie. Oltre a ciò, le emissioni di biossido di carbonio, in quanto gas climalterante e tra i principali responsabili del cambiamento climatico, non sono da includere tra gli inquinanti. Ne consegue che le principali differenze, in termini di emissioni inquinanti, tra motori diesel e benzina sono riferite alla produzione di ossidi di azoto e Particolato prevalenti per i motori diesel e del monossido di carbonio per i motori benzina.

Negli anni scorsi al diesel è stato attribuito in generale il maggiore contributo all’inquinamento nelle nostre città, è effettivamente cosi?
In linea di principio questa affermazione è corretta almeno per le motorizzazioni ante Euro 6, in quanto, con riferimento ai principali inquinanti delle motorizzazioni diesel, ossidi di azoto e Particolato, le vetture Euro 3 (Gennaio 2000), Euro 4 (Gennaio 2005) e Euro 5 (Settembre 2009) avevano dei limiti di omologazione per gli ossidi di azoto rispettivamente di 500, 250 e 180 mg/km contro 180, 80 e 60 mg/km delle motorizzazioni benzina.

Per quanto riguarda il PM le motorizzazioni benzina, essendo nella quasi totalità equipaggiate con motori a iniezione indiretta con combustione stechiometrica (PFI) producono un livello di particolato molto basso e non contemplato dalle normative ante Euro 6, mentre per i diesel i limiti di emissione, nelle rispettive classi di omologazione, sono di 50, 25 e 5 mg/km di PM rispettivamente per Euro 3, 4 e 5. In realtà, a fronte dei limiti previsti dall’omologazione, le emissioni su strada, in condizioni di guida reale, risultano decisamente più alte.

Pompa .jpgTra la fine degli anni ‘80 e tutto il decennio degli anni ‘90, la vendita di veicoli a motore diesel è stata molto incentivata, quali i motivi?
Uno dei motivi fu senz’altro la possibilità di realizzare consistenti tagli alla bolletta petrolifera della nazione grazie ai bassi consumi del motore diesel che alla fine degli anni ’90 (1997) si concretizzò con l’abolizione del super bollo sui veicoli alimentati a gasolio, i cui effetti negativi sulle vendite sono ampiamente dimostrati dal crollo del mercato degli anni ’80.

L’altro elemento è da ricercare nel rapido sviluppo della tecnologia dei sistemi di iniezione ad alta pressione che consentiva di conseguire prestazioni prossime alle motorizzazioni a benzina con ulteriori economie sui consumi. Alla fine degli anni ’90 con l’affermazione del “common rail” si registrò un ulteriore progresso nei motori diesel, con progressiva riduzione delle cilindrate e miglioramento delle prestazioni, caratteristiche che lo hanno reso sempre più competitivo sul mercato nazionale ed europeo.

Esistono differenze nelle emissioni tra autovetture diesel ed i veicoli commerciali con lo stesso tipo di motorizzazione?
A partire da settembre 2019 tutti i nuovi veicoli commerciali immatricolati sono sottoposti al ciclo di omologazione WLTP, mentre per tutte le nuove autovetture per trasporto passeggeri la data è anticipata a settembre 2018.

Con l’evoluzione della normativa EURO sono stati imposti interventi restrittivi importanti, quali sono oggi le differenze delle emissioni per i nuovi veicoli benzina e diesel, per esempio per una medesima cilindrata di 1300cc a quattro cilindri?
L’evoluzione della normativa Euro prevede un iter temporale verso Euro 7 per cui autovetture destinate al trasporto passeggeri (Cat. N1 class 1) con motorizzazione benzina (SI) e Diesel (CI) evolveranno verso analoghi limiti di emissione.

I limiti di emissione attuali Euro 6 per le autovetture sono illustrati nella seguente tabella:

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Le emissioni dei motori diesel si sono ridotte con i nuovi parametri Euro al momento dell’omologazione WLTP; ma i veicoli in normale esercizio d’uso sono poi in grado di mantenere i valori dell’omologazione o se ne discostano e se sì, in che misura questo è previsto?
La normativa Euro 6 ha introdotto una nuova procedura di omologazione denominata WLTP (World Light Vehicle Test Procedure), la quale definisce le modalità per determinare i livelli di inquinanti, emissioni di biossido di carbonio, consumo di carburante o di energia oltre che per i motori termici anche per i veicoli elettrici leggeri. Tale procedura ha introdotto un nuovo ciclo (WLTC) di maggiore durata e più dinamico del precedente NEDC che potrà fornire valori relativi ad emissioni e consumi di combustibile più rappresentativi delle condizioni reali di guida.

La normativa Euro 6 ha anche introdotto dal 2017 nuovi test sulle emissioni con guida reale, i cosiddetti test RDE (Real Driving Emissions) per garantire che le autovetture soddisfino i limiti delle emissioni anche nella guida reale, invece che solamente in laboratorio. Nella prova in condizioni reali (RDE) le emissioni inquinanti come il particolato e gli ossidi di azoto sono misurati direttamente su strada, ciò significa che il veicolo deve essere guidato all’esterno e su strade reali con variazioni casuali di parametri quali l’accelerazione, la decelerazione, la temperatura ambientale e i carichi utili.

Un ulteriore importante aspetto è che il costruttore dovrà indicare nel certificato di conformità le emissioni reali di guida di ogni veicolo, con informazioni trasparenti e disponibili a tutti. Nella fase transitoria sono stati introdotti dei cosiddetti intervalli di conformità (Conformity Factor, CF) che indicano la differenza massima tra il limite di omologazione in laboratorio (Ciclo WLTC) e le emissioni misurate su strada (RDE).

A titolo di esempio, a partire dal 1 gennaio 2020 per le emissioni di ossidi di azoto il CF è stato ridotto a 1,43 mentre nel caso del numero di particelle PN il conformity factor resta fissato a 1.5 e quindi nella prova RDE la misura dell’inquinante dovrà essere inferiore al limite dato dal prodotto: NOx(RDE)= Limite Euro 6d x 1,43, PN (RDE) = Limite Euro 6d x1.5″.

E per quanto riguarda i diversi tipi di inquinanti (polveri sottili e ossidi di azoto)?
Come già sottolineato in precedenza l’iter della normativa verso Euro 7 prevede una uniformità sui limiti delle emissioni inquinanti per le motorizzazioni diesel e benzina. In particolare, con riferimento al particolato, al fine di rispettare i limiti Euro 6d RDE, i veicoli con motori benzina richiederanno l’introduzione della tecnologia di post trattamento con filtro di particolato (Gasoline Particulate Filter, GPF) sulla maggioranza dei veicoli, considerata la diffusione delle motorizzazioni benzina iniezione diretta.Peugeot Diesel .jpg

I dispositivi applicati a tutto il sistema di scarico (dai collettori alla marmitta) dei fumi esausti per abbattere le emissioni sono in qualche modo rimovibili dagli utenti al fine di migliorare le prestazioni?
Premesso che qualsiasi intervento sul sistema di scarico è soggetto ai vincoli tecnici e normativi del Codice della Strada, l’architettura e il funzionamento efficiente della linea di scarico e post-trattamento di ultima generazione, per Euro 6d-temp, è molto complessa ed è gestita direttamente dalla centralina di controllo motore (ECU) per garantire prestazioni ed emissioni tali da rispettare i vincoli normativi sulle emissioni inquinanti regolamentate.

Sebbene molto complicato, non è da escludere la possibilità di manomissione dei dispositivi da parte degli utenti. Tuttavia, è opportuno anche sottolineare che per il buon funzionamento dei complessi motori Euro 6d, è necessario rispettare il programma di manutenzione richiesto dalla casa costruttrice attraverso i “tagliandi” di controllo in officine autorizzate, dove alterazioni al software o al sistema di scarico possono facilmente essere individuate.

I dispositivi elettronici e non, per abbattere le emissioni, sono in grado di garantire il loro corretto funzionamento lungo tutto il ciclo di vita del veicolo oppure è noto che a partire da un dato momento perdono o diminuiscano la loro efficacia?
Tutti i sistemi di controllo emissioni di primo equipaggiamento sono in genere progettati e sviluppati per durare per l’intero ciclo di vita del veicolo, in genere circa 300.000 km per un’autovettura, nell’ipotesi che sia rispettato il programma manutentivo. In caso di precoce deterioramento, è in genere possibile sostituire il componente deteriorato con uno nuovo.

È possibile conoscere l’incidenza/contributi del parco circolante diesel ed a benzina sul totale dell’inquinamento urbano ed aumentando il dettaglio? È possibile conoscere i contributi dei diversi criteri Euro che si sono succeduti negli anni?
Uno tra i principali problemi che contribuiscono all’inquinamento prodotto dagli autoveicoli è l’età media del parco circolante che secondo stime recenti ha una età media di 11 anni e 4 mesi e una composizione secondo la classe Euro, su un totale di circa 38.190.000 di autovetture circolanti, così strutturata:

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*Fonte UNRAE

La tabella che segue mostra invece la consistenza del parco delle autovetture dettagliata per alimentazione laddove si evince che le autovetture con motorizzazioni benzina sono diminuite da 80.4%, anno 2000, fino al 46.3%, con riferimento al 2018. Il calo delle autovetture motorizzate a benzina è compensato dall’incremento della motorizzazione diesel, aumentata dal 14.7 al 44.4% nel 2018.

Come si evince dalla tabella le autovetture considerate a minor impatto ambientale non sono presenti in misura significativa e rappresentano all’anno 2018 solo lo 0.7% dell’intero parco circolante.

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Il report di “Transport & Environment” recentemente diffuso segnala l’alta tossicità delle scorie derivanti dai motori a ciclo Diesel e le difficoltà di stoccaggio delle stesse a seguito delle procedure di pulizia dei sistemi di cattura delle polveri sottili; quali sono le sue considerazioni in merito?
Come sottolineato nel report, i limiti di omologazione non includono la misura delle emissioni durante la rigenerazione del filtro come pure non vengono misurate particelle ultrafini (<23nm) che costituiscono un serio rischio per la salute. È opportuno che la normativa futura (verso euro 7) possa richiedere limiti su tutti gli inquinanti (incluso l’ammoniaca) e sulle particelle inferiori ai 23micron in diametro anche durante la rigenerazione del DPF “Diesel Particulate Filter”.

Quali politiche dovrebbero adottare le Amministrazioni Comunali per contrastare l’inquinamento atmosferico e quali dovrebbero essere i parametri efficaci da considerare secondo i più recenti studi?
Sebbene il contributo del traffico stradale all’inquinamento urbano è una frazione non maggioritaria rispetto ad industria e riscaldamento, la sua entità, a prescindere dal tipo di veicolo, è legata all’intensità del traffico veicolare. Inoltre, le auto di vecchia tecnologia (ante Euro 5) contribuiscono in misura nettamente maggiore rispetto a quelle più moderne. Ad esempio, per le auto dotate di filtro antiparticolato, soprattutto quelli di ultima generazione (Euro 6d), recenti esperienze sul campo indicano che le emissioni di polveri sottili dallo scarico del motore sono simili o inferiori a quelle prodotte dal rotolamento degli pneumatici sulla strada o dall’usura dei freni.

Pertanto qualunque politica volta alla diminuzione del numero di veicoli circolanti e alla dismissione dei veicoli più obsoleti (ante Euro 5) è da considerare essenziale per il miglioramento della qualità dell’aria nei centri urbani.

La nuova frontiera dei veicoli quale sarà: l’ibrido o l’elettrico?
Il tema è molto dibattuto in tutti i contesti: politico, scientifico ed economico. Nell’ambito della comunità scientifica internazionale, almeno dal punto di vista della sostenibilità ambientale, sembra emergere il pensiero che non vi è una soluzione unica ed assoluta, ma che in funzione della tipologia di veicolo e del suo utilizzo, alcuni tipi di motorizzazioni possono avere dei vantaggi rispetto ad altri. Semplificando di molto il concetto, si può ipotizzare che per la mobilità di corto raggio delle persone in ambito urbano, i veicoli elettrici hanno un vantaggio indubbio dal punto di vista delle emissioni e del costo di esercizio. Viceversa, per il trasporto delle merci o per la mobilità personale a lungo raggio, motorizzazioni che utilizzino combustibili liquidi o gassosi rinnovabili potrebbero avere un minore impatto ambientale sull’intero ciclo di vita del veicolo.

Al fine di un’efficace transizione verso una mobilità “CO2 neutral”, sarà necessario uno sfruttamento sinergico delle caratteristiche dei diversi sistemi di propulsione e dei vettori energetici relativi, offrendo la giusta soluzione per ciascuna esigenza di mobilità (urbana, extra-urbana ecc.).


È prevista la pubblicazione di un altro approfondimento sulla questione dei motori diesel a seguito di un’intervista ad un docente del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Firenze .

Intervista a cura di Sergio Lavacchini

http://www.arpat.toscana.it/notizie/arpatnews/2020/022-20/il-contributo-allinquinamento-dei-motori-a-ciclo-diesel

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