Presentazione di PowerPoint

Caratterizzazione delle emissioni di
particolato dei ciclomotori con motore 2 tempi
Domenico Santino, Paolo Picini, Luca Martino
ENEA C.R. CASACCIA
V incontro expert panel - Roma, 4 Dicembre 2001
400.000
362.118
Stima Ciclomotori Circolanti nelle Maggiori Città Italiane
Stima ciclomotori per comune
Abitanti Comune (x10)
300.000
264.532
350.000
38.006
114.881
70.198
65.353
38.514
50.000
97.409
68.786
34.865
100.000
91.961
71.739
104.587
150.000
129.790
200.000
130.393
166.476
250.000
0
ROMA
MILANO
NAPOLI
TORINO
PALERMO
GENOVA
BOLOGNA
Stima dei ciclomotori circolanti nelle 8 maggiori città italiane
FIRENZE
Numero di Ciclomotori ogni 100 Abitanti nelle Maggiori Città Italiane
30,2
35
30
18,2
25
12,4
14,9
12,8
15
13,7
20
MILANO
NAPOLI
5,1
7,8
10
5
0
ROMA
TORINO
PALERMO
GENOVA
BOLOGNA
FIRENZE
Numero di ciclomotori per ogni 100 abitanti nelle 8 maggiori città italiane
Città
Roma
Milano
Napoli
Torino
Palermo
Genova
Bologna
Firenze
3
g/m
3
g/m
51,2
47,4
52,1
53,8
44,4
46,1
51,2
46,5
Concentrazioni medie
annuali di PM10 nelle 8
principali città italiane nel
1999
Città
Palermo
Reggio Calabria
Foggia
Torre Annunziata
Pescara
Perugia
Ravenna
Udine
Pavia
Novara
Imperia
Livorno
Sezze Romano
giorno1
61,3
41,2
56,9
54,1
42,0
57,9
57,0
43,9
89,0
84,1
47,7
92,2
63,6
giorno 2
45,1
40,9
61,3
44,2
38,9
71,4
50,1
55,2
88,4
79,5
42,9
72,8
57,2
giorno 3
37,7
37,3
65,7
46,0
35,4
76,8
52,5
57,3
92,5
45,2
37,4
67,3
51,8
media
48,0
39,8
61,3
48,1
38,8
68,7
53,2
52,1
90,0
69,6
42,7
77,4
57,5
Monitoraggio del PM10 effettuato da Legambiente nel 2001
Tutte le 8 maggiori città italiane presentano nel 1999 valori della
concentrazione media annuale di PM10 superiori agli attuali obiettivi di
qualità dell’aria, pari a 40g/m3. Il contributo del traffico veicolare alle
concentrazioni in aria di particolato (PM10) è compreso fra il 50% ed il 90%,
ad esclusione di Genova.
CICLOMOTORI (2 ruote)
97/24/CE
Fase I (EURO I) 17.6.1999
Fase II (EURO II) 17.6.2002
CO HC+NOx
g/km
g/km
6
1
3
1,2
Limiti previsti per l’omologazione dei ciclomotori a 2 ruote nelle due fasi
della Direttiva 97/24/CE
Ingresso
aria
Sezione di
diluizione gas
di scarico
Sonde di
campionamento
isocinetico
CFV/CVS
Filtri per il
campionamento
Filtro
HEPA
Termocoppia
Pompe
Banco dinamometrico
Uscita aria
Ventilatore
Rappresentazione schematica dell’apparato sperimentale
Raccordo fra terminale di scarico e tunnel di diluizione
Gas di scarico
all’ingresso della sezione
di diluizione
Descrizione delle prove svolte a regime stazionario
Velocità
[km/h]
Periodo di
campionamento
[min.]
minimo
0
60
medio
~25
30
alto
~45
30
massimo
~54 (Cat.)
~64 (no Cat.)
30
Fase
km/h
Descrizione delle
prove dinamiche Ciclo di guida
elementare
secondo la
Direttiva 97/24/CE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Minimo
Accelerazione
Velocit à Costante
Decelerazione
Velocit à Costante
Decelerazione
Minimo
Acceleraz.
Velocità
[m/s2]
[km/h]
0
tutto gas
tutto gas
-0.56
0
-0.93
0
Durata
Fase
[s]
0
Da 0 al max
Max
Da max a 20
20
Da 20 a 0
0
Durata
ciclo
[s]
8
8
57
65
36
6
5
101
107
112
Ciclo di guida
completo secondo la
Direttiva 97/24/CE
0
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900
sec.
Warming up
Sampling
Risultati delle prove
Risultati delle prove al regime minimo
V=0 km/h
CAT.
NO CAT.
Emissioni di
particolato
mg/min
7.7
6.8
mg/km
-
-
Consumo di
benzina
g/min
2.7
1.9
g/km
-
-
g/min
0.14
0.05
g/km
-
-
Consumo di olio
In queste condizioni il ciclomotore catalizzato ha il catalizzatore
parzialmente attivo, infatti è stata osservata una temperatura dei gas di
scarico leggermente superiore rispetto all’altro ciclomotore.
Comunque il catalizzato presenta emissioni di particolato superiori di
circa il 13%, probabilmente a causa del consumo di lubrificante che
risulta maggiore del 180%.
Risultati delle prove al regime medio
V=25 km/h
CAT.
NO CAT
Emissioni di
particolato
mg/min
15.2
14.5
mg/km
35.0
33.4
Consumo di
benzina
g/min
5.2
6.6
g/km
12.0
15.2
g/min
0.29
0.17
g/km
0.67
0.39
Consumo di olio
In queste condizioni la temperatura dei gas di scarico del ciclomotore
catalizzato superano i 200°C, tuttavia le emissioni di particolato sono
ancora circa il 5% più elevate rispetto a quelle del non catalizzato.
Anche in questo caso le maggiori emissioni sono probabilmente dovute al
maggiore consumo di lubrificante, che risulta superiore del 71% circa.
Risultati delle prove al regime alto
V=45 km/h
CAT.
NO CAT.
Emissioni di
particolato
mg/min
17.2
25.9
mg/km
22.8
34.3
Consumo di
benzina
g/min
9.0
10.0
g/km
11.9
13.3
g/min
0.45
0.29
g/km
0.60
0.39
Consumo di olio
In queste condizioni la situazione cambia: le emissioni di particolato del
ciclomotore catalizzato sono circa il 34% inferiori rispetto a quelle del
ciclomotore non catalizzato, anche se il consumo di olio è ancora
superiore di circa il 55%.
I gas di scarico del ciclomotore catalizzato raggiungono in questa prova
la temperatura di circa 240°C.
Risultati delle prove al regime massimo
V=max
CAT.
(v=54 km/h)
NO CAT.
(v=64 km/h)
Emissioni di
particolato
mg/min
6.5
105.2
mg/km
6.9
98.8
Consumo di
benzina
g/min
22.1
26.3
g/km
23.6
24.7
g/min
0.55
0.96
g/km
0.58
0.90
Consumo di olio
Al regime massimo risulta un netto vantaggio del ciclomotore
catalizzato dal punto di vista delle emissioni di particolato, che sono
circa il 94% inferiori rispetto al non catalizzato, ed anche il consumo di
olio è circa il 43% inferiore.
La temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato è più che
doppia rispetto al caso di regime alto, raggiungendo adesso circa i 570°C.
1.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul
terminale di scarico nelle prove al regime massimo
2.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul
terminale di scarico nelle prove al regime massimo
3.Ciclomotore catalizzato – Effetti della reazione catalitica sul
terminale di scarico nelle prove al regime massimo
Risultati delle prove dinamiche (ciclo ECE-47)
Ciclo ECE-47
CAT
NO CAT
Emissioni di
particolato
mg/min
21.6
87.9
mg/km
42.7
172.0
Consumo di
benzina
g/min
12.0
11.6
g/km
23.1
22.7
g/min
0.35
0.39
g/km
0.67
0.76
Consumo di olio
In queste prove il consumo di olio e di benzina è risultato quasi uguale
per i due veicoli.
Comunque le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato sono
risultate circa il 75% inferiori.
Alla fine del ciclo di prova la temperatura dei gas di scarico del
ciclomotore catalizzato era di circa 330°C.
Naturalmente la velocità massima raggiunta durante il ciclo è pari a
quella della prova al regime massimo, che risulta inferiore per il
catalizzato.
Ciclomotore non catalizzato - Velocità registrata durante il ciclo ECE-47
70
60
50
km/h
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
s 450
Ciclomotore non catalizzato – Profilo temporale della velocità registrata
durante l’esecuzione del ciclo ECE-47
Ciclomotore catalizzato - Velocità registrata durante il ciclo ECE-47
70
60
50
km/h
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ciclomotore catalizzato – Profilo temporale della velocità registrata
durante l’esecuzione del ciclo ECE-47
s 450
km/h
Profilo Reale della Velocità - ciclo ECE-47
70
Ciclomotore Non Catalizzato
65
60
55
50
Ciclomotore Catalizzato
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
sec
Confronto fra i ciclomotori catalizzato e non – Profili effettivi della
velocità registrati durante un periodo elementare del ciclo ECE-47
120
Discussione dei
risultati
Emissioni di PARTICOLATO e consumo di OLIO - Ciclomotore non catalizzato - pendenza 0%
1000
950
900
850
959,5
emissioni part. mg/min
consumo olio mg/min
rapporto percentuale
800
13,1%
11,0%
750
8,9%
8,6%
700
650
mg/min
600
550
500
450
400
350
290,0
300
250
169,2
200
150
105,2
100
50
51,8
25,9
14,5
6,8
0
minimo
medio
alto
massimo
Dai risultati delle prove, come ci si aspettava, le emissioni di
particolato sono risultate fortemente correlate al consumo di olio.
Questa correlazione risulta particolarmente evidente per il ciclomotore
non catalizzato, come mostrato in figura.
Emissioni di PARTICOLATO e consumo di OLIO - Ciclomotore catalizzato - pendenza 0%
1000
950
900
850
emissioni part. mg/min
consumo olio mg/min
rapporto percentuale
800
750
700
5,7%
650
5,2%
3,8%
mg/min
600
1,2% 545,6
550
500
449,5
450
400
350
289,7
300
250
200
135,4
150
100
50
17,2
15,2
7,7
6,5
0
minimo
medio
alto
massimo
Le emissioni di particolato del ciclomotore catalizzato, invece, sono
correlate anche alla temperatura: sono basse solo nelle prove al massimo,
quando la temperatura allo scarico raggiunge i 570°C e di conseguenza
l’olio viene efficacemente ossidato nel catalizzatore.
Rapporto fra emissioni di particolato e consumo di lubrificante in funzione della temperatura
20%
Ciclomotore Non Catalizzato
Ciclomotore Catalizzato
18%
16%
14%
13,1%
11,0%
12%
10%
8,9%
8,6%
8%
5,7%
6%
5,2%
3,8%
4%
1,2%
2%
0%
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Temperatura [°C]
Rapporto percentuale fra emissioni di particolato e consumo di olio in
funzione della temperatura.
Emissioni di Particolato e consumo di Lubrificante - ciclo ECE-47
400
Emissioni di Particolato
350
Consumo di Lubrificante
388,4
349,7
300
250
200
150
87,9
100
50
0
mg/min
21,6
Ciclomotore Catalizzato
Ciclomotore non Catalizzato
Anche dalle prove condotte secondo il ciclo ECE-47 risulta evidente l’effetto
ossidante del catalizzatore.
La temperatura dei gas di scarico del ciclomotore catalizzato raggiunge
valori prossimi a quelli registrati durante le prove al massimo ed alla fine
del ciclo si assesta intorno ai 330°C.
Conclusioni
Dalle prove effettuate risulta una evidente
correlazione fra il consumo di olio e le emissioni
di particolato.
Nel caso del ciclomotore catalizzato maggiore è
la temperatura del catalizzatore e maggiore è la
quantità di olio ossidata, e di conseguenza minori
sono le emissini di particolato.
Nel caso delle prove condotte secondo il ciclo
ECE-47 le emissioni di particolato del ciclomotore
catalizzato sono circa il 75% inferiori rispetto al
non catalizzato.
Osservazioni finali
Tipo di
Veicolo
classe di età
flotta
circolante
percorr.
media
annuale
(totale)
km/anno
Auto diesel
passeggeri
<2000cc
Auto diesel
passeggeri
>2000cc
Convenzionali
91/441/CE
94/12/CE
Convenzionali
91/441/CE
94/12/CE
Tot.
Convenzionali
93/59/CE
96/69/CE
Convenzionali
V. merci
pesanti <7,5t 91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
Convenzionali
V. merci
pesanti 7,5-16t 91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
Convenzionali
V. merci
pesanti 16-32t 91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
Convenzionali
V. merci
pesanti >32t 91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
Tot.
Convenzionali
91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
12.137
880
3.400
Convenzionali
91/542/CE s.I
91/542/CE s.II
54.845
4.500
10.000
Convenzionali
97/24/CE s.I
4.822.980
338.629
Tot.
44.500
44.500
44.500
7.020.000
15%
15%
15%
15%
15%
15%
km/anno
3.150
3.300
3.375
3.300
3.525
3.525
km/h
25
25
25
25
25
25
g/km veic. kg/anno
0,2713 1.203.523
0,0908
85.035
0,0908
422.637
0,2713
518.891
0,0908
33.737
0,0908
120.555
23.574.240.000
7.200.000.000
2.720.000.000
7.566.237.000
567.000.000
504.000.000
6.317.883.000
445.500.000
726.000.000
9.525.555.000
1.596.000.000
2.565.000.000
4.284.420.000
690.000.000
1.210.000.000
2.384.378
25%
25%
25%
15%
15%
15%
15%
15%
15%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
4.000
4.000
4.000
4.725
4.725
4.725
4.950
4.950
4.950
5.700
5.700
5.700
6.000
6.000
6.050
25
25
25
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
0,2814 1.658.374
0,0992
178.560
0,0992
67.456
0,4964
563.433
0,3227
27.445
0,1986
15.012
0,9862
934.594
0,6410
42.836
0,3945
42.958
1,1736 1.117.920
0,7628
121.749
0,2934
75.257
1,2438
532.876
0,8084
55.782
0,3109
37.624
540.096.500
39.160.000
151.300.000
5.404.421
90%
90%
90%
40.050
40.050
40.050
22
22
22
0,8081
0,5252
0,3232
730.556.500
46.500
46.500
46.500
2.550.292.500
209.250.000
465.000.000
3.900
2.000
18.809.622.000
677.258.000
15%
15%
15%
6.975
6.975
6.975
22
22
22
0,9515
0,6185
0,2379
70%
70%
2.730
1.400
30
30
0,1720 2.264.678
0,0430
20.385
25.581.857.603
921.098.665
26.502.956.268
363.988
19.412
16.592
70%
70%
2.730
1.400
30
30
0,1720 3.080.056
0,0430
27.725
399.992
19.486.880.000
3.900
2.000
392.792
18.512
44.014
455.318
3.224.542.500
5.161.609
6.559.451
460.549
29.579.676.000
6.240.850.000
31.017.825.000
12.753.070.000
2.475.983.500
8.847.632.500
%
fattore di
emissioni
emissione urbane
PM
annuali PM
69.491.835.000
69.345
Ciclomotori Convenzionali
(st.ANCMA) 97/24/CE s.I
Tot.
16.000
16.000
16.000
31.500
31.500
31.500
33.000
33.000
33.000
57.000
57.000
57.000
60.000
60.000
60.500
16.417
Tot.
Ciclomotori
(st.ANPA)
1.473.390
450.000
170.000
240.198
18.000
16.000
191.451
13.500
22.000
167.115
28.000
45.000
71.407
11.500
20.000
km?veicolo
velocità
media
urbana
90.915.037.000
2.937.561
Tot.
BUS
extraurbani
21.000
22.000
22.500
22.000
23.500
23.500
4.132.342
V. merci
leggeri diesel
BUS urbani
1.408.556
283.675
1.378.570
579.685
105.361
376.495
percorr.
percorr.
media
urbana
annuale
sul totale
urbana
2.285.064
3.107.781
Stima delle emissioni
annuali (a caldo) di
particolato in ambito
urbano, secondo i dati
utilizzati per le stime
COPERT per le diverse
categorie di veicolo
relativi all’anno 1999.
Tipo di veicolo
Auto diesel passeggeri
Veicoli merci diesel
BUS urbani
BUS extraurbani
Ciclomotori
Flotta
circolante
Veicoli
%
4.132.342 33,5%
2.937.561 23,8%
16.417
0,1%
69.345
0,6%
5.161.609 41,9%
12.317.274 100,0%
Emissioni
urbane a
caldo PM
kg/anno
%
2.384.378 21,7%
5.471.877 49,8%
455.318
4,1%
399.992
3,6%
2.285.064 20,8%
10.996.629 100,0%
Valori percentuali delle emissioni annuali di particolato in ambito urbano e
consistenza del parco circolante per le diverse categorie di veicolo