XV E.P. EMISSIONI DA TRASPORTO SU STRADA Rilievo sperimentale delle prestazioni energetico-emissive dei veicoli da trasporto urbano alimentati con miscele idrogeno-metano Antonino Genovese SALONE CENTRALE ENEA ROMA 29/04/2010

Obiettivi: Valutazione delle riduzioni di emissioni di CO2 ; Verifica delle prestazione energetiche e valutazione della riduzione dei consumi; Valutazione delle riduzioni di emissioni di CO2 ; Analisi delle emissioni degli inquinanti sottoposti a controllo di legge ( CO, HC, NOx ); Verifica dell’utilizzo su strada; Valutazione energetica sull’intero ciclo di vita

Miscele in prova Riferimento : Metano ( G20 99 %) 5 miscele sottoposte a test a diverse composizioni volumetriche 100 % CH4 95 % CH4 5 % H2 90 % CH4 10 % H2 85 % CH4 15 % H2 80 % CH4 20 % H2 75 % CH4 25 % H2

Veicoli: 2 veicoli utilizzati per le prove Avancity 100 % CH4 e H2-CH4 5% Vivacity 100 % CH4 e H2-CH4 5%, 10 %, 15 %, 20 % ,25%

Vivacity CNG Motore MERCEDES M 906 LAG sovralimentato intercooler EEV, posteriore trasversale, raffreddato a liquido. Funzionamento accensione comandata diretta mediante 1 bobina per cilindro, iniezione elettronica multipoint, marmitta catalitica bivalente e sonda Lambda. Cilindrata totale 6.880 cm3, 6 cilindri in linea, 3 valvole per cilindro. Potenza max 170 kW a (231 CV) a 2.200 giri/min. Coppia max 808 Nm (Kgm 82) a 1.400 giri/min. Cambio ZF 5 HP 504 ECOMAT 4 step 5 TOPODYN a 5 marce + retromarcia. Tara 9100 kg con conducente. Portata max 8150 kg. Serbatoi gas : 4 bombole per 1280 lt sul tetto

H2 con CH4: Rispetto al metano, l’idrogeno ha: - una maggiore velocità di combustione (fino ad 10 volte) - una minore energia di ignizione (0.02 mJ vs. 0.29 mJ) Quindi, l’aggiunta di idrogeno al metano: Aumenta la velocità di avanzamento del fronte di fiamma, aumentando così il rateo di espansione, cioè il lavoro utile Riduce la variabilità ciclica del motore, permettendo una gestione dell’anticipo più precisa Riduce gli incombusti, cioè le emissioni di CO ed HC, utilizzando in modo più completo il combustibile Migliora i limiti di combustione magra ( λ > 1.5 ) riducendo le emissioni di NOx

H2 con CH4: L’aggiunta di idrogeno al metano comporta: Un miglioramento del rendimento complessivo del motore, con conseguente riduzione dei consumi. Una riduzione delle emissioni di CO2 aggiuntiva (effetto leva) a quella ottenuta solo per effetto della sostituzione di carbonio con idrogeno. La possibilità di lavorare con miscele molto magre, con ulteriore miglioramento del rendimento.

Stazione di rifornimento del combustibile

Rifornimento del combustibile Si è utilizzata solo una delle 4 bombole costituenti il serbatoio ( le rimanenti 3 sono state chiuse) Rifornimento del veicolo a 190 bar max Svuotamento residuo dal serbatoio

Carico Il veicolo è stato zavorrato con sacchetti di sabbia al fine di simulare un carico passeggeri medio ed avere indicazioni maggiormente realistiche sui consumi e sulle emissioni.

Sistema di misura Horiba OBS 1000 : Consumo , CO, CO2, HC, NOx

Circuito di prova Percorso di prova Casaccia

Percorso di prova Casaccia Lunghezza : 3.8 km Velocità media : 20 km/h Velocità max : 40 km/h Durata : 730 sec

Cicli di riferimento Braunschweig Cycle ETC Cycle Duration: 1740 s Average speed: 22.9 km/h Maximum speed: 58.2 km/h Idling time: about 22% Driving distance: about 11 km ETC Cycle Comparison studies indicate that the ETC produces about 40% lower power output and 30 - 70% lower regulated emissions than the Braunschweig cycle (AB Svensk Bilprovning Motortestcenter, Report 9707, 1997).

Riduzione consumi percorso urbano

Effetto leva ( riduzione reale/riduzione teorica) Emissioni CO2 Effetto leva ( riduzione reale/riduzione teorica) 3 – 5 volte

Emissioni CO - HC

Emissioni NOx La regolazione dell’anticipo non riesce a recuperare l’aumento di NOx : occorre smagrire la miscela CO e HC

Limiti emissione NOx

Limiti emissione NOx

Emissione NOx - HC

Le emissioni di HC e CO sono molto basse Considerazioni Per ottimizzare le miscele di idrogeno metano occorre aumentare lo smagrimento del motore ( oltre 1.25 sino ad almeno 1.4-1.5); Le emissioni di NOx sono al livello EEV anche su circuiti diversi dal ciclo ETC per miscele sino al dal 5% al 15% con riduzione dell’anticipo; Le emissioni di HC e CO sono molto basse La riduzione dei consumi è evidente in seguito al migliorato rendimento del motore.

Riduzioni consumi WTW Steam reforming η = 0.76 Trasporto η = 0.9 Gas naturale η = 0.68

Riduzioni emissioni CO2 WTW

The MHyBus project was born as a follow up of a sequence of actions put into place by the regional Government of Emilia-Romagna, DG Mobility and Transport, intending to explore the possibilities and potentialities of the use of the blend of hydrogen and methane gas – namely: Hydro-methane - as a mean to reduce the urban pollution and CO2 emissions due to public transport. The project MHyBus - based on the partnership formed by Region Emilia-Romagna, ASTER, ENEA, ATM Ravenna - aims at taking a further steps and obtaining the authorisation necessary for one hydro-methane fuelled bus to circulate on public roads.

Grazie per l’attenzione