L`effetto dell`emulsione sulle emissioni dei motori diesel per veicoli

L’effetto dell’emulsione sulle emissioni dei motori
diesel per veicoli pesanti e leggeri di nuova
generazione
Intervento 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:
“sviluppare tecnologie e/o prodotti in grado di soddisfare il
crescente bisogno di soluzioni concrete nel campo dell’energia e
dell’ambiente”
„ Cam Tecnologie è leader nel mercato delle emulsioni
„ Cam Tecnologie produce GecamTM, il gasolio biancoTM:
un’emulsione di acqua in gasolio per i motori diesel
e le centrali termiche
Il prodotto GecamTM
Il gasolio biancoTM è una emulsione di acqua in gasolio
„ 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 utilizzata
„ Economicamente competitiva
„ Disponibile su tutto il territorio nazionale
gasolio
88,0%
acqua demi.
10,3%
additivi
1,7%
Sviluppo del prodotto in Italia
Oggi circolano 9.000 mezzi alimentati a GecamTM
di cui oltre 7.500 autobus
Trasporto Pubblico Locale
21% sui veicoli totali in Italia
40% in Lombardia
28% in Piemonte (dati ASSTRA)
Igiene Urbana
Oltre 30% in Piemonte
Volumi di Gecam
(milioni di litri)
Trasporto
pubblico
Nuovi settori in sviluppo
Riscaldamento
Trasporto merci (veicoli pesanti)
Treni a gasolio
Trasporto
pesante +
igiene urbana
Riscaldamento
Totale
1999
2,0
2000
24,0
0,4
2001
61,0
2,0
1,3
64,3
2002
79,1
3,8
5,2
88,1
2,0
24,4
L’evoluzione dei motori diesel “Heavy Duty”
In 20 anni la tecnologia del motore diesel ha consentito una
riduzione del particolato del 98% e degli ossidi di azoto dell’ 86%
1,2
1990
EURO 0
PM: 1 *
NOx: 14,4
PM (g/KWh)
1
0,8
0,6
0,4
1996
EURO 2
PM: 0,15
NOx: 7
0,2
0
0
2
2008
EURO 5
PM: 0,02
NOx: 2
4
2005
EURO 4
PM: 0,02
NOx: 3,5
2000
EURO 3
PM: 0,1
NOx: 5
6
8
1993
EURO 1
PM: 0,4
NOx: 9
10
12
14
NOx (g/KWh)
* Particolato stimato, non richiesto.
16
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
95%
100%
83%
PM [g/kWh]
SMOKE FSN
84%
90%
80%
% Riduzione
70%
53%
60%
46%
50%
40%
22%
30%
20%
10%
0%
Euro 0
Euro 1
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
Tecnologie adottate con motori Euro 3
Per ridurre la formazione degli inquinanti
tutti i costruttori di motori HD hanno utilizzato:
„ 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
Con questi strumenti sono stati raggiunti gli obiettivi fino Euro 3.
*.
Evoluzione dell’emulsione con Euro 3
Per poter essere impiegata con i nuovi sistemi
abbiamo migliorato la tecnologia per:
Migliorare la chimica dell’additivo
„ Maggiore 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 prodotto
„ Utilizzo 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 di
ossigeno (53%del MEG) in camera di combustione
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 PM
distribuzione particolato con SMPS
1080 rpm - 100% carico
2,5E+14
2E+14
number (1/kwh)
Gasolio
Gecam
Netta riduzione
da 10 nm a 1µm
1,5E+14
N totale –88%
1E+14
5E+13
0
10
100
mobility diameter (nm)
1000
Effetto su IdrocarburiPolicicliciAromatici
total US EPA PAH's
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-65%
[ m g /k m ]
US EPA PAHs
Naphthalene
Acenaphthene
Fluorene
Phenanthrene
Anthracene
Fluoranthene
Pyrene
Chrysene
B(a)Anthracene
B(b)Fluoranthene
B(k)Fluoranthene
B(a)Pyrene
DB(a,h)Anthracene
B(g,h,i)Perylene
IndenoPyrene
ULSD
GECAM
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
Temperature gasolio-Gecam™ - RATP Parigi
350
330
310
290
250
230
210
190
170
00
19
00
18
00
17
00
16
00
15
00
14
00
13
00
12
00
11
00
10
90
0
80
0
70
0
60
0
50
0
40
0
30
0
20
0
10
0
150
0
T °C
270
sec
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
Il Field test emulsione con Motori Euro 3
Grazie alla forte presenza del Gecam™ sul mercato,
quanto sviluppato è seguito da Cam Tec su campo :
Marca
Tipo Iniezione
Q.tà
Iveco
Iniettore pompa PDE
390
Iveco
Common Rail - EGR
15
Mercedes
Pompa-inettore PLD
95
MAN
Pompa rotativa VR - EGR
35
Volvo
Iniettore pompa PDE
25
Scania
Iniettore pompa PDE
10
MTU/DDC
Pompa-inettore PLD
18
Caterpillar
HEUI (Sistema Idraulico)
5
Totale
593
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
Emulsione con Euro 3 per Light Duty
La ricerca effettuata nel settore Heavy-Duty ha portato a
sviluppare un progetto congiunto con ENI Tecnologie per
veicoli leggeri :
•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.
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
Laboratori
FIAT GM Powertrain, Torino Sangone
Prototipo S.p.A. , Proving Ground di
Nardò (LE)
ENI Tecnologie, Laboratori di San
Donato Milanese
Stazione Sperimentale Combustibili,
San Donato Milanese
Istituto Motori del C.N.R. di Napoli
Ciclo NEDC
Ciclo ottenuto sommando 42 sec. al
minimo + 4 ripetizioni della fase
urbana seguite dalla fase
extraurbana.
E’ il ciclo di omologazione ufficiale
da Euro III in poi.
45
Ciclo Urbano
40
35
30
Velovità (km/h)
Ciclo rilevato da Politecnico di
Milano in collaborazione con la
Stazione Sperimentale
Combustibili, al fine di
rappresentare il traffico cittadino di
Milano.
25
20
15
10
5
*.
0
0
50
100
150
200
250
Tempo (s)
300
350
400
450
Emissioni con Auto Euro 3
Medie e scostamenti su 72 misurazioni
1° Quartile
20%
Mediana
3° Quartile
10%
Variazione %
0%
9%
NOx
NOx+HC
2%
2%
0
1
2
-10%
3
HC
1%
4
5
-3%
-4%
-8%
-8%
6
7
-9%
-1.3%
-14%
CO
-20%
-22%
-25%
-30%
-0.1%
PM
-27%
-2.1%
CO2 x10
-37%
-40%
-42%
-50%
L’impiego di emulsione con autovetture permette una significativa
riduzione del particolato e il contenimento di tutti gli inquinanti.
Emissioni con Auto Euro 3
Distribuzione dei dati su 72 misurazioni
0.15
Euro 4
Euro 3
Euro 2
Euro 1
0.14
0.13
PM a emulsione gr/km
0.12
0.11
0.1
0.09
Euro 2
0.08
0.07
Veicoli che passano da
Euro 1 a Euro 2
0.06
3
0.05
Euro 3
Veicoli che passano da
Euro 2 a Euro 3
0.04
22
0.03
Euro 4
0.02
Veicoli che passano da Euro 3 a Euro 4
0.01
22
0
0
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
0.1
PM a gasolio gr/km
0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
In totale 47
veicoli su 72
fanno un
salto di
classe nelle
emissioni di
particolato.