Con l'arrivo della stagione invernale i ricorrenti anticicloni favoriscono il ristagno degli inquinanti a livello del suolo, soprattutto in Pianura Padana Attualmente la variabile che determina la sospensione della circolazione automobilistica parte da un parametro: PM10. I PM2,5 non sono al momento considerati, seppur rilevati, e sarebbero anche più pericolosi entrando in circolo dagli alveoli. Quindi abbiamo il particolato prodotto dalla combustione nei motori diesel ma anche da altre fonti quali inceneritori, camini a legna di vecchia concezione, industria ecc. inoltre esistono anche altri inquinanti, tra gli altri gli ossidi di azoto, NOx.
Vorrei entrare nel dettaglio degli inquinanti provenienti da motori a combustione interna.
Come tutti sanno i motori sono principalmente di due tipi, Ciclo Otto (motori a benzina) e Ciclo Diesel (motori a gasolio), i motori due tempi (a miscela di benzina e olio) molto inquinanti sono ormai marginali, posso però ricordare che quasi 30 anni fa collaborai con un progetto per lo sviluppo del motore 2 tempi in campo automobilistico, il concetto era interessante in quanto il 2 tempi ha un rendimento molto alto, avendo aspirazione e scarico contemporanei, minor peso e facilità costruttiva. La questione irrisolvibile erano gli inquinanti allo scarico dovuti alla lubrificazione a perdere, si provava con luci scarico particolarmente studiate ma l'imminenza dell'entrata in vigore delle norme antinquinamento (Euro1) fecero abbandonare il progetto. Rimane il Ciclo Wankel anch'esso molto delicato e il Ciclo Atkinson (motori a benzina con differente manovellismo, meno potenza ma maggior efficienza) usato in prevalenza su modelli ibridi, per curiosità molti anni fa esistevano in Nord America dei motori Diesel a 2 tempi.
Il principale imputato come capacità inquinante è il motore Diesel, la sua caratteristica principale è di funzionare con rapporti di compressione molto alti e di avere dunque una maggior efficienza. I vecchi Diesel erano solo aspirati ad iniezione indiretta ma con rapporti di compressione fino a 22:1, erano lenti con bassa potenza specifica in rapporto alla cilindrata ma molta coppia a bassi regimi. Infatti nella loro evoluzione si iniziò ad usare la sovralimentazione che aumentava la potenza ai regimi più alti col vantaggio della curva di coppia elevata in basso. Per fare questo però era necessario diminuire i rapporti di compressione perché si producevano molti NOx e meccanicamente le sollecitazioni erano molto forti, infatti motori moderni hanno valori di 15/16:1, a volte meno, e pressione di sovralimentazione fino ad 1 bar.
La sovralimentazione aiuta in particolare con la turbina a passo variabile ma la differenza principale è stata l'applicazione dell'iniezione diretta sequenziale del carburante (multijet) dove 7/8 getti o più ad altissima pressione e le mappature delle gestioni elettroniche risolvono parzialmente i problemi dell' accensione istantanea del carburante, la propagazione di fiamma, che è uno dei principali limiti del Ciclo Diesel. La ragione è intrinseca, non avendo un valore stechiometrico fisso, il motore può funzionare con rapporti comburente/combustibile molto ampi, da 5 a 1 fino a 20 a 1 e oltre, nel primo caso avremo una nuvola di fumo e incombusti che il FAP farà fatica a bloccare. Nell'iniezione sequenziale un paio di getti vengono inviati dopo lo scoppio per ridurre la rumorosità tipica del diesel e in parte per bruciare gli incombusti. Della riduzione rumore si potrebbe anche fare a meno riducendo il consumo.
Una via per la riduzione del particolato inoltre è l'impiego di apposita trappola, il FAP, che però deve essere periodicamente “svuotato”, ciò avviene con un ciclo apposito a regime controllato in cui viene iniettato carburante in eccesso che aumenta la temperatura per bruciare il particolato che non dimentichiamo è costituito principalmente da Carbonio, con la gestione elettronica dell'iniezione non difficile, ma una scocciatura per il guidatore e inquinante per l'aumento delle emissioni.
Il gasolio è una frazione relativamente pesante nella raffinazione del petrolio, da molti anni subisce un trattamento di desolforazione ma contiene Aromatici Policiclici (PCA) che in caso di combustione ottimale bruciano quasi completamente ma nei transitori (accelerazione) vanno a far parte degli incombusti e si generano allo scarico sostanze molto tossiche, ad esempio Benzo(a)pirene.
Per ovviare si utilizzano da molti anni catalizzatori ossidanti che riescono parzialmente ad eliminare questi inquinanti ma non del tutto. Un altro strumento è il riciclo dei gas di scarico tramite una valvola che li reimmette in parte in camera di scoppio. Si chiama EGR. Ma attenzione, in caso di forte richiesta di potenza viene disinserita.
Dallo scandalo Volkswagen in poi è venuto fuori un altro inconveniente difficile da risolvere, la formazione degli ossidi di azoto, i famigerati NOx. Si formano nella fase di compressione e nella rapida espansione dopo lo scoppio, l'Azoto e l'Ossigeno rimangono legati, la loro eliminazione deve essere affrontata con mezzi costosi e complessi, infatti reagendo con l'acqua producono Acidi (Nitrico e/o Nitroso)
Il catalizzatore convenzionale è per definizione ossidante e bisogna utilizzare un riducente, il più diffuso è l'Urea che combinandosi con gli NOx, li trasforma in Azoto gassoso e Acqua, la reazione deve essere catalizzata e i costi sono elevati per la gestione del sistema oltre che critica, difficile da controllare.
Come abbiamo visto la riduzione degli inquinanti è difficoltosa e nel corso degli anni le norme sono diventate sempre più restrittive da Euro 1 a Euro 6 con aumento dei costi per gli adeguamenti che ha causato il desiderio di prendere scorciatoie. Trucchi e software appositi per aggirarle. In realtà un modo ci sarebbe per rimanere in ambiti normali, ridurre le prestazioni, drasticamente. Le potenze specifiche sono arrivate a livelli impressionanti inutilmente ai fini di un uso normale.
Veniamo al Ciclo Otto, in condizioni normali (regime costante) non emette molto particolato e tecnicamente ha una combustione più controllata, la ragione principale nella gestione del rapporto stechiometrico tramite Sonda Lambda (14,7:1), in passato si erano tentate soluzioni alternative come la combustione magra, ossia poca benzina, molto inferiore al rapporto stechiometrico canonico ma con altre problematiche dovute alle temperature di esercizio molto alte. Il motore Ciclo Otto è meno inquinante utilizzando una combustibile che brucia meglio e più in fretta, cosa che presenta anche degli svantaggi, ad esempio devono essere utilizzati rapporti di compressione più bassi pena l'autoaccensione o detonazione (il ben noto battere in testa) normalmente intorno 10:1 e inferiore sui motori sovralimentati.
Rapporto di compressione più basso determina rendimenti termodinamici inferiori, il motore a benzina consuma di più a pari potenza sviluppata e se con l'elettronica si sono fatti passi avanti notevoli nell'impiego a regime costante, rimane un consumo maggiore rispetto al diesel nei transitori, uso cittadino ad esempio.
Anche nel Ciclo Otto si formano gli incombusti e il particolato, una causa è l'attivazione e disattivazione della Sonda Lambda che in rilascio e forte richiesta di potenza viene disinserita, in questo caso l'azione del catalizzatore avviene solo per la sua capacità ossidante che trovandosi ad gestire molti incombusti fatica, dunque emette inquinanti.
Per finire alcuni dati sul rendimento dei due principali motori da cui si potrebbe dedurre anche l'emissione netta. Partiamo da un dato, i rendimenti variano molto in funzione del regime di rotazione, dalla richiesta di potenza, il tipo di guida. I produttori con le gestioni elettroniche cercano di ovviare e parzialmente ci riescono ma in genere c'è un regime al quale il rendimento raggiunge il massimo, le case statisticamente si adeguano all'uso a velocità costante intorno alla coppia massima.
Un Diesel sovralimentato arriva intorno al 30/32 % e in certi casi 35% addirittura motori ben rodati, vecchi, anche oltre. Ricordo una prova su strada di una vecchissima Passat con oltre 200000 km che a 60 Km/h faceva 60 km con 1 litro! A maggior ragione si consideri che i generatori diesel elettrici essendo progettati per funzionare a regime costante arrivano anche oltre il 40%. Il motore a Benzina rende molto meno, 20/25% nelle migliori condizioni, ma in città può scendere anche sotto il 10% .
Un accenno ai combustibili gassosi, GPL (Propano e Butano liquefatti) e Metano gassoso. Hanno un potere calorifico nettamente inferiore e dunque consumi più elevati rispetto ai combustibili liquidi, per contro hanno un vantaggio in termini di combustione più pulita.
Ho trascurato tutte le valutazioni sul recupero di efficienza mediante migliorie nella riduzione degli attriti, nella ricerca di fasature variabili, fluidodinamica per i riempimenti dei cilindri, pneumatici più stretti, aerodinamica, peso del veicolo e modalità di guida.
Considerando che ancora per qualche anno i motori endotermici saranno in circolazione l'idea di sviluppare meno potenza specifica sarebbe una bel proposito, inoltre per gli ibridi un piccolo motore endotermico che fornisce energia per la ricarica delle batterie e il motore elettrico, che funzioni a regime costante avrebbe rendimenti molto più alti. Il motore elettrico sarebbe la fonte primaria di potenza per il movimento, l'esperienza dei locomotori diesel-elettrici è li a dimostrarlo.
wm
Articolo che ho trovato interessante, anche perché comprensibile perfino da me per il suo taglio divulgativo.
RispondiEliminaTroverei particolarmente intelligente interventi legislativi che anziché "premere" sul lato motorizzazione, inducendo una crescita della complessità, "premessero" sul lato dimensioni-pesi-prestazioni.
Mi piace qui portare una mia testimonianza motociclistica. A 16 anni (nel 1980) mi regalarono un'Honda 125 CBS - monocilindrica a 4 tempi, due valvole, 14CV a 10000 giri, compressione 10.4/1, ovviamente alimentata con benzina "rossa" tramite un ordinario carburatore. Un gioiellino dal peso in ordine di marcia di meno d'un quintale, in grado di portarmi fino a 110 km/h, in condizioni particolari anche di più. Il dato sconcertante è che quel mezzo così "rudimentale" secondo gli standard odierni, percorreva con una guida disinvolta circa 40 km/l, mai scese sotto ai 35 e, in un'occasione nella quale provai a fare "il maniaco" in condizioni controllate, raggiunse un'incredibile percorrenza di 68.5 km/l! Gli analoghi 125 a 4 tempi moderni, anche quelli della stessa casa, con tutta la loro tecnologia rasentano a malapena i 30 km/l guidando con molta moderazione, con pesi che raramente scendono al di sotto dei 140 kg (per un 125!!!). Dov'è la razionalità, in questa pretesa evoluzione, che è chiaramente un'involuzione dal punto di vista dei consumi e, credo, anche dell'inquinamento? (fatico a credere che a consumi doppi (o più che doppi) possano corrispondere livelli di inquinamento inferiori, mi sa tanto di giochetto di prestigio "promozionale")
Penso proprio che per le auto possa valere un principio simile -- da un punto di vista di tutela ambientale, che senso ha imporre l'installazione sui veicoli di diavolerie tecnologiche complesse e pure costose se parallelamente non si inverte la corsa all'incremento delle prestazioni e dei pesi? Una cosiddetta "utilitaria", oggi, pesa bella bella la sua tonnellazza per almeno 70CV di potenza; un'utilitaria di quarant'anni fa (tipo la Panda 30, ammesso che qualcuno se la ricordi) presentava parametri pressoché dimezzati in termini di potenza e di peso (e, non secondario, era più compatta in termini volumetrici -- il volume dei veicoli si traduce in un maggior ingombro su strada e in parcheggio, quindi provoca intasamento e costipazione del traffico).
Basta, che se no mi dilungo troppo. Secondo me, comunque sia, si sta percorrendo una strada del tutto irrazionale, che denuncia finalità altre rispetto alla dichiarata (e pubblicizzata con enfasi sospetta) attenzione per l'ambiente.
è la strada dell'apparire, della vanità. Epicuro, gli stoici e Qoelet ci hanno messo in guardia, ma da allora l'umanità ne ha fatta di strada. Sbagliata. Pare che il numero della popolazione sia inversamente proporzionale alla sua capacità di saggezza.
EliminaLa vanità ha senza dubbio il suo peso, specie tra i più giovani. Non sottovalutare, però, l'incapacità da parte di molti acquirenti di cogliere cosa è davvero utile e cosa no, e le pressioni enormi esercitate dal marketing per vendere il superfluo allo scopo di lucrare maggiormente. Può sembrare un'iperbole, ma sono abbastanza convinto che un intervento pesantemente restrittivo sulle tecniche di pubblicizzazione dei veicoli (vietando la pubblicizzazione di accessori inutili, potenze esagerate, volumi senza senso, veicoli chiaramente inadatti allo scopo; del resto, qualcuno si scandalizza per il divieto imposto alla pubblicizzazione dei tabacchi?) avrebbe esiti assai positivi in termini di contenimento degli sprechi e dell'inquinamento. Credo, pur non potendolo dimostrare, assai più degli interventi restrittivi all'accesso urbano o di quelli non meno restrittivi (e spesso causa di sostituzioni di veicoli ancora perfettamente funzionanti) in sede di immatricolazione.
Eliminahttps://www.bloomberg.com/news/articles/2017-12-28/china-to-stop-production-of-553-vehicle-models-over-fuel-use
EliminaProf!, è proprio un gran bel post! clap!, clap!, clap!
RispondiEliminaE' IMHO chiaramente Fantascienza, supporre che l'Europa suicidi la propria produzione AUTOMOTIVE, dato che tutte le rinuncie che farà l'Europa, saranno largmente vanificate dalle emissioni USA, quanto dalle emissioni del II°mondo e dal III°mondo. Il III mondo in particolare da tempo aspira a bruciare petrolio, per migliorare il proprio tenore di vita!.
Il grosso dei profitti dell'Automotive in Europa, sono fatti da brand con auto pesanti e costose ed energivore, mentre il segmento "city car" è un segmento low cost con bassi margini di profitto. Il problema della mobilità in Italia, in Europa, nel Mondo è IMHO insolubile, perchè dipende dallo SCENARIO in cui tutti gli altri players nel mondo, decidono di muoversi.
In specifico:
Nel FALSO RITORNO ALL'ETA' DELL'ORO che è l'attuale scenario in cui è calata la realtà, continueremo sulla Terra a bruciare carburanti fossili: il problema della mobilità in Europa ed in Italia non troverà MAI una soluzione!.
Nella CATASTROFE ULTRAVIOLETTA il I°mondo tenterà un nuovo approccio ristrutturandosi, lo sforzo sarà costoso ed appesantirà il primo mondo, indebolendolo economicamente!. Sarà un'ultieriore causa di guerre finanziarie, dato che contemporaneamente il II° mondo continuerà a crescere usando carburanti fossili, mentre il III°mondo inizierà a bruciarne per migliorare il proprio stile di vita in un'inizio di rivoluzione industriale.
Nella SURROGAZIONE INERZIALE ESPLOSIVA i carburanti derivati dal petrolio saranno in larga misura abbandonati, saranno invece i carburanti sintetici a bassa emissione derivati dal carbone, le fonti energetiche che domineranno i mercati. Tuttavia, poichè tutti sulla Terra si metteranno a produrre e consumare carburanti sintetici, anche se i carburanti sintetici avranno una minor emissione, il totale delle emissioni di gas serra continuerà a salire in termini assoluti a causa del loro massivo uso, vanificando l'innovazione introdotta.
Nello SCENARIO dell'EFFICIENTE CONDIVISIONE TECNOLOGICA DELL'AUSTERITA' ci sarebbero state tante soluzioni, incluso il problema della mobilità nel mondo: tuttavia, questo scenario non è più raggiungibile da parecchio tempo, per cui è inutile discuterne.
di Giulietto Chiesa
RispondiEliminaLUIGI SERTORIO CI HA LASCIATI
questa mattina del 15 dicembre.
Era uno di quegli uomini rari, che lasciano una traccia profonda nella storia umana, ma camminano leggeri e discreti senza farsi troppo notare. Ci ha lasciati dopo avere dato alle stampe un libro che dovrebbe restare nella storia del pensiero e della scienza contemporanea. Si chiama "La mappa del denaro", Edizioni Aracne. Il modo migliore di "usare il suo genio" sarà di leggere il suo ultimo lavoro. Io — che con lui e con Guido Cosenza pubblicai "La menzogna nucleare" — l'avevo conosciuto dopo avere letto due veri gioielli d'intelligenza, due suoi libri: "Cento watt per il prossimo miliardo di anni" e "Storia dell'abbondanza". Penso che ogni riflessione futura sulla drammatica "transizione" che incombe sull'umanità contemporanea dovrà fare riferimento al suo pensiero. Lo voglio ricordare con una citazione da Gregory Bateson, che era sulla sua lunghezza d'onda:
"...i sistemi puniscono ogni specie che sia tanto stolta da non andare d'accordo con la propria ecologia".
16 ottobre 2016 Luigi Sertorio: riflessioni sul referendum del 4 Dicembre 2016
RispondiEliminahttps://ugobardi.blogspot.com/2016/10/luigi-sertorio-riflessioni-sul.html
mercoledì 4 ottobre 2017 Tre Ecologisti Italiani (III): Luigi Sertorio
https://ugobardi.blogspot.com/2017/10/tre-ecologisti-italiani-iii-luigi.html
martedì 8 dicembre 2009 Tre libri e un filo conduttore
https://ugobardi.blogspot.com/2009/12/tre-libri-e-un-filo-conduttore.html
se vogliamo ancora durare automobilisticamente parlando, dobbiamo proibire tutti i suv e mettere un limite al peso potenza, cioè macchine piccole che cosnsumino poco così possiamo andare avanti ancora per un po' di anni... ammesso che anche tutti gli altri stati si adeguino. saluti a tutti.
RispondiEliminahttps://www.bloomberg.com/news/articles/2017-12-28/china-to-stop-production-of-553-vehicle-models-over-fuel-u
Eliminai cinesi possono
Ma se io installo sulla mia auto benzina/diesel un ipotetico dispositivo cattura co2/etc perfetto (quindi auto 0 emissioni come quelle elettriche) e poi vado nei pressi delle più vicina centrale elettrica a gas/carbone/derivati del petrolio e lì scarico il contenuto del cattura co2/etc allore dove sta la differenza con un'auto elettrica?
RispondiEliminaAndrea e Lupis, non mi pare che cercare di continuare con lo stesso paradigma buonista, magari zoppo, sia una buona idea.
EliminaAllo stato attuale passare alle auto elettriche non risolve un bel niente, nella migliore delle ipotesi sposta il problema. Senza contare che la produzione e lo smaltimento delle batterie al litio è l'opposto della tutela dell'ambiente. Senza contare ancora del problema della sicurezza: quando 2 auto elettriche si scontrano che succede? NB Le batterie degli smartphone bucate da un chiodo esplodono
RispondiEliminaDiscorsi da salotto. La mobilità umana nella società tecnologica post collasso sarebbe un dibattito interessante. Gambe, bicicletta e magari un ritorno al cavallo. Per i sopravvissuti. Non dimentichiamoci che 20, massimo 30 anni ancora di civiltà tecnologica sono una previsione decisamente ottimistica. Se vogliamo paragonarci all'impero romano d'occidente, non è che questo crollò di botto come tutti sappiamo, ma progressivamente le condizioni di vita degli abitanti peggiorarono fino alla dissoluzione finale. Tra 10/15 anni, e visto che il paradigma non sarà cambiato nel frattempo, quali saranno le condizioni di vita nel primo, secondo e terzo mondo delle masse? Ecco un altro dibattito interessante.
RispondiEliminaArticolo molto bello.
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