EMISSIONE DI INQUINANTI NON CONVENZIONALI DI AUTOVETTURE A BENZINA E DIESEL Francesco Avella, Davide Faedo, Simone Casadei

IL PROGETTO PARFIL (Particolato Atmosferico Fine nella Regione Lombardia) - www.progettoparfil.it (1) Caratteristiche: Progetto triennale (2006 – 2008) Progetto finanziato da Regione Lombardia e promosso e coordinato da Regione Lombardia, ARPA Lombardia e Fondazione Lombardia per l’Ambiente – finanziamento complessivo di 1.050.000 € Compartecipazione di numerose Università ed enti di ricerca lombardi

IL PROGETTO PARFIL (Particolato Atmosferico Fine nella Regione Lombardia) - www.progettoparfil.it (2) Obiettivi: Raccolta ed elaborazione di tutti i dati di particolato atmosferico fine rilevati in Lombardia per l'analisi della distribuzione (spaziale e temporale) e delle correlazioni con parametri meteorologici ed altri inquinanti. Caratterizzazione chimico-fisica dei campioni di particolato per l'identificazione dei profili caratteristici della composizione della frazione fine in funzione della distribuzione spaziale, temporale e dimensionale. Elaborazione di un indice per la tossicità del particolato. Riformulazione dei fattori di emissione delle principali tipologie di sorgenti attive nella Regione Lombardia PLG1: Laboratorio Motori della SSC

Obiettivi del PLG1 Determinare il livello di emissione di inquinanti non convenzionali nei gas di scarico di autovetture a benzina e diesel con tecnologie motoristiche avanzate (Euro 3 e Euro 4), in particolare di: ammoniaca [NH3]: sostanza fortemente reattiva, precursore del particolato di origine secondaria (sali di ammonio) protossido d’azoto [N2O]: gas serra con GWP ∼ 300 volte quello della CO2 su orizzonte temporale di 100 anni particolato primario: frazione carboniosa elementare (soot) distribuzione dimensionale del particolato fine (PM10) dopo l’eliminazione della frazione volatile che lo costituisce

Programma Sperimentale (1) Autovetture di prova

Programma Sperimentale (2) Cicli di guida

Programma Sperimentale (3) Sistema di campionamento

Analisi dei risultati (1) Confronto con i limiti di emissione ciclo di guida NEDC con avviamento a freddo autovettura A C Limiti CE Euro 3 tipo diesel Euro 3 benzina Euro 3 benzina CO g/km 0,68 0,95 0,64 2,3 THC 0,08 0,48 - 0,20 NOx 0,35 0,04 0,50 0,15 HC + NOx 0,43 0,56 B D Limiti CE Euro 4 Euro 4 benzina Euro 4 0,17 0,26 1,0 0,10 0,21 0,01 0,25 0,30

Analisi dei risultati (2) Emissione di ammoniaca e di protossido di azoto ∼ 11 mg/km

Analisi dei risultati (3) Emissione di ammoniaca Azione riducente del catalizzatore TWC delle autovetture a benzina favorisce la formazione di NH3 Maggiore differenza diesel/benzina in condizioni di guida urbana, con efficienza elevata del catalizzatore (motore a regime termico) Picchi di emissione delle auto a benzina in corrispondenza delle frequenti accelerazioni della guida urbana (cicli Urban e TI)

Analisi dei risultati (4) Emissione di protossido di azoto Azione ossidante del catalizzatore delle autovetture diesel favorisce la formazione di N2O Maggiore differenza diesel/benzina in condizioni di guida urbana, con efficienza elevata del catalizzatore (motore a regime termico) Picchi di emissione delle auto diesel in corrispondenza delle frequenti accelerazioni della guida urbana (cicli Urban e TI) e in particolare per la vettura Euro 4 con DPF

Analisi dei risultati (5) Emissione di particolato totale < 5 mg/km - Inferiore standard Euro 5 85 ~ 95 % PM di A costituito da frazione carboniosa - soot

Analisi dei risultati (6) Emissione di particolato fine – autovetture diesel 430 nm 260 nm

Analisi dei risultati (7) Emissione di particolato fine – autovetture a benzina Con TD (Thermodenuder): scomparsa di una parte delle particelle più fini, costituite da COV

Analisi dei risultati (8) Consumo di combustibile ed emissione di CO2

Conclusioni (1) Emissione di specie inquinanti regolamentate gassose e particolato: diminuisce sensibilmente con il livello tecnologico del propulsore e dei dispositivi anti-inquinamento. Emissione di ammoniaca: Autovetture a benzina ~ decine di mg/km Autovetture diesel ~ unità di mg/km Diminuisce all’aumentare della velocità media del ciclo di guida (picchi di emissione nelle fasi di accelerazione dei cicli di guida urbana) Dipende dalle condizioni operative del TWC e del motore (a freddo, a regime termico)

Conclusioni (2) Emissione di protossido di azoto: Autovetture diesel ≤ 10 mg/km Autovetture a benzina < 1 mg/km Diminuisce all’aumentare della velocità media del ciclo di guida (picchi di emissione nelle fasi di accelerazione dei cicli di guida urbana) Dipende dall’ossidazione (incompleta) dell’N2 durante la combustione del motore diesel Emissione di CO2 e consumo di combustibile: rilevati valori simili tra loro per le due autovetture diesel e per l’autovettura benzina Euro 4, inferiori a quelli dell’autovettura a benzina Euro 3.

Particolato fine e ultrafine: Conclusioni (3) Particolato fine e ultrafine: Emissione dell’autovettura diesel senza DPF nettamente superiore, autovettura con DPF paragonabile a quella delle autovetture a benzina Emissione dell’autovettura diesel Euro 3 costituita al 90% circa da frazione carboniosa, che è praticamente assente nel PM emesso dalle autovetture a benzina La frazione PM10 emessa è costituita per il 99% da particelle con Dpmedio < 260 nm o Dpmedio < 430 nm in dipendenza del modello. Il picco di emissione dell’autovettura diesel Euro 3 è intorno ai 40 nm, delle altre tre autovetture tra 40 e 144 nm L’emissione maggiore di PM10 si verifica in fase di accelerazione, soprattutto ad alta velocità il # di particelle emesse dalle autovetture a benzina è più elevato dopo un avviamento a freddo del motore (transitorio termico) quando il catalizzatore TWC non è ancora pienamente attivo (azione ossidante del catalizzatore sulle particelle)

Prospettive (1) Valutazione dell’impatto del traffico autoveicolare sull’emissione di ammoniaca e protossido d’azoto: Ulteriori sperimentazioni su una flotta più ampia di autoveicoli benzina e diesel con differenti tecnologie motoristiche, dispositivi anti-inquinamento, cilindrata, potenza, età, etc. Sperimentazioni su autoveicoli con tecnologia motoristica Euro 5 (e, in futuro, Euro 6) Sperimentazioni su autoveicoli bifuel benzina-metano, benzina-GPL e ibridi Sperimentazioni con l’utilizzo di biocarburanti nelle miscele di alimentazione in diverse percentuali (B10 – B20 – B30, E5 – E10,…)

Ulteriori indagini con strumento FT-IR Prospettive (2) Ulteriori indagini con strumento FT-IR Elenco specie gassose emesse misurabili tramite FT-IR n-Pentane Iso-octane Benzene Formaldehyde Acetaldehyde Sulfur Dioxide NOX Total Hydrocarbon Carbon Monoxide Toluene Xilene Ethylbenzene Sulfur hexafluoride Water Carbon Dioxide Methane Nitric Oxide Nitrogen Dioxide Nitrous Oxide Ammonia Ethane Ethene Acetylene Propane Propene 1,3-Butadiene IsoButylene

Grazie per l’attenzione!