La determinazione accurata delle emissioni autoveicolari allo scarico in laboratorio e su strada è necessaria sia per la verifica del rispetto dei limiti di emissioni corrispondenti agli standard Euro definiti, assieme alle procedure per determinarli, nei regolamenti tecnici (le emissioni di inquinanti cosiddetti “regolamentati”, quali CO, HC, NMHC, NOx, PM e PN) sia per la determinazione delle specie inquinanti o ad effetto serra cosiddette “non regolamentate” ma ugualmente impattanti sulla salute umana (quali le nanoparticelle, NH3, NO2, aldeidi, etc.) e sul riscaldamento globale antropogenico (N2O, CH4, CO2, frazione carboniosa del particolato). Innovhub SSI utilizza il proprio Laboratorio Emissioni Autoveicolari (LEA) e la propria strumentazione PEMS (Portable Emissions Measurement System) per verificare il rispetto dei limiti di emissioni allo scarico rispettivamente in condizioni ripetibili e riproducibili in laboratorio e in condizioni reali su strada (fig.seg.)
Schema del LEA (a sinistra) e allestimento PEMS a bordo veicolo (a destra) di Innovhub SSI
Fonte: Innovhub SSI
La caratterizzazione delle emissioni autoveicolari in laboratorio e su strada è necessaria per la determinazione dei fattori di emissione delle diverse specie inquinanti e/o serra, a loro volta fondamentali per la stima delle emissioni complessive del settore trasporto su strada, che vengono poi utilizzate per la realizzazione annuale dell’inventario nazionale delle emissioni in atmosfera (in Italia in carico a ISPRA). L’inventario è lo strumento di verifica degli impegni assunti a livello internazionale sulla protezione dell’ambiente atmosferico, come la Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC), il Protocollo di Kyoto, la Convenzione di Ginevra sull’inquinamento atmosferico transfrontaliero (UNECE-CLRTAP), le Direttive europee sulla limitazione delle emissioni.
Innovhub SSI, in collaborazione con Assogasliquidi, ha realizzato una campagna di testing su autovetture Euro 6b e c, i cui risultati sono stati poi utili all’aggiornamento non solo dell’inventario italiano delle emissioni (con la definizione di dati cosiddetti “country specific”, cioè più accurati perché determinati con misure realizzate in laboratorio e su strada su veicoli venduti e circolanti in loco) ma anche del software di modellistica delle emissioni da trasporto su strada COPERT (COmputer Programme to calculate Emissions from Road Transport). COPERT è uno strumento riconosciuto internazionalmente ed usato da molti Paesi europei per il calcolo delle emissioni da trasporto stradale in fase di realizzazione degli inventari delle emissioni in atmosfera e il cui sviluppo tecnico-scientifico viene coordinato dall’Agenzia Europea dell’Ambiente (EEA) in collaborazione col Joint Research Centre della Commissione Europea. Inella prossima figura si riportano in tonnellate/anno le stime delle emissioni delle principali specie inquinanti e del consumo energetico (EC) determinate da tutte le autovetture Euro 6 GPL del segmento Small (< 1400 cc) e Medium (> 1400 cc) circolanti in Italia, mettendo a confronto le emissioni complessive stimate con COPERT utilizzando i fattori di emissione di default contenuti nel modello (prima dell’aggiornamento) con quelli ottenuti inserendo nello stesso i fattori di emissione “country specific” determinati da Innovhub SSI. Si nota come la rilevazione sperimentale accurata dei fattori di emissione abbia determinato una riduzione sistematica della stima delle emissioni e dei consumi su entrambi i segmenti.
Emissioni complessive delle autovetture GPL Euro 6 in Italia: stime calcolate usando i fattori di emissione predefiniti (“COPERT”) e i fattori di emissione sperimentali "country specific" italiani determinati da Innovhub SSI (“Experimental”)
Fonte: Tratto da Bellin et al., 2022
Nella figura seguente si riporta la sintesi dell’EEA della campagna di misura effettuata da Innovhub SSI sui 5 veicoli Euro 6 b e c bi-fuel GPL/benzina e la modifica dei fattori di emissione di NOx, CO, HC (“VOC”) e PN (“SPN23”) implementata in COPERT a seguito della condivisione a livello europeo dei risultati della campagna. Si nota come i fattori di emissione, definiti come g/km o #particelle/km in funzione della velocità in km/h di un veicolo medio rappresentativo, con la versione aggiornata COPERT 5.6 (in rosso) presentino una riduzione per NOx, CO e HC, con anche una modifica nell’andamento per gli HC, radicale per il PN, per il quale l’andamento della versione COPERT 5.5 (in blu) era evidentemente semplicistico e non accurato per questa specie e per questa tipologia di autovetture.
Sintesi EEA della campagna di misura di Innovhub SSI (a sinistra) e della modifica dei principali fattori di emissione di NOx, CO, HC e PN con l'aggiornamento COPERT 5.6 conseguente (a destra)
Fonte: Elaborazioni su dati EEA
L’attività sperimentale è stata anche utile a mettere a confronto le emissioni allo scarico delle 5 autovetture bi-fuel testate con l’alimentazione a benzina, con le emissioni rilevate con l’alimentazione a GPL. Passando dalla benzina al GPL sia i test di laboratorio che quelli su strada hanno evidenziato una sistematica riduzione delle emissioni allo scarico di CO2 (pari a circa il 10%) e di particolato.
Liquigas S.p.A., in collaborazione con Assogasliquidi, ha recentemente commissionato un ulteriore studio ad Innovhub SSI, finalizzato alla determinazione della possibilità di equiparare una miscela innovativa contenente GPL, bio-GPL e Dimetiletere di origine rinnovabile (rDME) al GPL autotrazione conforme alla specifica europea EN 589 e successivamente a valutarne le prestazioni in termini di emissioni allo scarico e consumi di autovetture bi-fuel benzina/GPL di ultima generazione (Euro 6d) alimentate dalla miscela individuata. Sono state testate 6 miscele binarie costituite da propano e DME per determinare il numero di ottano MON secondo il metodo ASTM D2623-86 applicato ai motori CFR di Innovhub SSI, che sono stati adattati ad hoc per misurare il numero di ottano di carburanti gassosi. I risultati sono confrontabili con quelli calcolati seguendo la procedura riportata nell'appendice B della UNI EN 589 (UNI/TR 11795:2020) e il metodo è stato applicato anche al motore RON. È emerso sperimentalmente che in miscela fino al 20% di DME in propano il MON è ben al di sopra del requisito della EN 589 (> 89,0), il RON è ben maggiore di 100 e la tensione di vapore è conforme per tutti i gradi di temperatura con il limite (200 kPa) previsto nella revisione della EN 589. Per questi motivi, la miscela propano/DME 80/20 è stata scelta per i test di emissioni allo scarico e consumi (fig. seguente).
Individuazione della miscela GPL/DME compatibile con la specifica del GPL autotrazione EN 589
Fonte: Innovhub SSI
Sono stati infine eseguiti i test di emissioni allo scarico e consumi alimentando autovetture bi-fuel benzina/GPL con la miscela propano/DME individuata, potenzialmente traguardabile come bioGPL-rDME 80/20, con interessanti risultati nell’ottica di allargare l’investigazione dal segmento Tank-to-Wheel (la fase d’uso delle autovetture) al contesto ampio dell’approccio LCA cradle-to-grave del prodotto innovativo in alimentazione alle autovetture. L’analisi LCA in corso, per la quale è stato incaricato il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano, consentirà di confrontare in termini di impatto ambientale le prestazioni di un’autovettura a GPL alimentata con un combustibile potenzialmente totalmente decarbonizzato con quelle di un’autovettura elettrica, con interessanti prospettive vista la possibile apertura a livello europeo a questa tipologia di combustibili in ambito autotrazione nel contesto della legislazione comunitaria Fit for 55.
