Inquinamento atmosferico

Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca
Istituto Professionale di Stato per l’Industria e
l’Artigianato
“Carlo Cattaneo”
"Ricerca-azione triennale sugli OBIETTIVI di SVILUPPO del MILLENNIO condotta
attraverso le ICT nella scuola secondaria di II grado" realizzato in collaborazione con il
dipartimento di Scienze dell'Educazione dell'Università degli studi di Roma Tre e con l'Agenzia
Nazionale per lo sviluppo dell'Autonomia Scolastica.
OBIETTIVO DEL MILLENNIO N° 7 :
ASSICURARE LA SOSTENIBILITA' AMBIENTALE
• Integrare i principi dello sviluppo sostenibile all’interno delle politiche e dei
programmi dei paesi e invertire la tendenza alla perdita di risorse ambientali
Inquinamento atmosferico
Obiettivo: Riflettere sulle misure per contrastare l’inquinamento atmosferico, sulla ricerca
nell'ambito dell'energia rinnovabile e sulle nuove soluzioni tecnologiche riguardante la
mobilità .
Classi: I B OMT, I D OMT, II D OT e III D OT
A.S. 2009/2010
1
INDICE
I- L’inquinamento atmosferico
pag.
3
II- Il petrolio
4
III- Energia rinovabili
6
6
6
III. 1- L’energia solare
III.1.1- Tecnologia Solare termica : Gli impianti
solari a concentrazione (CSP)
III.1.2- Tecnologia fotovoltaica
III. 2 L’energia eolica
7
8
IV. La sostenibilità ambientale
9
V. Catalizzatori
13
VI. Biocombustibili
14
15
Bioetanolo
VII. Le nuove tecnologie per la mobilità
VII.1. Macchine ibride
VII.2. Macchine elettriche
VII.3. Macchine a metano
VII.4. Macchine a gpl
VII.5. Macchine a idrogeno
19
19
23
29
31
33
N.B.:
Il materiale riportato è il prodotto delle ricerche Internet realizzate dagli studenti delle classi I B
OMT, I D OMT, II D OT e III D OT.
2
I- L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
L'aria è una miscela eterogenea formata da gas e
particelle di varia natura e dimensioni. La sua
composizione si modifica nello spazio e nel tempo
per cause naturali e non, cosi ché risulta arduo
definirne le caratteristiche di qualità.
L'impossibilità di individuare le proprietà di un
ambiente incontaminato di riferimento induce a
introdurre il concetto di inquinamento atmosferico
stabilendo uno standard convenzionale per la qualità
dell'aria.
L’inquinamento atmosferico è un termine che
indica tutti gli agenti fisici, chimici e biologici che modificano le caratteristiche
naturali dell'atmosfera
Si ritiene quindi inquinata l'aria la cui composizione eccede limiti stabiliti per legge allo scopo di
evitare effetti nocivi sull'uomo, sugli animali, sulla vegetazione, sui materiali o sugli ecosistemi in
generale.
L’ambiente è un obiettivo strategico, è difficile definire quando si possa parlare di inquinamento
atmosferico. L'inquinante, per essere considerato tale, deve essere un contaminante responsabile di
causare effetti nocivi all'ambiente.
Questo è uno dei problemi maggiormente sentiti dalle popolazioni dei grandi agglomerati urbani, di
cui ci si è iniziati a preoccupare solamente negli ultimi 30 anni. Dagli anni '70 infatti sono state
adottate delle politiche per la riduzione degli agenti chimici e di numerose altre sostanze particolari
presenti nell'aria. Queste politiche per una maggior salvaguardia dell'ambiente hanno dato dei
risultati per alcuni inquinanti come ad esempio il biossido di zolfo, il piombo e il monossido di
carbonio; per altri come ad esempio il biossido di azoto, l'ozono e le PM10 non hanno portato i
risultati sperati, dei quali si è scoperto solo recentemente la loro criticità per quanto riguarda la
salute.
PRINCIPALI COMPOSTI
•
composti dello zolfo: i principali composti che contengono zolfo in
atmosfera sono: il biossido di zolfo (SO2), il solfuro di carbonile
(COS), il solfuro di carbonio (CS2), il solfuro di idrogeno (H2S), il
dimetil sulfato (CH3)2SO4. Le loro sorgenti principali sono la
decomposizione biologica, la combustione dei combustibili fossili e di
materia organica e le eruzioni vulcaniche. Il biossido di zolfo, che
costituisce il 95% del totale delle emissioni antropiche di zolfo, deriva da processi di
combustione, in dipendenza dal contenuto di zolfo del combustibile usato. Esso è altamente
solubile in acqua ed ha quindi un tempo di residenza in atmosfera relativamente breve (da
12 ore a 7 giorni) in quanto viene rimosso dalle precipitazioni
•
composti dell'azoto: i principali composti che contengono azoto sono: N2O, NO, NO2,
NH3, HNO3, HONO, N2O5 ed i sali di NO3, NO2, NH4. Sono considerati inquinanti il
3
monossido e il biossodo di azoto (No e NO2) Il primo viene prodotto da sorgenti sia naturali
che antropiche, ed in particolare in tutti i processi di combustione
•
composti del carbonio: In questa categoria i principali composti inorganici sono il
monossido di carbonio (CO) e il biossido o anidride carbonica (CO2). L'anidride carbonica
prodotta dalle attività umane deriva dai processi di combustione, il brusco aumento delle
emissioni (causato dall'ampio uso di combustibili fossili) ha portato all'aumento delle
concentrazioni provocando modificazioni climatiche su scala planetaria. Il monossido di
carbonio invece è considerato altamente tossico in quanto avendo affinità con l'emoglobina
impedisce l'ossigenazione dei tessuti. La sua sorgente primaria sono i fumi di scarico delle
auto e in parte minore le centrali termoelettriche e gli impianti di riscaldamento
•
composti alogenati (HCl, HF, HBr, CFC);
Liberati – IB OMT - Rizza Francesco 1D
II- IL PETROLIO
Il petrolio è una miscela naturale di idrocarburi (soprattutto carbonio e idrogeno) estratta dai
giacimenti che si trovano nella crosta terrestre, a una profondità generalmente compresa tra
decine e migliaia di metri.
•
Come si forma il petrolio
Si forma sotto la superficie terrestre per decomposizione di organismi marini e di piante che
crescono sui fondali oceanici.
La formazione del petrolio è un fenomeno iniziato molti milioni
di anni fa, quando esisteva un'abbondante fauna marina, e che
continua ancora oggi. I sedimenti depositati sul fondo degli
oceani, accrescendo il loro spessore e dunque il loro peso,
sprofondano nel fondale marino; a mano a mano che altri
sedimenti si accumulano, la pressione su quelli sottostanti
aumenta considerevolmente e la temperatura si alza di diverse
centinaia di gradi. Il fango e la sabbia si induriscono
trasformandosi in argillite e arenaria, il carbonio precipita, le conchiglie si induriscono
trasformandosi in calcare, mentre i resti degli organismi morti si trasformano in sostanze più
semplici composte da carbonio e idrogeno, gli idrocarburi appunto, per dare origine al petrolio
greggio e al gas naturale. Il petrolio ha densità minore dell'acqua salmastra che riempie gli
interstizi dell'argillite, della sabbia e delle rocce di carbonati che costituiscono la crosta terrestre:
tende dunque a risalire verso la superficie, passando dai microscopici pori dei più grossi
sedimenti sovrastanti. E' così che sbocca spontaneamente dalla superficie terrestre.
Viene portato alla superficie dalla pressione dei gas sotterranei o mediante pompe; viene poi
raccolto in serbatoi e trasportato per mezzo di oleodotti o petroliere nei luoghi di lavorazione.
Dalla sua raffinazione si ottengono prodotti molto importanti come benzina, cherosene, oli per
motori diesel, oli per riscaldamento, lubrificanti, oltre ad una serie di prodotti destinati alle
industrie petrolchimiche.
4
Il nome petrolio deriva dalla parola latina petroleum, cioè "olio di roccia".
Per la sua importanza nell’economia mondiale, il petrolio viene detto anche "oro nero".
L’importanza del petrolio La civiltà industriale dipende in larga misura dai derivati del petrolio.
Solo negli anni Settanta (con la crisi derivante dai conflitti in Medio Oriente) la riduzione delle
forniture petrolifere (e il conseguente rialzo dei prezzi) costringe i paesi industrializzati a
cercare prodotti alternativi al petrolio, sia nel settore della produzione di energia, sia in quello
industriale.
Il petrolio greggio viene introdotto in un forno e portato alla temperatura di circa che cambia il
suo stato fisico da liquido in vapore. I vapori di petrolio vengono quindi iniettati nella, o torre di
raffinazione. Nella torre di raffinazione i gas, passando attraverso una serie di piatti forati,
salgono verso l'alto, raffreddandosi. Alle diverse temperature si condensano, ritornando allo
stato liquido. Ricadendo si
depositano sui piatti, dando così
luogo alla separazione delle
diverse frazioni di idrocarburi. In
una
raffineria,
oltre
alla
distillazione frazionata, si svolgono
altri processi, per ricavare ulteriori
quantità di prodotti pregiati o per
migliorare la qualità dei prodotti ed
adeguarli alle richieste del
mercato.
Ad
esempio,
in
impianti,
denominati di "Cracking", è
possibile spezzare le catene
idrocarburiche più lunghe. Questo
procedimento
permette
di
trasformare prodotti poco pregiati
in benzine e gasoli. Attraverso il
"Reforming catalitico",
viene
aumentato il numero di ottani nelle
benzine, con la "Desolforazione" si
riduce
quasi
totalmente
il
contenuto di zolfo nei gasoli.
Alla fine dell’ottocento la spinta dell’evoluzione tecnologica mutò gli equilibri petroliferi
mondiali. Le automobili come mezzo di trasporto privato alternativo alle carrozze. Il motore a
combustione interna delle automobili usa come carburante la benzina, un derivato del petrolio
che fino ad allora era d’importanza secondaria. Questo sotto prodotto era usato come solvente o
per alimentare piccoli fornelli, con l’arrivo delle macchine fece l’ingresso sui mercati mondiali
acquisendo un crescente valore aggiuntivo.
- Il mercato dei carburanti non si limito soltanto alle automobili. Dopo oltre cento anni il
motore a vapore delle navi, dei treni e delle caldaie fu sostituito con il motore a gasolio
contribuendo a dare una notevole spinta alla domanda dei carburanti.
Albasi Riccardo 2D
5
III- ENERGIA RINNOVABILI
III. 1- L’energia solare
III.1.1- Tecnologia Solare termica : Gli impianti solari a concentrazione (CSP)
Gli impianti solari a concentrazione(CSP) permettono
di produrre energia elettrica e fornire acqua calda
attraverso una primaria fonte rinnovabile: il sole.
I paesi più adattati per sfruttare questa riserva di
energia sono quelli caratterizzati da elevate
insolazioni:la regione del Medio-Oriente, del
Mediterraneo e del Nord Africa, con piogge scarse e
rara
copertura
nuvolosa.
La tecnologia CSP può fornire una quantità
significativa di energia pulita, riducendo così il
consumo di combustibile fossile, minimizzando
l’impatto ambientale della produzione di energia e
contribuendo
alla
stabilizzazione
del
clima.
La parabola converte l’energia solare in calore ad alta
temperatura, utilizzando varie configurazione di
specchi. Il calore viene poi immesso all’interno di un
circuito di generazione tradizionale. Gli impianti sono
costituiti di due sezioni: una raccoglie l’energia solare e
la converte in calore, l’altra converte l’energia termina
in elettricità.
Perché dobbiamo puntare all’utilizzo
dell’energia solare:
il sole è una fonte di energia
inesauribile, almeno per le nostre
prospettive temporali;
il sole è l’unica fonte di energia
“esterna” rispetto alle risorse
disponibili sul nostro pianeta, fatta
eccezione per l’energia delle maree
che però è incomparabilmente di
minore entità ad attualmente ancora di
difficile sfruttamento;
l’energia solare è distribuita in maniera
molto più uniforme sul pianeta rispetto
a tutte le altre attuali fonti energetiche;
l’energia solare che investe la terra è
15.000 volte superiore al fabbisogno
energetico mondiale;
Sebastiani Edoardo- ID OMT
I sistemi CSP possono essere progettati per piccole
applicazioni da 10 kilowatt fino a grandi taglie
dell’ordine di 100 Megawatt.
Durante i periodi in cui la presenza di nubi rende
l’irraggiamento solare insufficiente o durante la notte,
alcuni sistemi sfruttano sistemi di stoccaggio termico
grazie ai quali sono capaci di produrre energia elettrica
con
continuità.
La quantità di energia generata da un impianto solare a
concentrazione dipende dalla quantità di radiazione
diretta, in quanto queste tecnologie utilizzano solo i
raggi solari diretti e non la radiazione solare diffusa.
Al momento l’elevato costo di installazione degli impianti solari termodinamici ne ha limitato la
diffusione, ma si spera che il progresso tecnologico possa renderli presto
competitivi.
Il progetto Archimede
Un modulo sperimentale di collettori solari è in funzione presso il centro
ricerche “Casaccia”(ENEA).
6
Il primo impianto da 5 MW sarà operativo nel 2010 in Sicilia, dove un avanzato impianto solare
termodinamico sarà integrato con una centrale a gas tradizionale.
III.1.2- Tecnologia fotovoltaica
La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente l’energia solare, incidente sulla
superficie terrestre in energia elettrica, sfruttando le proprietà del silicio, un elemento
semiconduttore molto usato in tutti i dispositivi elettronici.
MODULI FOTOVOLTAICI:
Costituiscono l’ elemento principale dell’ impianto in quanto la loro
esposizione alla radiazione solare determina la produzione di energia elettrica
(in corrente continua).
ll’ interno del modulo ci sono le celle fotovoltaiche, generalmente costituite da
sottilissime “fette” di siliciche, opportunatamente trattate, danno luogo alla conversione diretta dell’
energia luminosa in energia elettrica.
Sulla base delle caratteristiche della cella si parla di celle a silicio monocristallino (la cella è
ricavata da un lingotto in cui gli atomi di silicio sono disposti a costituire un unico cristallo), celle a
silicio policristallino (analoghe alle monocristallino, con gli atomi di silicio comunque ordinati ma a
costituire molti cristalli uniti tra loro) e celle a film sottile o “thin film” (utilizzano materiali
semiconduttori “sottili” deposti direttamente su materiali vari di supporto come il vetro o il
metallo).
Queste 3 tipologie di celle, e conseguentemente i moduli da esse ricavate, si differenziano per
svariate ragioniera le quali l’ aspetto esteriore e l’ efficienza, quest’ ultima via via decrescente
passando dalla tecnologia monocristallino a quelle a film sottile. Ciò significa che a parità di
potenza dell’ impianto foto voltaico, lo spazio occupato da un’ impianto a film sottile è superiore
rispetto a quello in silicio policristallino.
Il 28 Luglio 2005 e 6 Febbraio 2006 sono entrati in vigore i Decreti Legge che permettono di
produrre e RIVENDERE ENERGIA ELETTRICA sviluppata da pannelli fotovoltaici, che sfruttano
l'energia solare. La nuova legge "conto energia" e sua modifica col "Nuovo Decreto del Febbraio
2007" permette, a chiunque abbia la possibilità di installare un impianto fotovoltaico, di ricevere un
incentivo sulla produzione di energia elettrica. É anche possibile vendere questa energia all'Enel,
l'incentivo è garantito per 20 anni per legge e l'impianto ha una garanzia sul funzionamento per 25
anni.
7
Le capacità produttive dipendono da diversi fattori, quali ad esempio la posizione geografica, le
dimensioni dell’impianto e di conseguenza la potenza dello stesso.
Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono:
• Piccoli e medi impianti collegati alla rete in bassa tensione o media tensione.
• Centrali fotovoltaiche, generalmente collegate alla rete in media tensione o alta tensione;
• Impianti per utenze isolate dalla rete che prevedono l’utilizzo di batterie
(rifugi,pozzi,sistemi di segnalazione stradale e navale ecc…);
• Piccole reti isolate per l’alimentazione di villaggi di limitata estensione non raggiunti dalla
rete elettrica.
Tommaso Epifano – IB OMT
III. 2 L’energia eolica
Un impianto eolico è un
impianto che permette di
trasformare l’energia
cinetica del vento in
energia meccanica e da
questa, attraverso un
generatore elettrico, in
energia elettrica.
I principali vantaggi degli impianti eolici:
Assenza di qualsiasi tipo
d’emissione inquinante
Risparmio dei combustibili fossili
Costi manutenzione ridotta
Basso impatto ambientale
Perché dobbiamo puntare all’utilizzo dell’energia
eolica:
Il vento è una forte di energia pulita e
inesauribile
Fa uso di una tecnologia consolidata,
affidabile e competitiva
Si adatta perfettamente ad attuare i
principi della generazione distribuita con
tutta i benefici conseguenti alla vicinanza
del punto di produzione dell’energia a
quello del consumo
Ha impatto limitato sia in termini di
altezze necessarie per i generatori che di
rispetto necessario attorno ad essi. Anche
le emissioni sonore sono in genere
ridottissime
L’effettiva produzione di energia elettrica è fortemente dipendente dal sito scelto, dall’altezza dal
suolo del generatore e dalle caratteristiche del generatore stesso.
Rodriguez Aneudys – ID OMT
8
IV. LA SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE
La sostenibilità ambientale è la sfida più importante che la
nostra industria e la nostra società debbono affrontare in
questo secolo. Una visione precisa, in cui ci sia un
bilanciamento tra crescita economica e protezione
dell’ambiente, deve:
• ridurre l’impatto ambientale di tutte le nostre attività
• minimizzare l’utilizzo di risorse
naturali nella
produzione e massimizzare il riciclo e il riutilizzo
• lavorare con le comunità locali per migliorare la
qualità dell’ ambiente.
• sviluppare tecnologie innovative a basso impatto
ambientale come l’ibrido (benzina/elettrico) e le celle
a combustibile (idrogeno)
• sviluppare un’ampia gamma di veicoli equipaggiati
con propulsori a benzina efficienti e diesel a basse
emissioni
Islam Asmiqul – ID OMT
La mobilita sostenibile
Energia e mobilità sono elementi vitali
per lo sviluppo economico ed il
benessere della società umana. Si
possono trovare equilibri un tempo
impensabile, l’uomo può alimentare i
suoi sogni e le sue aspirazioni in modo
compatibile con la vita naturale del
pianeta terra e nel pieno rispetto della
salute umana.
In questo scenario le strade
tecnologiche per realizzare l’obbiettivo
finale sono:
- favorire lo scambio di idee ed
opinioni tra ricerca indipendente
, industria, istruzioni
- il coinvolgimento continuo del
mondo scolastico e dei più
giovani
- le attività scientifiche di
eccellenza
Federico Scoccia – ID OMT
Il concetto di mobilità fa riferimento a tutto ciò che è in relazione ai movimenti nel territorio di
persone e merci, con qualsiasi mezzo di trasporto si verifichino. La mobilità è quindi un sistema
complesso, formato dalle infrastrutture viarie, ferroviarie, aeroportuali, dai parcheggi e centri di
interscambio, dai trasporti pubblici e privati, dalla piste ciclabili e dalla zone pedonali. Questo
sistema influenza il funzionamento delle aree urbane e le condizioni di vita dei suoi abitanti ed ha
una forte incidenza sulla qualità ambientale.
L’organizzazione attuale dei trasporti è caratterizzata dalla predominanza del traffico su strada, con
l’uso principalmente di automezzi privati, ed ha forti conseguenze negative sul piano economico
sociale ed ambientale, quali ad esempio:
- congestione delle città;
- disagi e difficoltà per ciclisti e pedoni;
- rischi di incidenti, a cui sono connessi costi economici e sociali;
- elevato inquinamento acustico ed atmosferico;
- consumo di fonti energetiche non rinnovabili;
- sottrazione di suolo.
Per risolvere questi problemi, negli ultimi anni sono stati introdotti modelli di mobilità sostenibile,
ispirati al principio dell’uso efficiente del territorio e delle risorse naturali e finalizzati a garantire il
rispetto e l’integrità dell’ambiente.
I nuovi sistemi di mobilità si basano sulle seguenti proposte:
- investire sul trasporto pubblico di merci e persone, utilizzando i sistemi meno
inquinanti (es. trasporto su rotaia, autoveicoli a metano) ;
- incrementare sistemi di mobilità intermodale, aumentando la disponibilità di
parcheggi-scambio nei quali è possibile lasciare la macchina per proseguire il tragitto
mediante mezzi pubblici;
9
-
introdurre il mobility management e il piano del traffico;
introdurre servizi di car sharing, che consiste nell’uso collettivo di un parco di
autoveicoli, noleggiati temporaneamente;
incentivare il car pooling o uso collettivo dei mezzi privati, da parte di soggetti che
devono compiere lo stesso tragitto;
realizzare direzionali di smistamento, per migliorare l’organizzazione logistica del
trasporto di merci;
mettere in sicurezza e razionalizzare l'attuale rete viaria;
realizzare interventi di riqualificazione urbana;
introdurre limitazione dei movimenti e della velocità dei veicoli;
promuovere la mobilità alternativa (ciclabile e pedonale);
promuovere iniziative di educazione stradale e campagne di sensibilizzazione per
indirizzare i cittadini ad un uso sempre più limitato del mezzo privato
Fabene Simone – IB MOT
L’introduzione di soluzioni ambientalmente preferibili consente di migliorare la situazione
ambientale relativa alla qualità dell’aria, rumore ed emissione di gas serra, e di conseguenza ha
effetti positivi sulla qualità della vita dei cittadini.
La mobilità sostenibile rappresenta un fattore di qualificazione sociale perché l’istaurarsi di
processi virtuosi porta alla riduzione del traffico e all’aumento della sicurezza stradale.
Per questi motivi, nel corso degli ultimi anni, il legislatore pubblico è intervenuto con
provvedimenti volti di incentivazione della mobilità sostenibile.
CAR POOLING
CAR SHARING
La proposta del car pooling prevede che gli
spostamenti su mezzo privato possano essere
effettuati da equipaggi che condividono uno stesso
veicolo, contribuendo di conseguenza ad una
riduzione del traffico stradale. Il car pooling ha
avuto un’ampia e positiva sperimentazione negli
USA. Pertanto l'obiettivo di diminuire il numero
delle vetture circolanti e di conseguenza ottenere
vantaggi ambientali notevoli può essere conseguito
anche attraverso questa soluzione alternativa alla
mobilità tradizionale, utilizzando cioè una sola
autovettura, con più persone a bordo, per compiere
un
medesimo
tragitto-itinerario.
L’uso collettivo dell’automobile può essere
incentivato specialmente nelle aziende, tra coloro
che lavorano in uno stesso luogo ed abitano in
zone vicine o molto prossime. Il car pooling può
infatti essere organizzato attraverso una centrale
operativa dotata di uno specifico software che
gestisca la banca dati e organizzi gli equipaggi
anche attraverso bacheche virtuali ( i cosiddetti
newsgroup).
Vantaggi per un’amministrazione comunale che
promuove il car pooling:
·
Riduzione dell’inquinamento atmosferico
·
Riduzione della congestione stradale
·
Riduzione dei tempi di trasporto
·
Maggiore efficienza del trasporto pubblico
Il Car Sharing può essere definito come uso
collettivo di un parco di autoveicoli, per il noleggio
temporaneo. È’ un servizio di mobilità che
consente di accedere su richiesta a una flotta
comune di veicoli posizionati in prossimità di
importanti nodi della rete di trasporto pubblico.
L’uso del veicolo da parte dell’utente avviene in
modo autonomo ed è consentito anche per periodi
limitati di un’ora.
Il sistema del Car Sharing è particolarmente
vantaggioso per gli automobilisti che utilizzano
occasionalmente l’auto, in quanto si può disporre
nei momenti di necessità, di un mezzo individuale
senza dover sostenere gli alti costi fissi di esercizio
legati al possesso dell’auto che alle basse
percorrenze hanno un’incidenza rilevante sul costo
complessivo.
Vantaggi per gli utenti:
·
Risparmio di tempo: l’utente usa il mezzo
quando ne ha la necessità eliminando
anche la ricerca di un parcheggio dopo
l’uso.
·
Eliminazione dei costi di manutenzione.
·
Risparmio economico tanto maggiore
quanto minori sono i chilometri annui
10
Vantaggi per l’utente:
·
Minori costi di trasporto e diminuzione del
rischio di incidenti
·
Contribuire alla la tutela dell’ambiente e
della salute umana
·
Socializzazione tra colleghi o nuovi
compagni di viaggio
percorsi. Il valore al di sotto del quale risulta
vantaggioso usufruire di questo servizio è
stimato intorno agli 8000-10.000 km/anno.
·
Scelta della vettura più adatta alle finalità
del singolo spostamento.
A questi vantaggi per il singolo utente sono da
aggiungere i benefici legati al risparmio energetico e
al contenimento delle emissioni, nonché alla
riduzione della richiesta di parcheggi per la sosta.
LIMITAZIONE DEI MOVIMENTI E DELLA VELOCITÀ DEI VEICOLI
Il traffico lento, oltre che con piste e percorsi ciclabili, o con percorsi
pedonali, può esprimersi secondo un’altra modalità che è quella della
moderazione del traffico. Questa può essere attuata in diversi modi:
· isole Ambientali (in Europa Zone30). Le isole ambientali sono
quelle aree con ridotti movimenti veicolari, da cui è escluso il traffico di
attraversamento e che sono “finalizzate al recupero della vivibilità degli
spazi urbani”. Sono state istituite nel 1995 dalle Direttive per la
redazione dei PUT e nel 1996 è stato introdotto il segnale stradale
specifico (zone a limitazione di velocità).
·
zone a traffico limitato ZTL. In generale quindi le zone a traffico controllato (ZTL, aree
pedonali,ZTM) corrispondono ad aree urbane contrassegnate da specifici segnali fisici e
normativi di ingresso e di uscita, all'interno delle quali si persegue l’obiettivo di integrare le
diverse componenti del traffico e di riqualificare le peculiarità funzionali, architettoniche,
storiche e culturali del luogo.
L'impiego di zone per la moderazione e di limitazione del traffico consente di raggiungere i
seguenti obiettivi:
·
·
·
·
·
·
·
creare zone libere dal traffico (ZTL) o eliminare il traffico di attraversamento (ZTM)
favorire la condivisione dello spazio stradale tra le diverse utenze della strada
utilizzare interventi di limitato impatto economico e visivo
riorganizzare la classificazione stradale
regolamentare la sosta
riqualificare i luoghi liberando aree prima assegnate al traffico di attraversamento o alla
sosta
garantire una maggiore sicurezza, soprattutto per le utenze deboli.
Con l'istituzione delle zone a traffico moderato, gli automobilisti tendono ad adeguarsi alla nuova
situazione che non viene più considerata come un accidente puntuale e sporadico da subire, ma
come la norma, alla quale adattare il proprio stile di guida. Inoltre, la necessità di liberare queste
zone dal traffico di attraversamento, convogliandolo su determinate strade esterne ad esse, è il
principio fondamentale che conduce alla riorganizzazione della gerarchia stradale.
Aldo Coen – III D OT
I problemi dell’inquinamento atmosferico, che si sovrappongono a quello di un sempre più alto
costo dei carburanti tradizionali ed ad un’inevitabile caratteristica di “esauribilità” delle materie
prime, saranno i temi centrali che occuperanno sempre più spazio nelle problematiche sociali, nel
dibattito politico e non ultimo nella ricerca scientifica.
11
Diversi quindi saranno i protagonisti nell’ambito del trasporto
sostenibile (pubblico e privato): la politica e le istituzioni con
le conseguenti normative, gli utenti-consumatori, le
multinazionali dei combustibili, le case costruttrici di
autoveicoli e la ricerca che dovrà trovare e proporre soluzioni
alternative, dai propulsori dalle emissioni con un impatto
ambientale sempre minore, alle materie prime per i carburanti
ricavate da fonti rinnovabili.
Gli attori quindi
di questo futuro
scenario non sono
certo pochi e,
spesso,
in
conflitto tra loro.
Già
da
oggi
assistiamo
a
conflitti
economici
tra
lobby industriali che cercano d’imporre i loro interessi,
istituzioni che devono proteggere la salute dei cittadini (ma
chiamate anche ad assicurare regole per un mercato che veda
aziende e dipendenti cui siano assicurate libertà d’impresa e
sicurezza del posto di lavoro), consumatori che con le proprie
associazioni reclamano carburanti a costi inferiori,
ambientalisti che non smettono di lanciare allarmi sui danni
ambientali irreversibili che, il perpetrarsi dell’attuale
situazione, finiranno inevitabilmente per provocare.
Gli Stati Uniti d’America, il Canada, il Giappone, la Corea, la
Cina e l’Australia hanno già avviato degli approcci a carattere
regolamentare o su base volontaria, alcuni dei quali sono ora
soggetti a revisione allo scopo di ottenere ulteriori
miglioramenti nell’efficienza del processo di combustione dei
carburanti e nelle riduzioni delle emissioni di CO2.
L’obiettivo della Ue di 120 g di CO2/km e gli standard
giapponesi sono in termini assoluti i più ambiziosi al mondo.
Difficile fare una comparazione precisa per via delle differenze
del parco auto circolante e delle metodologie applicate ai test.
Il Giappone ha di recentemente dichiarato che entro il 2015
intende aumentare ulteriormente, fino al 20 per cento,
l’efficienza del processo di combustione dei carburanti per
autotrazione.
Insomma, quello delle emissioni degli autoveicoli è un
problema che affligge tutti gli stati .
Paul Petica – IIID OT
Le nuove
immatricolazioni
concorrono a
ridurre le emissioni
di CO2
Di mese in mese,
secondo una valutazione
calcolata dagli analisti
dell’Unrae, la media
ponderata
delle
emissione di biossido di
carbonio delle vetture di
nuova immatricolazione
continua a diminuire in
modo
costante,
dimostrando in maniera
tangibile un effettivo
contribuito nella lotta
all’inquinamento.
Da
tempo i costruttori di
automobili
stanno
lavorando per abbattere
la CO2 , la indagine
statistica dimostra quanto
sia
importante
lo
svecchiamento del parco
circolante
a
favore
dell’ambiente.
“in 12 mesi abbiamo
fatto
un
percorso
migliore degli ultimi 6
anni e questo ci colloca a
metà strada del nostro
obbiettivo di 130 g/km di
che è quello
CO2
richiesto
alle
Case.
Questi dati confermano
quanto
diciamo
da
sempre, ovvero che nulla
più efficiente è meno
costoso del rinnovamento
del parco, nessun blocco
del
traffico
o
provvedimento di targhe
alterne raggiunge risultati
migliori”.
Di Curzio – ID OM
12
V. CATALIZZATORI
Si parla sempre più spesso di veicoli euro4, euro5 oppure dei più datati euro 0; ma cosa differenzia
queste categorie?
La Comunità Europea stabilisce i limiti di emissioni inquinanti e ogni vettura appartiene ad una
categoria in base alla quantità di composti nocivi che emette allo scarico.
Ogni vettura rilascia in atmosfera, oltre ai normali prodotti di combustione come biossido di
carbonio e vapore acqueo anche ossidi di azoto, ossidi di zolfo, monossido di carbonio, articolato e
idrocarburi incombusti. Nel caso di un motore a benzina si avranno maggiori quantità di incombusti
e di monossido di carbonio e minori di ossido di azoto e ossidi di zolfo rispetto ad un motore diesel.
Questo è dovuto al diverso processo di accensione della miscela.
Nel motore a benzina una candela produce la scintilla che innesca la combustione della miscela di
carburante e aria in rapporto stechiometrico, ma nonostante questo possono rimanere CO
(monossido di carbonio) e incombusti. Nei motori diesel invece si opera in condizioni di eccesso di
ossigeno quindi la presenza di CO è pressoché nulla.
Nella camera di combustione dove l’aria è compressa viene iniettato un dardo di combustibile che si
autoaccende spontaneamente. Si raggiungono temperature elevate nel cuore del dardo del
combustibile dove l’ossigeno non riesce ad arrivare producendo così il particolato.
Per eliminare o almeno limitare questi composti si ricorre a pretrattamenti del combustibile, a
catalizzatori e a trappole per il articolato e metodi quali l’EGR e la multi iniezione.
Convertitore catalitico ossidativi (occ) per
hc,co
Il convertitore catalitico ossidativi (OCC) è
composto da un monolito ceramico con canali a
nido d’ape su cui viene deposto il principio
catalitico.
Questo tipo di catalizzatore permette
l’ossidazione degli idrocarburi incombusti (HC)
e del monossido di carbonio (CO).
In teoria durante la combustione si producono
Co2 e H2o ma nel caso in cui ci sia una quantità
d’aria non sufficiente o se avviene un
raffreddamento dei fumi prima che sia avvenuta
la totale combustione i gas non riusciranno a
formare questi prodotti rimanendo incombusti o
parzialmente ossidati.
Questo catalizzatore corre il rischio di essere
intasato dallo zolfo è necessario quindi che
questa sostanza non venga mai a contatto con
l’OCC, lo zolfo deve essere rimosso tramite
pretrattamenti dei combustibili poiché oltre ad
intasare il catalizzatore genera emissioni nocive
come Sox.
13
Gli ossidi di azoto sono prodotti dalla reazione tra l’ossigeno e l’azoto presenti nell’aria. Sono molti
i metodi impiegati per la rimozione degli ossidi di azoto. L’EGR è un metodo adottato solitamente
nei motori diesel che si basa sul ricircolo dei fumi che escono dalla camera di combustione. Questi
vengono re-immessi nella camera di combustione per assorbire parte del calore prodotto dalla
combustione stessa, questo processo riduce la formazione degli Nox.
Un altro metodo è la riduzione catalitica selettiva SCR che permette di ridurre gli ossidi di azoto
sfruttando l’azione dell’ammoniaca.
Solitamente si utilizza il cosiddetto AdBlue al posto dell’ammoniaca,poiché è più facile da stoccare.
Dalla reazione catalitica dell’ammoniaca con gli ossidi di azoto si ottiene azoto e acqua, l’unico
inconveniente è dato dalla tossicità dell’ammoniaca che non può essere dispersa nell’ambiente.
Trappole per il Particolato, Dpf, e Fap
Il articolato è il principale problema dei motori Diesel e si compone di un nucleo carbonioso sul
quale si depositano composti organici volatili. Nel motore Diesel si ricorre a un metodo per
diminuire la quantità di articolato prodotto (Multijet).
Invece di iniettare un solo dardo di combustibile vengono effettuate più iniezioni, in questo modo si
migliora la combustione e l’efficienza del motore.
La minore dimensione del dardo aumenta la superficie di contatto tra il carburante e l’ossigeno
dell’aria,riducendo cosi il fenomeno della pirolisi,generato dall’assenza di ossigeno nel cuore del
dardo durante la combustione.
Danilo Stanisci – II D OT
VI. BIOCOMBUSTIBILI
Per biomassa si intendono tutti quei materiali di origine organica, animale o vegetale, che non
hanno subito alcun processo di fossilizzazione, quindi il petrolio, il carbone e gli altri combustibili
fossili, pur essendo di origine organica non possono essere definiti biomassa.
Il contenuto energetico dei diversi materiali può infatti essere sfruttato per produrre energia,
costituendo un valido sostituto ai combustibili fossili, ottenendo emissioni di anidride carbonica
molto inferiori e ambientalmente sostenibili.
Alcuni materiali possono essere utilizzati quasi tal quali (es:lega) altri hanno bisogno di trattamenti
più o meno complessi. Dalla fermentazione dei vegetali ricchi di zuccheri, come canna da zucchero,
barbabietole e mais, spesso prodotti in quantità maggiori al fabbisogno, si può ricavare l'etanolo o
alcool etilico, che può essere utilizzato come combustibile per i motori endotermici, in sostituzione
della benzina. Dalle oleaginose (quali girasole, colza, soia) si può ricavare per spremitura il
cosiddetto biodiesel. Tramite opportuno procedimento è inoltre possibile trasformare le biomasse di
qualsiasi natura in BTL (Biomass to liquid), un biodiesel, ottenuto appunto da materiale organico di
scarto o prodotto appositamente con colture dedicate.
Nello sfruttamento di queste fonti bisogna valutare il rapporto tra energia ottenuta ed energia
impiegata nella produzione.Esistono diversi biocombustibili: il bioetanolo; il biodiesel; il
biometanolo; il biodimetiletere; gli idrocarburi sintetici; il bioidrogeno gli olii vegetali.
14
Lo sfruttamento delle biomasse, il cui unico problema a livello tecnico sarebbe il potere calorifico
moderato (circa la metà del carbone), è in realtà limitato da determinati fattori strettamente legati
alla loro natura:
•
•
•
Disponibilità: Le biomasse non sono disponibili in ogni momento dell'anno. Basta pensare
ad esempio a tutte quelle che derivano da colture stagionali, la cui raccolta avviene in un
determinato periodo dell'anno. Anche il legno, che in via teorica potrebbe essere disponibile
tutto l'anno, di fatto viene tagliato prevalentemente d'inverno, poiché durante questa stagione
esso contiene meno umidità. Per questo motivo impianti di potenza alimentati a biomasse
richiedono grandi zone per lo stoccaggio del materiale, che viene di fatto reso disponibile
solo una volta l'anno.
Resa per ettaro: Al contrario dei combustibili tradizionali, che si trovano generalmente in
giacimenti di grandi dimensioni, la produzione di biomasse avviene generalmente su aree
molto elevate. Questo è forse il principale limite allo sfruttamento delle biomasse.
Inquinamento locale: La combustione del materiale, soprattutto se legnoso (quindi allo
stato solido), pur contribuendo in maniera minimale all'emissione di CO2, emette quantità
significative di ossidi d'azoto, ossidi di zolfo e metalli pesanti che la pianta ha assorbito.
Essendo il cloro presente un po' ovunque in natura, dalla combustione di biomasse si hanno
quantità significative di cloruri e diossine.
Piperno – IIID OT
BIOETANOLO
L'uso di carburanti per autotrazione di origine vegetale - in particolare di etanolo - risale ai primi del
'900 quando lo stesso Henry Ford ne promosse l'utilizzo, tanto che nel 1938 gli impianti del Kansas
producevano già 18 milioni di galloni/anno di etanolo (circa 54.000 t/anno). L'interesse americano
per l'etanolo scemò dopo la seconda guerra mondiale in conseguenza dell'enorme disponibilità di
olio e gas, ma negli anni '70, a seguito del primo shock petrolifero, si ricominciò a parlare di etanolo
e, alla fine del decennio, diverse compagnie petrolifere misero in commercio benzina contenente il
10% di etanolo, il cosiddetto gasohol, avvantaggiandosi del cospicuo sussidio fiscale concesso
all'etanolo stesso. Più recentemente, si pensò che i programmi di sviluppo per l'etanolo potessero
ricevere una buona spinta dall'approvazione, da parte del Congresso Americano, degli emendamenti
al Clean Air Act (1990) che imponevano un contenuto minimo di ossigeno nelle benzine destinate
alle aree metropolitane più inquinate. Ma le cose non andarono nel senso voluto dagli "etanolisti"
per la contemporanea presenza sul mercato di un competitor più forte sia dal punto di vista
economico che prestazionale, l'MTBE.
Oggi però, per una controversa questione ambientale nata da casi di contaminazione delle falde
acquifere, il mercato americano sta cercando di mettere fuori legge l'MTBE (MetilTerButilEtere) e
così l'etanolo ripropone la sua candidatura, spinto anche dalla necessità sempre più pressante per la
politica mondiale di ridurre le emissioni di CO 2 . Ma, è bene ricordarlo, spinto soprattutto dalle
lobby "etanoliste" e dagli agricoltori che oggi si avvantaggiano di un mercato statunitense di circa 6
milioni di tonnellate all'anno di bioetanolo, favoriti da interessantissime agevolazioni fiscali, sia
federali (53 cents per gallone, vale a dire 180 $/t) sia statali (dai 20 ai 60 cents per gallone
aggiuntivi).
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Cos'è il bioetanolo e come si produce
Il bioetanolo è un alcool (etanolo o alcool etilico) ottenuto mediante un processo di fermentazione
di diversi prodotti agricoli ricchi di carboidrati e zuccheri quali i cereali (mais, sorgo, frumento,
orzo), le colture zuccherine (bietola e canna da zucchero), frutta, patata e vinacce.
In campo energetico, il bioetanolo può essere utilizzato direttamente come componente per benzine
o per la preparazione dell'ETBE (EtilTerButilEtere), un derivato alto-ottanico alternativo all'MTBE
(MetilTerButilEtere).
Nonostante l'elevato costo di produzione, pari a circa due volte quello della benzina, il bioetanolo
può risultare ancora fonte di profitto quando si considerino le attuali agevolazioni fiscali e
finanziamenti di origine governativa legate alla caratteristica "rinnovabile" di questa fonte
energetica. Inoltre, finalmente anche in italia, le associazioni dei coltivatori hanno siglato degli
accordi per aumentare in maniera siglificativa la produzione di bioetanolo aiutando anche
l'agricoltura.
Mastouri – II D OT
Il Bioetanolo può essere aggiunto nelle benzine per una percentuale che può arrivare fino al 30%
senza dover modificare in nessun modo il motore o, adottando alcuni accorgimenti tecnici anche al
100% come in Brasile dove, per ragioni di politica energetica locale, l'etanolo è stato utilizzato per
diversi anni anche come carburante "unico" in sostituzione della benzina. Oggi viene molto
utilizzato anche in Svezia, la nazione europea dove più si sta sviluppando il mercato del bioetanolo.
Quando si fermentano cereali per ottenere il bioetanolo, i sottoprodotti della lavorazione possono
essere utilizzati nella mangimistica. Nella produzione da canna da zucchero si ottiene un
sottoprodotto, denominato bagassa, che può essere destinato alla coproduzione di energia elettrica e
calore (cogenerazione). Orientativamente, si può stimare che il rendimento di bioetanolo, a partire
da cereali, si aggiri intorno al 30% (30 kg di etanolo da 100 kg di cereali fermentati).
Per i mangimi ottenuti come sottoprodotto si può stimare una resa più o meno analoga.
In alternativa, il bioetanolo può essere prodotto a partire da biomasse di tipo cellulosico, ovvero
dalla gran parte dei prodotti o sottoprodotti delle coltivazioni. In questo caso la biomassa viene
idrolizzata per trattamento con acido solforico per produrre zuccheri che successivamente vengono
inviati alla fermentazione utilizzando flore batteriche modificate geneticamente. Anche se impiega
materie prime meno pregiate, questa seconda via è ancora molto costosa (30-40% in più rispetto alla
fermentazione classica).
16
Le materie prime sono costituite soprattutto da cereali,
canna da zucchero e barbabietole, prodotti la cui
destinazione per eccellenza è il settore alimentare e la
cui ricollocazione ad altri usi è condizionata non solo
da aspetti di tipo etico, ma anche economico, laddove i
nuovi utilizzi non siano altrettanto
remunerativi di quelli alimentari. In
altre parole, la politica di gestione
delle eccedenze agricole, come proposta in Europa nel 1986, non è sufficiente per
una politica energetica basata sulle fonti rinnovabili. Poiché la sicurezza della
disponibilità di energia è fondamentale per un paese, la produzione agricola a essa
destinata deve poter essere garantita con continuità.
In campo energetico il bioetanolo può essere utilizzato come componente per benzine o per la
preparazione dell'ETBE (etere etilbutilico), un derivato ad alto numero di ottano. Può essere
utilizzato nelle benzine in percentuali fino al 20% senza modificare il motore, o anche puro nel
Motore Flex. Il bioetanolo ha un potere calorifico inferiore a quello della benzina ed è un vettore
energetico che ha un rendimento termodinamico del 30% inferiore rispetto al normale combustibile.
Il numero di ottano dell'etanolo puro è di 113, infatti viene usato per alzare il numero di ottano delle
benzine di distillazione. Questo compensa in parte il ridotto potere calorico.
Il bioetanolo da cereali ha in media, un EROEI, Energy Ratio (energia ottenuta dal biofuel/energia
consumata per produrlo), pari a circa 1 cioè per produrlo verrebbe bruciata una quantità
(energetica) di combustibile fossile che è pari alla quantità (energetica) di etanolo prodotta. Perciò
una vettura alimentata a bioetanolo produrrebbe inquinamento e CO2 al pari di una vettura
alimentata ad altro combustibile fossile. Altri studi hanno trovato un EROEI maggiore.
Il bioetanolo da cellulosa ha attualmente costi tripli rispetto a quello da canna da zucchero.
Quest'ultimo è prodotto solo in una zona limitata del pianeta (Brasile) e in piccola quantità rispetto
alle esigenze mondiali.
Ciononostante, gli impianti di seconda generazione (ormai in piena diffusione) permetteranno di
utilizzare scarti di lavorazione dei prodotti agricoli con maggior resa. Questo significa che in futuro
non sarà necessario coltivare ettari di cereali per la sola produzione di bioetanolo ma sarà
sufficiente utilizzare ciò che resta della pianta come fonte di glucosio. Questo comporta ovviamente
l'eliminazione delle spese di smaltimento dei prodotti di scarto (molto importante in termini
economici ed ecologici).
Recenti studi (2007) rilevano che sebbene l'utilizzo di etanolo riduca la concentrazione di sostanza
cancerogene come il benzene e il butadiene nel contempo innalzano i livelli di formaldeide e
acetaldeide. Secondo questi studi il rischio complessivo è simile anche se un uso esteso potrebbe
innalzare anche i livelli di ozono in alcune zone del pianeta.
Negli Stati Uniti l'Energy Policy Act del 2005 prevede forti sovvenzioni federali agli agricoltori per
aumentare la produzione di bioetanolo dai 4 miliardi di galloni del 2006 ai 7,5 miliardi nel 2012.
Il Brasile prevede di raddoppiare la produzione di bietanolo entro la fine 2010 diventando così uno
dei maggiori esportatori raggiungendo la cifra di 5 miliardi di litri sufficienti ad alimentare circa 5
milioni di veicoli (in Italia il parco veicoli è di 34 milioni).
17
La Svezia, grazie ad un programma che prevede anche un uso massiccio di bioetanolo per i
trasporti, intende diventare il primo paese al mondo indipendente dal petrolio entro il 2020.
Progetto BEST
Il progetto Bioethanol for Sustainable Transport (BEST) ha l'obiettivo di dimostrare la fattibilità
della sostituzione di benzina e diesel con il bioetanolo. BEST è supportato dalla commissione
europea e coinvolge 6 paesi europei con la partecipazione di Brasile e Cina.
Il bioetanolo può essere utilizzato, come sostituto della benzina nelle auto cosiddette “flessibili”
(circa 400,000 vetture/anno sono attualmente vendute in Brasile), come miscela 10%-85% nelle
benzine per motori a scoppio, come additivo, 5%-10%, al gasolio per motori diesel, come sostituto
del gasolio nell’alimentazione di motori diesel (con opportune modifiche alle motorizzazioni).
Già oggi, oltre che in Brasile, anche negli Stati Uniti circolano oltre 1.000.000 di auto alimentate ad
etanolo. In Svezia poi, oltre a 15,000 auto private, l’intera flotta di autobus di Stoccolma è
alimentata a bioetanolo (con piccole percentuali di autobus alimentati a biogas e a idrogeno).
Nel complesso gli obiettivi del progetto sono l'introduzione di 10.500 auto flex e 160 autobus a
bioetanolo. Inoltre il progetto prevede la costruzione di 148 stazioni di rifornimento, 135 delle quali
per l'E85 e 13 per l'E95.
Le città in cui il progetto è operativo sono: Stoccolma (Svezia), Rotterdam (Olanda), Somerset
(Regno Unito), Dublino (Irlanda), Madrid (Spagna) e La Spezia per l'Italia.
Per la città di La Spezia il progetto prevede la costruzione di 3 stazioni di rifornimento (due per
E85, una per E95, le prime in Italia) e l'introduzione di 100 auto flex (10 a carico del comune e 90
di piccole e medie imprese).
Gheatau II D OMT
18
VII. LE NUOVE TECNOLOGIE PER LA
MOBILITA’
In questi tempi abbiamo bisogno di veicoli che
inquinano poco e per questo motivo stanno mettendo in
commercio vari tipi di veicoli. Questi veicoli sono ad
esempio le auto elettriche, biocombustibili, idrogeno,
ibrido, gpl
L’automobile ecologica del futuro
Il petrolio è una risorsa limitata e inquinante quindi dobbiamo
continuare a sviluppare veicoli alimentati da biocarburanti,
energia elettrica o celle a combustibile.
Se si proseguirà in modo costante la ricerca e lo sviluppo di
questi elementi potremo ottenere una riduzione dell’impatto
ambientale creando un automobile ecologica con zero
emissioni e nessun impatto negativo sull’ambiente. Si stanno
esplorando nuove tecnologie, entro un ampio raggio, per
ottenere innovazioni più verdi e pulite.
Si deve continuare a sostenere con impegno lo sviluppo di
sistemi ibridi e nuove tecnologie ecologiche, in modo da
combinare varie fonti di potenza per massimizzare i vantaggi.
- IBRIDA
In commercio
- COMBUSTIBILI RINNOVABILI
In commercio
- AUTO IDROGENO
MCI: In via di commercio
FC: Prototipi e flotte dimostrative
Alessandro Picano – II D OT
Summa Simone – IID OT
VII.1. -
Il veicoli ibridi-elettrici sono veicoli che integrano un motore a combustione interna (alimentato a
benzina, gasolio o etanolo) con un motore elettrico
Il propulsore a combustione interna ha due compiti: quello principale è lo stesso di quello delle
normali auto, ovvero trasformare l’energia chimica in energia cinetica per far girare la ruote e
spingere la vettura. La seconda funzione è di caricare la batteria del motor elettrico. Per ottenere
questa seconda funzione, un computer più tosto sofisticato gestisce, istante per istante, l’utilizzo del
motore termico in maniera di evitare che venga sprecato carburante e che, allo stesso tempo, che
l’accumulatore faccia scendere la sua carica al di sotto di una soglia limite.
Per migliorare la sua funzione di carica, spesso il tipo di propulsore è differente rispetto a quelli
delle comuni vetture, ad esempio il ciclo Atkinson invece di quello otto. La differenza consiste che
nel primo la fase di espansione ha una durata maggiore di quella del secondo.
L’intervento primario del motore elettrico è quello di aiutare il propulsore a combustione interna a
spingere il veicolo, ma non solo: recuperare energia in rilascio e in frenata. La funzione di
rallentamento della vettura è affidata, infatti, al motore elettrico che opponendosi alla rotazione
delle ruote, trasforma l’energia cinetica in energia elettrica che viene immagazzinata a una apposita
19
batteria. A basse velocità e nelle partenze da fermo questa energia viene sfruttata per spingere l’auto
senza fare intervenire il propulsore termico; il momento dello spunto infatti; è quello in qui il
motore a combustione interna consuma di più, perché a bassi regimi è in grado di generare poca
coppia. Quello elettrico invece, ovvia a questo inconveniente, poiché non ha una curva di coppia
(ovvero non c’è variazione del numero di giri del motore), avendo un funzionamento del tipo on \
off.
Ma è proprio questo tipo di comportamento che genera sempre la stessa quantità di spinta, che
rende importante la presenza del motore termico: ai medi e alti regimi, infatti, è in grado di
sprigionare molta più energia di quello elettrico consentendo di aggiungere maggiori prestazione.
Questa soluzione termica piuttosto complessa fa far funzionare al meglio, consente di completare
due motori efficaci, posizionati uno in alto e uno in basso. Di conseguenza sono consumi contenuti
e prestazioni migliori.
Federico Fraioli – III D OT
Vantaggi
Un’auto ibridia-elettrica inquina meno: in particolare nel traffico cittadino le emissioni possono
essere abbattute dell’80% rispetto a un’auto a benzina o diesel, specie per via del fatto che il
motore a combustione interna rimane spento durante le soste.
Sempre in relazione al traffico cittadino, la soluzione ibrida può risultare vincente nel settore del
trasporto pubblico: alcuni dei famosi ‘double-decker’ londinesi utilizzano questa soluzione, che
consente di installare un motore diesel da soli 1.9 litri invece del tradizionale da 7.0 litri: in
questo modo si è registrata una riduzione delle emissioni di CO2 del 20% e un taglio dei
consumi del 40%.
Gli svantaggi
Un primo svantaggio degli ibridi elettrici è legato al fatto che
si tratta di automobili estremamente sofisticate, in cui un
computer e un complesso software devono gestire
l’interazione fra i due motori e le funzioni di bordo: una
complessità che può portare a guasti e malfunzionamenti.
Inoltre, per loro impostazione, le auto di questo tipo
sembrano comportasi al meglio in città, mentre nelle tratte
autostradali possono in alcuni casi finire per consumare di
più
che
nel
ciclo
urbano.
Gli ibridi-elettrici sono ancora costosi: per via della loro
complessità.
Il rispetto per l'ambiente è legato
all'impiego combinato di due propulsori,
prodotti entrambi da Honda, che
garantiscono l'avviamento e le
accelerazioni, mentre a basse velocità di
crociera (da 20 a 49 km/h) la vettura può
funzionare con il solo motore elettrico,
Infine c’è un fattore moda: si tratta di auto attualmente molto
in voga, e forse i produttori non stanno facendo del loro
meglio per renderle davvero ecologiche. In alcuni modelli le
percorrenze sono appena migliori rispetto alle auto normali,
segno che il motore elettrico viene sfruttato più per avere un
extra di potenza che per aumentare l’efficienza del veicolo.
Patrick Castillo – IID OT
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Esistono tre diversi tipi di sistemi per l’integrazione di un motore termico ed una macchina elettrica:
ibrido serie, ibrido parallelo e ibrido misto.
IBRIDO SERIE
IBRIDO PARALLELO
Schema di un motore ibrido serie
Il motore termico non è collegato alle ruote, ma
ha il compito di generare la corrente per
alimentare il motore elettrico che la trasforma in
moto, mentre l’energia superflua viene usata per
ricaricare le batterie.
Nei momenti in cui viene richiesta una grande
quantità di energia, essa viene attinta sia dal
motore termico che dalle batterie. Poiché i
motori sono in grado di operare su di una grande
vastità di regimi di rotazione, questa struttura
permette di rimuovere o ridurre la necessità di
una trasmissione complessa. L’efficienza dei
motori a combustione interna cambia al variare
del numero di giri, nei sistemi ibrido serie i giri
del motore termico vengono impostati per
ottenere sempre la massima efficienza non
dovendo
subire
né
accelerazioni
né
decelerazioni.
Schema di un motore ibrido parallelo
È il più usato nelle auto ibride. Entrambi i
motori (sia elettrico che termico) forniscono
coppia alle ruote. Il motore termico può anche
essere utilizzato per ricaricare le batterie in caso
di necessità. Gli ibridi parallelo potrebbero
essere suddivisi ulteriormente in classi, a
seconda del bilanciamento dei due motori nel
fornire forza motrice. Nella maggior parte dei
casi, per esempio, il motore a combustione
interna è la parte fondamentale e il motore
elettrico ha la semplice funzione di fornire
maggior potenza nei momenti di necessità (di
solito in partenza, in accelerazione, ed alla
velocità massima).
La maggior parte dei progetti combinano un
grande generatore elettrico e un motore in una
singola unità, spesso situata tra il motore a
combustione interna e la trasmissione, nel posto
del volano sostituendo sia il motorino di
In alcuni prototipi sono installati piccoli motori avviamento che l’alternatore. Solitamente il
elettrici per ogni ruota. Il notevole vantaggio di cambio è automatico.
questa configurazione è di poter controllare la
potenza che ogni ruota eroga.
Il vantaggio sta nell’eliminazione delle marce
basse (che consumano più carburante) e del
Il maggiore svantaggio degli ibridi serie consiste consumo a ruote ferme o a passo d’uomo.
nella seria riduzione di efficienza rispetto ai Inoltre permette cilindrate più basse in quanto
motori solo termici in condizioni di elevata e alla massima velocità il motore termico può
costante velocità (come superare i 110 Km/h). essere supportato da quello elettrico (anche se
Questo è causato dal fatto che nella conversione solo per qualche chilometro). Questo ne fa dei
termico-elettrico-moto parte dell’energia viene veicoli adatti ai ritmi cittadini piuttosto che
persa mentre non accadrebbe con una lunghi tratti stradali.
trasmissione diretta. Questo inconveniente non è
presente negli ibrido parallelo. Gli ibridi serie La Toyota Prius, ad esempio, adotta un sistema
sono i più efficienti per i veicoli che necessitano di questo tipo, che le permette di muoversi con
di continue frenate e ncorché e come le auto il solo motore elettrico, oppure di decidere
ad uso urbano, e mezzi pubblici(autobus, taxi)
autonomamente la migliore “miscela” per
utilizzare uno dei 2 motori oppure entrambi.
Molti modelli di ibridi serie hanno, in dotazione, Ad esempio partendo fa ferma userà il solo
un pulsante per spegnere il motore termico. La motore elettrico che garantisce spunti e ripresa
21
funzione viene utilizzata specialmente per la
circolazione nelle zone a traffico limitato.
L’autonomia del motore dipende dalla carica
delle batterie; il motore termico, comunque, può
essere riattivato premendo di nuovo il pulsante
usato per spegnerlo. Il motore termico viene
inoltre spento automaticamente durante le soste.
notevolmente migliori rispetto al motore
termico, per poi far entrare in funzione
quest’ultimo nel momento in cui è necessario
una spinta aggiuntiva o per raggiungere le
velocità più elevate.
IBRIDO MISTO
Negli ibridi misti
il motore è
estremamente
versatile e
permette di
Schema di un motore ibrido passare dal
misto
sistema serie a
parallelo e
viceversa.
Paul Petica III D OT
AUTO IBRIDA “PLUG-IN”
L’Auto ibrida elettrica plug-in o ibrida plug-in
(PHEV: plug-in hybrid electric vehicle) è una categoria
di auto a motore ibrido, con batterie per il motore
elettrico che possono essere ricaricate con una spina
tramite una fonte di energia elettrica, in modo da
evitare la ricarica attraverso il motore a combustione
interna. Comprende le caratteristiche di entrambi i
veicoli elettrici ibridi tradizionali: ha un motore a
combustione interna e un motore elettrico. Oggi ci sono auto commerciali, camion, scuolabus,
moto, scooter e veicoli militari con questa tipologia di motori.
I veicoli PHEV possono essere sia della tipologia in serie che di quella in parallelo. Adottano inoltre
batterie agli ioni di litio, ad alta capacità. La riduzione delle emissioni inquinanti dipende, come nel
caso dei veicoli elettrici puri, da come è stata generata l’energia elettrica utilizzata per la ricarica
(es. se per mezzo di fonti fossili o attraverso energie rinnovabili). I veicoli PHEV, soprattutto le
auto, sono attrattivi per l’utenza in quanto permettono inoltre di conseguire un notevole risparmio
economico.
Flavio D’Amico – IIID OT
La cautela di Toyota sulle Plug-In
Facendo la sua apparizione al Motor Show di Detroit, il Presidente della Toyota Katsuaki Watanabe
ha annunciato che le auto “ricaricabili” saranno disponibili per clienti selezionati nei prossimi due
anni, avvertendo tuttavia che questo non significa che la tecnologia sia pronta per essere lanciata.
L’azienda giapponese sta, infatti, realizzando con la Panasonic degli studi di fattibilità sulle batterie
al litio, per verificarne la performance in condizioni reali.
22
Sulle batterie al litio, essenziali per la riuscita delle auto plug-in, Watanabe afferma che: “Siamo
determinati a a conoscere le possibilità delle batterie agli ioni di litio, ma non lo sapremo fino a
quando non ne avremo costruite un buon numero, usandole nelle diverse situazioni possibili. Solo
dopo che avremo fatto questo potremo misurare la resa rispetto a degli standard prefissati e, quindi,
valutare se sono pronte per il mercato ed i clienti Toyota.”
In aggiunta ai problemi relativi all’automobile, la ricarica
alla presa di corrente pone delle questioni tecniche in
merito alla capacità della rete di assicurare una richiesta
supplementare di energia, da effettuarsi, verosimilmente,
nelle ore notturne. Idealmente, i proprietari di un’auto plugin potranno anche alimentare la rete elettrica mediante le
batterie della loro auto, secondo necessità e convenienza
economica del momento, tuttavia, in merito a questa
possibilità la posizione aziendale è abbastanza chiara: “La
nostra competenza riguarda la costruzioni di auto a motore,
non la generazione di elettricità, almeno non ancora.”
VII.2. L’auto elettrica è un’automobile con motore elettrico che utilizza l’energia chimica che viene
immagazzinata in un “serbatoio” energetico costituito da una o più batterie ricaricabili.
I veicoli elettrici hanno complessivamente una maggiore efficienza energetica rispetto a quasi tutti i
motori a combustione interna. Un motore a benzina ha una efficienza energetica del 25-28%, un
diesel si avvicina al 40%, mentre un motore elettrico a induzione in corrente alternata ha
un’efficienza del 90%. Non producono fumi di scarico né vapor d’acqua) e, complessivamente,
producono un inquinamento praticamente nullo se riforniti con energia prodotta da fonti rinnovabili.
Grazie alla elevata coppia prodotta dai motori elettrici, i veicoli elettrici hanno buone prestazioni in
accelerazione, tali da superare i veicoli convenzionali alimentati a benzina. I nuovi modelli possono
viaggiare per centinaia di chilometri con una sola carica, anche dopo 160.000 km di impiego delle
stesse batterie.
I veicoli elettrici, riducendo la dipendenza dal petrolio, potrebbero rallentare il riscaldamento
globale (attenuando l’effetto serra), sono più silenziosi rispetto ai motori a combustione interna e
non producono fumi nocivi.
Come svantaggi si ha una limitata autonomia tra le ricariche, il tempo di ricarica, e la scarsa durata
delle carica delle batterie, anche se nuovi tipi di batteria ricaricabile e nuove tecnologie di carica (e
di scarica) ne hanno incrementato l’autonomia e la vita utile, riducendone contemporaneamente il
tempo di carica.
Anche se alcuni modelli vengono ancora prodotti in quantità limitate, alcuni BEV (Battery electric
vehicle) che si sono rivelati adatti alle strade (e molto popolari come il GM EV1) sono stati ritirati
dal mercato e sono stati rottamati dai loro costruttori. I maggiori costruttori di automobili USA sono
stati accusati di aver deliberatamente sabotato i loro sforzi per la produzione di veicoli elettrici.
23
Le compagnie petrolifere hanno registrato ed acquistato i brevetti di molti tipi di batteria, ed hanno
utilizzato la “patent protection” per impedire che la più moderna tecnologia delle batterie
ricaricabili venisse utilizzata nelle auto elettriche.
Lucani Francesco – III D
Il costo principale del possesso dei BEV moderni dipende principalmente dal costo delle batterie, il
tipo e la capacità di esse è fondamentale nel determinare molti fattori come l’autonomia di viaggio,
la velocità massima, il tempo di vita utile della batteria ed il tempo di ricarica; esistono alcuni
svantaggi e vantaggi dei vari tipi
Il costo delle batterie, per la mancanza di una produzione di serie, va dal 80 % del totale (di 50.000
euro per veicoli potenti, a lungo raggio con costose batterie NiMH) fino al 50% (di 16.000 euro per
veicoli di uso cittadino con batterie nichel-cadmio, zinco-aria o al magnesio, ed autonomie inferiori
ai 160 km).
All’inizio della loro produzione le automobili elettriche costeranno circa il 50-100% in più rispetto
a quelle a combustione interna (a causa delle batterie), ma, con il passare degli anni i costi sono
diminuiti.
Le vetture elettriche di serie o convertite tipicamente consumano da 0,11 a 0,23 kWh/km.
Considerando un consumo di 5 litri di benzina per 100 km, una vettura a combustione interna
consuma circa 0,51 kWh/km. Si tenga poi presente che circa 1/3 del consumo della vettura elettrica
è dovuto a dispersioni ed al basso rendimento nella ricarica delle batterie, e quindi non è
impensabile un consumo chilometrico inferiore a 0,1 kWh in un futuro molto prossimo, consumo
neppure ipotizzabile nelle vetture a combustione interna.
Le batterie delle vetture elettriche devono essere ricaricate periodicamente. Le VE solitamente
vengono caricate dalla rete elettrica. In questo caso l’energia è generata da una varietà di risorse
come il carbone, l’energia idroelettrica, l’olio combustibile, il gas naturale, altre fonti rinnovabili o,
infine, nei paesi in cui è previsto l’uso, l’energia nucleare.
Le batterie possono essere ricaricate mentre il veicolo viene guidato grazie al freno rigenerativo.
Sono anche state sperimentate alcune fonti di energia ausiliarie, come la cella fotovoltaica sul tetto
della vettura.
Nell’auto ibrida l’elettricità può essere prodotta da un generatore mosso da un motore a
combustione interna. Anche se non si tratta in senso stretto di una BEV, la ncorch car Ford Reflex
dispone di celle fotovoltaiche all’esterno per aiutare ad alimentare il suo sistema di potenza ibrido.
Il tempo di ricarica viene determinato principalmente dalla corrente trasmissibile da parte della
connessione alla rete elettrica. La potenza normalmente disponibile in una presa di corrente
domestica va da 1.5 kW (negli USA, Canada, Giappone, e paesi con tensione 110 V) fino a 3-6 kW
(in paesi con corrente a 240 V). In Italia è abbastanza comune il contratto 6kW di connessione alla
rete, ma si potrebbero evidentemente utilizzare correnti più alte. Si pensi che i carrelli elevatori, la
cui maggioranza è azionata da un motore elettrico, ricaricano batterie da 6-700 Ah in pochissime
ore con connessioni a prese dell’ordine di 10 – 12 kW.
Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi gruppi a vario voltaggio e capacità per
ottenere l’energia richiesta. La durata delle batterie dovrebbe essere considerata quando si calcola il
costo di investimento, dato che le batterie si consumano e devono essere sostituite. Il decadimento
24
delle batterie dipende da numerosi fattori, anche se si stanno progettando batterie che durano di più
dello stesso veicolo.
Nell’utilizzo quotidiano in strade di città e campagna, alcuni dei veicoli Toyota RAV4 EV,
utilizzanti batterie NiMH, hanno avuto durate operative eccedenti i 160.000 km, con poca o nessuna
degradazione della capacità di carica e del voltaggio fornito nell’ambito del loro tragitto quotidiano.
Da Ponte – IB OMT
Nissan Nuvu: la nuova city car
della casa giapponese dotata di
pannelli fotovoltaici che assorbono
energia solare per ricaricare le
batterie.
Forme arrotondate per la nuova
cittadina della casa giapponese
Nissan. Si chiama Nuvu ed è stata
presentata al Salone di Parigi 2008.
L’abitacolo flessibile permette di
accogliere uno o due passeggeri
secondo
necessità.
Ma
l’innovazione della Nuvu è
rappresentata essenzialmente dai
pannelli fotovoltaici posizionati sul
tetto.
Questi assorbono l’energia solare
che viene convogliata nel tronco
sottile e utilizzata per ricaricare la
batteria e alimentare il motore
elettrico con una dose di potenza
extra. Le batterie sono di tipo
laminato agli ioni di litio, di ultima
generazione, con una capacità di
140
Wh/kg
(watt/ore
per
chilogrammo).
Riccardo Lodoli – IB OMT
Toyota Prius :
I tentativi di alimentare
automobili ibride con pannelli
solari è una ricerca che va
avanti da tempo.
La Solar Electrical Vehicles,
un’azienda californiana, ha
creato l’opzione di un grande
pannello solare da piazzare
sul tetto della Toyota Prius.
L’opzione è costituita da celle
fotovoltaiche monocristalline
collegate in moduli da 200-300
Watt;
l’energia
ricavata
dall’irraggiamento solare viene
accumulata in una apposita
batteria da 3 kW, in grado di
garantire fino a 32 chilometri
di mobilità elettrica ogni
giorno.
Gli studiosi hanno
inventato da qualche anno,
auto elettriche cosi da non
inquinare l’ambiente, e,
invece di attaccarle a
caricare attraverso la spina
elettrica hanno montato su
queste auto dei pannelli
fotovoltaici eliminando
cosi il problema della
ricarica della batteria.
Dalle auto normali…..
Così, grazie ad un risparmio
energetico di circa un 29%, la
spesa iniziale d’installazione di
2.000/4.000 dollari può essere
…..a quelle dal design
recuperata nel giro di 2/3 anni.
futuristico
La SEV sta sviluppando,
inoltre, una batteria ad alta
Epifani – IB OMT
capacità che potrà aggiungere
altri 16 km di autonomia.
Riccardo Lodoli – IB OMT
25
Le Batterie a Litio
Le batterie agli ioni di litio possono essere costruite in una vasta gamma di forme e dimensioni, in
modo da riempire efficientemente gli spazi disponibili nei dispositivi che le utilizzano.
Tali batterie sono più leggere delle equivalenti fabbricate con altri componenti chimici e non
soffrono dell’effetto memoria. Uno svantaggio della batteria al Li-Ion è che presenta un degrado
progressivo anche se non viene utilizzata (ha una durata di conservazione fissa, in inglese shelf life,
a partire dal momento della fabbricazione, indipendentemente dal numero di cicli di carica/scarica).
Questo svantaggio non è molto pubblicizzato. Ad un livello di carica del 100%, una tipica batteria
Li-Ion per calcolatore portatile caricata al 25% e conservata a 25° C perderà irreversibilmente circa
il 20% della sua capacità all’anno. Tuttavia la batteria di un computer portatile poco ventilato
potrebbe venire esposta a temperature più alte, abbreviandone ulteriormente la durata. Questo tipo
di degrado peggiora con l’aumento della temperatura di conservazione e dello stato di carica.
Per questo gli accumulatori Li-Ion non sono adatti ad essere usati come fonte secondaria di energia:
per questa applicazione sono più indicati gli accumulatori al piombo, o anche le batterie al Ni-MH.
La chimica delle batterie Li-Ion non è sicura come le altre: una batteria Li-Ion può esplodere se
surriscaldata o caricata eccessivamente. Un accumulatore agli ioni di litio richiede diversi sistemi di
sicurezza obbligatori al suo interno, prima che si possa considerare sicuro per l’uso comune. Questi
includono un interruttore termico (per prevenire il surriscaldamento in caso di sovraccarico) e una
linguetta di sicurezza con valvola di sfiato (per controllare la pressione interna). Nonostante queste
caratteristiche di sicurezza, le batterie Li-Ion sono soggette a frequenti richiami in fabbrica; inoltre,
i sistemi di controllo occupano spazio utile all’interno delle pile, oltre ad aggiungere ulteriori
possibilità di guasto. Di solito, in caso di problemi a questi sistemi, la pila è resa inutilizzabile
permanentemente e irreversibilmente.
Le vecchie batterie agli ioni di litio non potevano essere caricate velocemente e necessitavano
tipicamente di almeno 2 ore per ricaricarsi completamente. Le pile della generazione attuale si
ricaricano completamente in 45 minuti o meno; alcune raggiungono il 90% di carica in appena 10
minuti.
Il design interno delle pile a ione di litio è come segue. L’anodo è fatto con carbonio, il catodo è un
ossido metallico, e l’elettrolita è un sale di litio in solvente organico. Poiché il metallo di litio, che
potrebbe essere prodotto in condizioni irregolari di ricarica, è molto reattivo e può causare
esplosioni, le pile agli ioni di litio solitamente hanno incorporati circuiti elettronici protettivi e/o
fusibili per evitare l’inversione di polarità, sovraccarichi di tensione e surriscaldamento.
Le batterie agli ioni di litio si possono facilmente rompere, prendere fuoco o esplodere quando sono
esposte alle alte temperature, o alla luce diretta del sole. Non dovrebbero essere tenute in macchina
durante il periodo caldo. Cortocircuitare una batteria al litio può causare incendi ed esplosioni.
Il contenitore di una batteria al Li-Ion non va mai aperto per nessun motivo, esse contengono
dispositivi di sicurezza che proteggono le pile, se danneggiati, queste possono anche causare
l’incendio o l’esplosione della batteria.
26
Nuove tecnologie
Il prototipo della batteria al litio di dimensioni nanoscopiche della Ancorc NanoTechnology, una
piccola marca di Reno, ha tre volte la potenza delle attuali batterie e può essere pienamente
ricaricato in 6 minuti. La Toshiba ha prodotto un’altra batteria al litio a ricarica veloce, basata su
una nuova tecnologia di nanomateriali, che procurano una ricarica ancora più veloce, una capacità
più grande e un ciclo di vita più lungo, da utilizzare primariamente in settori industriali o negli
autotrasporti.
Dal 2006 è in produzione la A123Systems una nuova batteria ancora più potente e ricaricabile più
velocemente basata su di una ricerca autorizzata dal MIT, usata negli attrezzi di potenza e in
conversioni Hybrids Plus Prius (anche se la conversione costa più del prezzo dell’auto, soprattutto a
causa del costo delle batterie).
Tutte queste formulazioni coinvolgono nuovi elettrodi.
Aumentando l’area effettiva dell’elettrodo – diminuendo
la resistenza interna della batteria – la corrente può
essere aumentata sia durante l’uso che la ricarica. Questo
è simile agli sviluppi ottenuti con il supercondensatore.
Di conseguenza la batteria è capace di rilasciare più
potenza (in watt); tuttavia, la capacità della batteria
(amperora) è aumentata solo di poco.
Nel 2009 la nuova Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID
ha inserito delle batterie agli ioni di litio all’interno del
circuito di climatizzazione dell’auto, con il vantaggio di
far funzionare sempre la batteria ad una temperatura
ottimale (15-35 °C) e di aumentare la durata ed il rendimento di esercizio. La Daimler, casa
costruttrice dell’auto in questione, è inoltre in fase avanzata di realizzazione di una speciale
tipologia di cella piatta per ospitare la batteria che offre alta densità di energia in un ingombro
ridotto e con elevati livelli di sicurezza.
Simone Summa – IID OT
In Giappone Hitachi, che dal 2010 fornirà batterie agli ioni di litio a General Motors, ha dichiarato
di aver sviluppato batterie al litio di quarta generazione, del 50% più potenti rispetto alle attuali, con
densità di energia pari a 4.500 watt/kg e forma rettangolare (non più cilindrica).
Le nuove batterie sviluppano una volta e mezza l’energia delle attuali grazie alla riduzione della
resistenza interna, con elettrodi più sottili e catodi in manganese.
Questa nuova tecnologia permette a Hitachi di realizzare prodotti più piccoli e di maggior potenza,
da utilizzare sia su auto ibride sia su auto completamente elettriche. Secondo i piani di Hitachi, le
batterie dovrebbero entrare in produzione verso l’inizio della prossima estate.
Dall’altra parte del Pacifico, l’americana “International Battery” ha sviluppato un formato standard
di moduli per le proprie batterie al litio da installare su diversi tipi di auto, così da impostare uno
standard nel settore. Tali moduli creano un unità di stoccaggio di energia che può ospitare 8 batterie
connesse tra di loro, ognuna delle quali dispone di un Battery Management System (BMS, sistema
di gestione delle batterie). I moduli possono essere connessi in serie o in parello, a seconda delle
necessità e il voltaggio massimo che può essere raggiunto è di 760 V.
Cristian De Masi –I B OMT
27
VII.3. CHE COS’E IL METANO?
Il metano è un idrocarburo semplice (alcano) formato da un atomo di carbonio e 4 di idrogeno; la
sua formula chimica è CH4, e si trova in natura sotto forma di gas. Il metano è il più semplice
idrocarburo presente in molti gas naturali. Si ottiene dalla decomposizione di sostanze organiche o
sintesi. E’ considerato un combustibile pregiato per gli usi domestici e industriali.
È un ottimo carburante per autotrazione, soprattutto dal punto di vista dall’impatto ambientale.
Infatti, data la totale assenza di zolfo, di composti di piombo e di idrocarburi policiclici aromatici, il
metano è uno dei carburanti più ecologici oggi in uso. Inoltre non richiede impianti di raffinazione o
aggiunte di additivi e può essere utilizzato già allo stato dell’estrazione dopo i normali trattamenti di
disidratazione e di filtrazione di inerti.
Il trasporto avviene principalmente attraverso una rete di metanodotti ed è quindi disponibile senza
accumulo nei depositi e senza intasare il traffico in superficie.
NELLE AUTOMOBILI
Il metano come carburante non è
una scoperta recente. Negli anni
‘50 le automobili a metano erano
il 3% del parco circolante italiano
ed erano operative ben 1.300
stazioni di rifornimento a metano.
L’Agip pubblicizzava il metano
come un carburante del futuro. La
situazione cominciò a cambiare
radicalmente negli anni ‘60 con
l’arrivo delle benzine a basso
costo. In pochi anni chiusero il
90% dei distributori e rimasero
attive sul territorio nazionale
soltanto 95 stazioni di servizio. Le
crisi petrolifere degli anni ‘70
rilanciarono il metano come carburante alternativo e gli investimenti privati nel settore triplicarono
rapidamente. Purtroppo, questa crescita naturale del mercato venne immediatamente bloccata da un
intervento del governo italiano che introdusse nel 1976 una tassazione tale da far aumentare in una
sola settimana il prezzo del metano come carburante da 67 a 200 lire. Una situazione destinata a
durare per quasi 20 anni
Soltanto negli anni ‘90 venne rimossa questa dura penalizzazione delle tariffe e il settore riprese a
crescere seguendo la naturale spinta di mercato. Oggi sono in funzione 470 impianti di rifornimento
a metano. Altri 40 impianti sono in costruzione o di imminente apertura, alcuni dei quali anche sulla
rete autostradale e nelle regioni meridionali, fino ad oggi penalizzate dalla scarsa presenza delle
stazioni di rifornimento. Le automobili a metano tornano ad apparire con evidenza nei listini delle
case automobilistiche. Lo dimostra la grande crescita della domanda di automobili a gas riscontrata
negli ultimi anni.
Quali sono i vantaggi del metano come carburante? In primo luogo per il suo basso impatto
ambientale. Il metano non è prodotto dai processi di raffinazione ed è già pronto all’uso in natura
28
come carburante ecologico. L’utilizzo del metano riduce radicalmente le emissioni inquinanti delle
automobili ed il livello di smog urbano. Un’automobile a metano non scarica polveri sottili (PM) e
riduce del 14% le emissioni di CO2 rispetto alla benzina e del 18% rispetto al diesel.
Le case automobilistiche da un paio di anni lanciano novità ma solo sui media: auto elettriche e auto
a idrogeno per ora sono ben lontane dai mercati; a essere apprezzate, per ora le auto a metano e le
auto a GPL.
Gianluca Pizzo – IB OMT
Il metano è un ottimo carburante per i motori ad accensione comandata, in abbinamento alla
appropriata tecnologia di alimentazione e controllo motore, la sua capacita’ di miscelarsi facilmente
con l’aria nella camera di scoppio porta a considerevoli benefici: ottima distribuzione della miscela
aria/combustibile; in buona sostanza, tutto questo significa un’ottima combustione, che consente di
raggiungere ottime prestazioni, bassi consumi, ridottissime emissioni ed assenza quasi completa di
residui carboniosi all’interno del motore
ncorché ridotta rumorosità complessiva del
motore.
Il rifornimento di un autoveicolo a metano avviene attraverso la connessione della manichetta del
distributore con la valvola di carico posta sul veicolo, generalmente all’interno del vano motore o
nelle vicinanze del bocchettone della benzina ed un condotto che adduce il metano in pressione al
serbatoio (generalmente ubicato nel vano bagagli). In una moderna stazione di servizio dotata di
erogatori a peso, il tempo per questa operazione si può indicare in 2-3 minuti, per un veicolo di
medie dimensioni (serbatoio da 80 -100 litri).
Il calcolo della autonomia va eseguito caso per caso partendo dalla dimensione delle bombole (la
loro capacità in litri è stampigliata sulle stesse e può essere facilmente rilevata anche dalla targhetta
di identificazione applicata dall’officina di trasformazione ).
La capacità totale delle bombole installate (espressa in litri), se divisa per quattro (con buona
approssimazione), dà i metri cubi equivalenti di metano contenuti nel serbatoio. Ad esempio in una
bombola da ottanta litri si hanno circa 20 metri cubi equivalenti di metano.
Se si ipotizza per esempio di percorrere mediamente 14 km con un metro cubo di metano
(equivalente alla percorrenza di circa 12,5 km/1 a,benzina), l’autonomia sarà intorno ai 280 km.
Sono disponibili sistemi di alimentazione a metano compatibili con tutte le tipologie di
motorizzazioni che equipaggiano le vetture presentati sul mercato. Si possono di conseguenza
trasformare a metano, senza alcuna complicazione di natura tecnica, tutte le auto alimentate
originariamente a benzina siano queste a carburatore, ad iniezione non catalizzata ed ad iniezione
catalizzata.
Nelle prestazioni del veicolo rivestono importanza fondamentale il corretto abbinamento tra il
carburante e l’appropriata tecnologia motoristica. Nel caso di motori a doppia alimentazione
(metano e benzina) l’ottimizzazione del motore non può essere completa e quindi non si
sfrutteranno appieno le caratteristiche del carburante metano. In ogni caso gli impianti più moderni
(iniezione di gas multipoint sequenziale fasato BRC SEQUENT) la differenza di prestazioni
nell’uso pratico dell’autoveicolo è quasi inavvertibile, mentre diviene più sensibile nel caso degli
impianti meno evoluti (impianti tradizionali a miscelazione), in particolare se non dotati dei sistemi
elettronici di variazione dell’anticipo.
29
Grazie alle bassissime emissioni inquinanti, i veicoli a metano possono circolare liberamente nei
centri storici anche nei periodi di restrizione del traffico, salva diversa
indicazione.
Il metano, essendo un gas più leggero dell’aria, non dà luogo ad accumuli ma si disperde nell’aria;
pertanto è possibile parcheggiare in box, garage sotterranei e trasportare in traghetto gli autoveicoli
alimentati anche a metano. Non esistono inoltre divieti di transito in gallerie, trafori e viadotti.
Le bombole di metano devono essere sottoposte ogni cinque anni al collaudo presso la G.F.B.M.
(Gestione Fondo Bombole Metano), l’operazione è completamente gratuita ed è finalizzata alla
verifica dello stato di efficienza e conservazione delle bombole, in modo da assicurare la massima
sicurezza di esercizio dell’impianto a metano sull’autoveicolo. (Legge 7 giugno 1990 N. 145,
D.P.R. 9 novembre 1991, n. 404).
I serbatoi per il gas compresso sono in grado di fornire le più ampie garanzie di sicurezza. Le
bombole sono infatti sottoposte a severi collaudi, sia in sede di omologazione sia nel corso della
loro vita.
Riccardo Muraca – IID OT
Gli svantaggi del gas naturale come combustibile per autotrazione sono di diversa natura. In primo
luogo, le prestazioni del motore sono in genere meno brillanti che con altri carburanti. Tipicamente
la potenza di un motore di piccola-media cilindrata, è del 10% inferiore quando alimentato a gas
naturale rispetto a quando è alimentato a benzina, tuttavia la velocità massima raggiungibile resta
quasi invariata anche se diventa più difficile e lento raggiungerla. Il secondo problema è l’ingombro
del serbatoio di gas naturale. Questo porta, su vetture di medie dimensioni, a una consistente
limitazione dello spazio del bagagliaio rispetto ai serbatoi per combustibili liquidi, senza tuttavia
ottenere quantità immagazzinabili di gas naturale che consentano autonomie equivalenti. Uno dei
limiti rimane di conseguenza l’autonomia, che va dai 200 ai 450 km a seconda del tipo di vettura
Per quanto riguarda la tipologia più classica e diffusa di auto bifuel metano-benzina, l’installazione
dell’impianto in aftermarket consente di avere un’auto ibrida che si muove a benzina, oppure a
metano (attivando un apposito pulsante). Il metano è commercializzato allo stato gassoso e viene
erogato compresso alla pressione di 216 bar nominali con cui vengono riempite le bombole
installate sulla vettura (solitamente nel baule per le vetture trasformate successivamente alla
costruzione, sotto il pianale per le vetture già concepite per il funzionamento a metano). Il sistema
misura la massa del gas che viene erogato e per questo il prezzo del carburante è espresso in
funzione non del volume ma della massa. Attualmente (luglio 2009) il prezzo medio al distributore
è di circa 84 centesimi di euro al kg. Un kg di metano equivale all’incirca ad 1,5 litri di benzina.
Teoricamente il metano potrebbe dare prestazioni migliori della benzina poiché è maggiore il suo
numero di ottano (che è pari a 120), e dunque ha un maggior rendimento, come accade anche nelle
centrali elettriche alimentate a metano (turbogas); ciò richiederebbe però motori con un rapporto di
compressione maggiore di quello dei motori attuali, predisposti con un rapporto di compressione
adatto alla benzina. Questo non avviene ovviamente per i motori che sono già pensati per il
funzionamento a gas naturale, il cui rapporto di compressione è più alto. Questi motori hanno
prestazioni maggiori nel funzionamento a gas naturale rispetto a quello a benzina.
Piccirillo – III D OT
30
VII.4.-
CHE COS’E IL GPL?
Il Gpl deriva dall’elaborazione naturale del gas e dalla
raffinazione del petrolio greggio; sul mercato è venduto come
miscela (propano/butano) e come propano o butano commerciale.
Del gas naturale, il Gpl, come miscela di propano e butano,
costituisce una percentuale che arriva fino al 5%: esso viene
normalmente separato subito dopo l’estrazione del gas grezzo,
che è composto essenzialmente da metano. Il Gpl che proviene
dalla raffinazione del petrolio si ottiene dalla prima distillazione
del greggio e dal processo di reforming, mentre una quota
minoritaria proviene dai processi di conversione (cracking catalitico, hydrocracking, visbreaking).
Come il gas naturale, il GPL è una fonte energetica “a basso impatto ambientale” impiegata
principalmente nel settore residenziale ed in quello dei trasporti. Si tratta di un combustibile
ecocompatibile in quanto il contenuto di sostanze inquinanti e di gas ad effetto serra immesse in
atmosfera durante la combustione – sia nell’uso residenziale che in quello autotrazione – è
percentualmente inferiore rispetto a quello dei combustibili liquidi tradizionali.
Sotto forma di liquidi, i GPL possono essere facilmente immagazzinati, manipolati e trasportati in
recipienti a pressione quali cisterne ferroviarie o stradali e resi fruibili con modalità
economicamente convenienti nei luoghi di utilizzo domestici e industriali o per l’alimentazione
delle auto. Nel settore residenziale queste caratteristiche consentono di stoccare importanti quantità
di energia in recipienti di piccole dimensioni e questo rende il combustibile facilmente disponibile
al domicilio dell’utente, anche in località disagiate, dove condizioni logistiche e geografiche
rendono non realizzabili altre modalità per il soddisfacimento della domanda energetica.
Michael Demusca – IB OMT
NELLE AUTOMOBILI
Il GPL è vantaggiosamente utilizzato, oltre che per il riscaldamento domestico, anche per
l’alimentazione di autovetture a benzina grazie ad una semplice trasformazione del motore. Tutte le
vetture alimentate a benzina possono essere facilmente adattate alla doppia alimentazione
benzina/GPL (carburatore, iniezione, turbo, catalizzate).
Nel campo dell’autotrazione, il GPL costituisce la
soluzione ideale per conciliare sicurezza, risparmio,
prestazioni, energia pulita e ampia rete di
rifornimento.
Il suo successo nel campo dell’autotrazione è dovuto
alle sue naturali caratteristiche chimico-fisiche, ideali
per conferire all’autovettura ottime prestazioni in
termini di potenza, elasticità, buon funzionamento
del motore, riducendo notevolmente le emissioni
inquinanti.
31
L’elevata tecnologia raggiunta conferisce ai sistemi di alimentazione a GPL per autotrazione la
massima affidabilità e sicurezza in tutte le condizioni d’uso più critiche. Questa ragione, unita al
basso costo del rifornimento e alle scarsissime emissioni inquinanti, rispetto a benzina e diesel, ha
fatto del GPL il carburante ecologico alternativo scelto in sempre più numerosi paesi europei e
mondiali (Italia, Austria, Francia, Olanda, USA, Giappone, …) per l’alimentazione dei mezzi
pubblici quali autobus, taxi e scuolabus.
La maggior parte delle case automobilistiche propone sul mercato europeo vetture a doppia
alimentazione benzina/GPL di serie, delle quali una parte è commercializzata in Italia.
Attualmente in Europa ci sono circa 2 milioni di veicoli circolanti, fra cui auto private, taxi, flotte
aziendali di veicoli leggeri per la distribuzione merci, veicoli di servizio e mezzi delle
amministrazioni locali. Questi valori sono in continuo aumento, anche grazie alla progressiva
sensibilizzazione dei Comuni ai problemi di inquinamento urbano, e alla promozione di
finanziamenti statali e provinciali per la trasformazione a GPL della propria vettura o per l’acquisto
di una vettura nuova a GPL
L’Italia è al primo posto in Europa per consumi e numero di veicoli a GPL circolanti, ed è
storicamente il Paese-leader per quanto riguarda la produzione e la commercializzazione di
apparecchiature per l’alimentazione a GPL.
Ci sono state e ci sono tuttora diverse iniziative in numerosi paesi nel mondo per incentivare la
trasformazione di mezzi pubblici all’alimentazione a GPL.
L’elemento scatenante è sempre l’elevato inquinamento presente nelle metropoli. E’ provato
infatti che la sostituzione del parco macchine circolante con macchine alimentate a GPL abbassa
notevolmente i valori di inquinamento urbano
Tra le esperienze di rilievo ricordiamo quella di Vienna, con oltre 500 autobus a GPL dedicati al
trasporto pubblico circolanti da più di 15 anni, quella di Copenhagen, con oltre 180 city bus a GPL,
e quelle di altre metropoli quali Amsterdam, Groeningen, Madrid, Barcellona, Montpellier.
In Giappone inoltre, 250.000 taxi sono alimentati a GPL, così come molti mezzi in dotazione alla
Polizia USA.
Oggi in Italia ci sono quasi 2.000 punti di rifornimento ben segnalati e soprattutto lungo le arterie
autostradali. Comunque in Italia i punti di rifornimenti GPL sono in aumento. In Europa i punti di
rifornimento GPL sono più di 5.000.
Gianluca Eboli – IID OT
Installare un impianto a gas GPL sulla propria auto abbatte notevolmente i costi di carburante
(benzina o diesel) con un risparmio che può arrivare anche al 50-60% con gli stessi chilometri
percorsi. Negli impianti GPL un po’ più vecchi si verificava una leggera perdita di potenza di circa
il 5% rispetto al funzionamento a benzina, ma ormai gli impianti di ultima generazione danno degli
standard di prestazioni e affidabilità sostanzialmente identici all’alimentazione a benzina, infatti
ripresa, accelerazione e velocità di punta, sono praticamente restano praticamente invariati passando
al GPL.
I consumi di carburante sono leggermente superiori nell’impianto GPL, in quanto il potenziale
calorico è inferiore rispetto alla benzina. Questo leggero aumento dei consumi (circa il 5%) è
comunque ampiamente compensato dai minori costi del carburante alla pompa.
32
Per anni si è pensato che un’auto alimentata a GPL fosse più pericolosa e insicura rispetto alle auto
alimentate a benzina. Questo non è più vero in quanto gli standard di sicurezza e le procedure da
rispettare, sono tali e tante che addirittura si può
pensare che sia più sicura un’auto alimentata a
GPL. Infatti ogni componente utilizzato (serbatoio,
tubazioni) sono decisamente più sicuri in un
impianto gpl. Basti pensare che i normali serbatoi
della benzina sono in materiali plastici e i tubi in
plastica o gomma, invece il serbatoio GPL e in
acciaio (di uno spessore decisamente superiore a quello necessario alla pressione sopportata) e i tubi
in materiali metallici.
Anche i test vengono effettuati per resistere a tutte le situazioni più
pericolose: tamponamento, incendio, calore, ecc. Addirittura il livello di
sicurezza ottenuto con gli impianti a GPL di ultima generazione è talmente
elevato che in alcuni Paesi le compagnie di assicurazione prevedono degli
sconti per le auto con alimentazione a GPL.
L’utilizzo di contenitori a pressione consente di avere dimensioni tutto sommato limitate. Per dare
un esempio, una bombola da 40 dm³ di metano contiene circa 6 kg di gas, compresso a oltre 20 Mpa
(200 bar); una bombola di pari volume di GPL ne contiene circa 20; di conseguenza l’energia
fornibile è circa 3 volte superiore.
Il GPL ha assunto una rilevante valenza economica con moltissimi addetti impiegati nelle fasi a
valle della raffinazione – imbottigliamento, distribuzione, produzione di serbatoi e valvole. Per la
sicurezza il GPL, una volta ridivenuto gas, ha una densità superiore a quella dell’aria e ciò gli
impedisce di diffondersi nell’atmosfera; in caso di fuoriuscite accidentali tende quindi a
concentrarsi ristagnando al suolo e nelle cavità, causando situazioni molto pericolose, a rischio di
incendio. Per questo, in passato, agli autoveicoli con bombole di GPL era vietato il parcheggio
sotterraneo o al chiuso (nelle navi, per esempio).
Tiziano Murtas – III D OT
VII.5.CHE COS’E IL IDROGENO?
L’idrogeno (dal greco hydor che significa acqua) è il primo elemento chimico della tavola periodica
degli elementi. Ha un solo protone e di conseguenza un solo elettrone, quindi è in un certo senso
l’elemento più piccolo e semplice che ci sia. In oltre questo significa anche che è l’elemento più
leggero. Come elemento è molto instabile, ciò vuol dire che si ricombina facilmente con altri
elementi. In natura esiste sotto forma di molecola diatomica H2; questo vuol dire che due atomi di
idrogeno si combinano tra loro.
La molecola H2 a temperatura ambiente è un gas incolore e inodore altamente infiammabile,
l’idrogeno è anche l’elemento più abbondante sulla terra, malauguratamente però tende
ricombinarsi con qualsiasi altro elemento, questo significa che è difficilissimo trovare molecole di
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H2 singole in natura, ma la si può trovare all’interno di tantissime cose, come per esempio l’acqua
(H2O per l’appunto; l’idrogeno compone 11,19% di tutte le acque sulla terra), è presente nella
maggior parte dei composto organici e negli organismi viventi.
L’idrogeno non è solo abbondante sulla terra, ma anche nello spazio: le stelle sono costituite in
prevalenza da idrogeno allo stato di plasma. Questo elemento gioca un ruolo vitale nel fornire
energia all’universo.
NELLE AUTOMOBILI
Al momento esistono due tecnologie alternative per realizzare un'auto a idrogeno:
- Fuel Cell ed è basata sulle celle di combustione da cui scaturisce l'energia elettrica
per muovere i veicoli dotati a loro volta di motore elettrico.
- combustione diretta di idrogeno, in questo caso le automobili mantengono il
tradizionale motore a combustione ma sono alimentate dall'idrogeno anziché da
benzina o diesel.
Quest'ultima strada viene seguita in particolar modo da BMW. Le auto a idrogeno non rilasciano
emissioni inquinanti ma soltanto vapore acqueo. Se l'intero parco circolante fosse composto da auto
a idrogeno scomparirebbe il problema delle
polveri sottili e dello smog urbano, inoltre si
abbatterebbe sensibilmente l'emissione di
gas serra nell'atmosfera.
Va comunque precisato che l'inquinamento
da delocalizzato (auto) diverrebbe accentrato
nei luoghi di produzione dell'idrogeno.
Quest'ultimo punto è di fondamentale
importanza per valutare l'impatto ambientale
finale della auto a idrogeno.
L'idrogeno è un buon vettore di energia. E' però necessario produrlo poiché sulla Terra non esiste
allo stato "libero" ma soltanto in quello combinato con altri elementi. Per ottenerlo dobbiamo
trasformare i legami di idrogeno in molecole. Attualmente può essere prodotto da tutte le fonti
d'energia conosciute. L'impatto ambientale è però diverso. Ad esempio, l'idrogeno può essere
prodotto tramite il reforming dagli stessi combustibili fossili. In questo caso però l'inquinamento
evitato dalle auto a idrogeno viene spostato alla ciminiera della fabbrica che lo produce, pertanto
l'impatto finale sull'effetto serra è uguale. L'altra strada per produrre idrogeno è il processo di
elettrolisi per scindere l'acqua in atomi di idrogeno e di ossigeno. Questa seconda strada ha il
vantaggio di non essere inquinante ma richiede una grande quantità di energia per funzionare che
potrebbe essere fornita dalle centrali nucleari e dalle energie rinnovabili in modo pulito. In questi
ultimi due casi si riducono le emissioni di gas serra in atmosfera e l'impatto finale sull'effetto serra è
positivo.
Va comunque precisato che l'energia prodotta e accumulata nel vettore idrogeno è inferiore a quella
necessaria per produrlo, sarà quindi necessaria una maggiore quantità di energia su scala planetaria
per trasformare le auto tradizionali in auto a idrogeno. In altre parole, è importante capire come
sarà prodotto l'idrogeno.
Zarrad IB OMT
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Sono diversi i produttori che stanno progettando veicoli commerciali ad idrogeno. Oltre alle
giapponesi Honda e Toyota, sempre in prima linea sul fronte delle auto ecologiche, in Europa è la
BMW a credere più fermamente nel progetto. Il problema più serio è però quello dell'infrastruttura
della rete distributiva: non solo è molto costoso installare un distributore di idrogeno ma ancora non
è chiaro esattamente in che forma andrebbe stoccato (se liquido, compresso o solido) e trasportato
fino ai distributori: date le precauzioni da prendere in fase di spostamento e le quantità esigue che è
possibile muovere in sicurezza, anche quello del trasporto diventa infatti un fattore ambientale
critico. Non avrebbe senso, infatti, che per veicolare l'idrogeno alle stazioni di servizio si bruciasse
una quantità corrispondente di combustibili fossili.
La corsa verso l'idrogeno coinvolge le case automobilistiche alla ricerca dell'innovazione
tecnologica appropriata per contenere i costi produttivi e nello stesso tempo riuscire ad offrire
performance e sicurezza. L’idrogeno non rilascia sostanze inquinanti dal tubo di scappamento ma
soltanto vapore acqueo, è comprensibile che l'attesa da parte della società civile per l'idrogeno sia
ormai improrogabile, spingendo le case ad un'accelerazione sulla ricerca e sviluppo. In questi anni
non sono però mancate criticità tecnologiche da superare per la ecomobilità H, in particolare sulle
modalità di stoccaggio dell'idrogeno nel serbatoio dell'automobile. La soluzione definitiva al
problema potrebbe arrivare dalle soluzioni che consentono di assorbire e stoccare l'idrogeno
sfruttando il principio dei composti chimici "spugna" in grado di rilasciare gradualmente l'idrogeno
al propulsore. La nuova tecnologia proposta evita così la presenza sul veicolo del costoso serbatoio
necessario per stoccare sotto pressione l'idrogeno liquido alla notevole temperatura di -253°C. La
soluzione chimica permette invece lo stoccaggio dell'idrogeno molecola per molecola senza nessun
pericolo. Secondo molti osservatori l'introduzione di questa recente innovazione rappresenterà la
vera spinta alla diffusione dell'idrogeno come carburante e soluzione di mobilità pulita. I costi della
tecnologia sono ancora molto elevati ma sono molti gli osservatori pronti a scommettere che lo
stoccaggio chimico sia la strada giusta per la produzione su scala delle prime automobili a idrogeno.
Mentre Bmw ha gettato la spugna Toyota si lancia nel sogno ecologico delle auto a idrogeno. Tutti
i progetti avviati vengono minati dall’incertezza del ritorno dell’investimento. E’ normale. I costi di
progettazione, produzione e collaudo sono elevati e il mercato non è ancora pronto per questa
tecnologia. La domanda si sta affacciando solo adesso sull’universo delle elettriche e delle ibride,
con uno slancio anabolizzato dagli aiutini fiscali dei governi di tutto il mondo. L’auto ad idrogeno,
il sogno di tanti, la speranza per un ambiente finalmente rispettato e l’affrancamento dal petrolio.
Secondo gli studiosi, l’auto alimentata ad idrogeno, è un dato di fatto, ma non proprio dietro
l’angolo, poiché, affinché il tutto si concretizzi al meglio, occorreranno non meno di 10 anni per
realizzarlo. La sperimentazione su larga scala, interamente Made in Italy, per quanto ci
riguarda,inizierà, infatti, con la nuova Panda ad idrogeno che, grazie alla nuova tecnologia delle
fuell-cell, godrà di un’autonomia di esercizio di oltre 200Km e una velocità massima di 130 Km/h.
Ma i problemi sono ancora tanti da risolvere prima di trovare anche noi utenti, la nostra auto ad
idrogeno in concessionaria e, nel frattempo, non ci resta che seguire gli sviluppi dell’importante
scoperta.
Vito Contessa – IID OT
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Tecnologia Fuel Cell
Le celle a combustibile o pile a combustibile sono dei dispositivi che attraverso un fenomeno
chimico, tra idrogeno e ossigeno, permette di ottenere calore, acqua e corrente elettrica.
La sua struttura è costituita da due elettrodi e da un elettrolito che permette il passaggio di ioni tra i
due elettrodi. A differenza degli accumulatori che grazie al fenomeno chimico restituiscono
l’energia immagazzinata in fase di carica, le pile invece traggono l’energia dalla combustione e la
erogano fino a quando l’ossigeno e l’idrogeno l’alimentano.
Fazioli Oliviero IID OT
Negli ultimi anni si è
grandemente
intensificato
l’interesse internazionale allo
sviluppo di tecnologie legate
all’idrogeno come vettore
energetico ed in particolare al
settore dei veicoli con motori elettrici dotati di celle a
combustibile. A ciò hanno contribuito da un lato i
sempre più allarmanti rapporti sui cambiamenti
climatici imputati all’uso dei combustibili fossili e
dall’altro il progresso nella tecnologia delle celle a
combustibile, in particolare di quelle denominate
PEMFC (polymeric electrolyte membrane fuel cells).
In una cella a combustibile l'idrogeno reagisce con
l'ossigeno producendo elettricità (e calore). L'efficienza
del processo che avviene all'interno della cella può
raggiungere il 50-60% e il prodotto di scarico è
semplicemente acqua.
Basta con la sperimentazione sui motori a
idrogeno. La notizia viene direttamente da Klaus
Draeger, boss della Divisione Ricerca della BMW e
ha lasciato di stucco molti addetti ai lavori. La Casa
di Monaco ha infatti investito molto sui propulsori
alimentati a idrogeno e lo “stop” autoimposto suona
come una sorta di sconfitta.
Il perché di tale decisione è da ricercarsi molto
probabilmente
dallo
svantaggioso
rapporto
costi/profitti. La tecnologia per sviluppare motori a
scoppio alimentati a idrogeno è molto costosa e per
ora solo in pochi hanno investito in tal senso,
specialmente nelle infrastrutture necessarie. In
Europa, infatti, dove da quasi 2 anni circolano 100
Serie 7 a idrogeno, i punti di rifornimento sono
pochissimi (solo 30 in Germania, per esempio) e
non si vedono possibilità di crescita in un prossimo
futuro.
BMW si concentrerà quindi sulla più classica
propulsione elettrica e sullo sviluppo di vetture
ibride, come X6 e Serie 7 ActiveHybrid, oltre alla
futuristica Vision Efficient Dynamics, per arrivare
poi al 2015 con un’auto a propulsione interamente
elettrica, che si chiamerà probabilmente Megacity
Vehicle.
A gioire per l’annuncio è l’associazione
ambientalista Greenpeace, che ha dichiarato
“Finalmente un'impresa capisce che la mobilità di
massa non potrà dipendere dall'idrogeno e smette di
investire somme enormi per risultati incerti.”
Il concetto della propulsione a idrogeno non sarà
però del tutto cancellato dal vocabolario BMW: lo
sviluppo di celle a combustibile dovrebbe infatti
continuare, seguendo la politica di Mercedes
esemplificata dalla Classe B Fuel Cell
L’idrogeno può essere impiegato come combustibile
anche in un normale motore a scoppio, dove brucia
rapidamente a contatto con l’ossigeno dell’aria.
Tuttavia, l’efficienza di questa trasformazione termica
d’energia da chimica a meccanica è limitata
dall’efficienza propria di un motore termico e non
supera il 25%. Vi sono ancora numerosi problemi da
risolvere prima di poter assistere ad una
commercializzazione su larga scala di queste
Longo – IIID OT
tecnologie.
Oltre alla mancanza di infrastrutture per l’idrogeno
(produzione, distribuzione, rifornimento, ecc.) è di
grande importanza il problema dello stoccaggio a
bordo di un veicolo. L’idrogeno può essere
immagazzinato come gas compresso in bombole ad
alta pressione, come idrogeno liquido in adatti
contenitori criogenici, oppure allo stato solido in
idruri metallici o in altri materiali in grado di
assorbirlo in quantità apprezzabile, come carbonio
macinato o alanati. Anche se semplice ed economico,
Stoccaggio dell'idrogeno allo stato
gassoso in bombole ad alta pressione
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l’uso di bombole ad alta pressione presenta seri problemi di sicurezza, di ingombro e di peso. Un
serbatoio di idrogeno liquido concentra una maggiore capacità di idrogeno nell'unità di volume, ma
comporta problemi di costi per la refrigerazione, di sicurezza, di manipolazione e di perdita per
evaporazione.
L’uso di assorbitori solidi come gli idruri metallici consente densità volumetriche paragonabili o
superiori all’idrogeno liquido e non presenta particolari pericoli d’uso. Tuttavia il peso del mezzo
assorbitore e quindi del serbatoio può risultare troppo elevato rispetto al peso dell’idrogeno
immagazzinato. Inoltre è necessario disporre di materiali facilmente caricabili con l’idrogeno e che
lo rilascino in modo controllato e in condizioni di temperatura e di pressione accettabili nelle
applicazioni pratiche. Sono questi pertanto i problemi ai quali si è recentemente rivolta molta
attenzione, con il conseguente avvio di ricerche da parte di enti di ricerca, produttori di veicoli,
industrie petrolifere, industrie produttrici e distributrici di energia, industrie produttrici e
trasportatrici di gas tecnici. Queste ricerche sono spesso svolte in collaborazione nell'ambito di
progetti nazionali ed internazionali.
Longo – IIID OT
SUL BRENNERO SI VA A IDROGENO
L'AUTOSTRADA A22 SARA LA PRIMA ARTERIA EUROPEA DOTATA DI DISTRIBUTORI
DI IDROGENO PRODOTTO DA FONTI RINNOVABILI
Nel 2030 si prevedono,in Europa, oltre 16 milioni di auto ad idrogeno, ma la diffusione di questa
tecnologia richiede, inevitabilmente,la creazione di una rete capillare di distribuzione e
approvvigionamento.
Per fronteggiare questa esigenza,l'autostrada del Brennero allestirà ben cinque aree di servizio per la
produzione ed erogazione di idrogeno. L'impianto pilota di Bolzano sud, dove lo scorso 21
Settembre e stata posata la prima pietra, sarà inaugurato entro la prima meta 2011:una volta a
regime,produrrà 240 metri cubi di idrogeno all'ora per un totale annuo di oltre 2 milioni di metri
cubi di combustibile pulito. All'avvio dell'impianto,l'idrogeno verrà utilizzato come combustibile
per l'autotrasporto allo stato puro, o miscelato con metano per il rifornimento degli autobus
pubblici. L'idrogeno prodotto verrà poi utilizzato sperimentalmente per la produzione di energia in
sistemi a celle combustibili,alimentando pannelli a messaggio variabile posti lungo A22. I prossimi
impianti sorgeranno a Rovereto e al Brennero,tra il 2011 e il 2012. Il settore autostrade scende cosi
in campo contro l'insostenibilità del sistema energetico attuale, basato sul prevalente uso di risorse
non rinnovabile e sul conseguenze, elevato rilascio di sostanze inquinanti nell'ambiente. L'idrogeno
come noto, non é presente in natura allo stato libero: deve essere prodotto a partire da idrocarburi
(come il metano) e da combustibili fossili attraverso un processo chimico o, come per gli impianti
lungo l'Autobrennero da fonti rinnovabili. La regia del progetto é dell'Istituto per le Tecnologie
innovative (IIT), società creata dalla provincia di Bolzano assieme all'Autobrennero e altri partner,
L'investimento, di oltre 9 milioni di euro,rappresenta il primo passo di un più ampio progetto,mirato
ad attrezzare la direttrice autostradale Monaco-Brennero-Modena (650km) per il rifornimento di
idrogeno, con benefici sull'intero ecosistema alpino.
Berardi – ID OMT
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