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2011-04-04

Inquinamento e automobili

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Spesso, durante i corsi tecnici, sentiamo esprimere dubbi sulla reale utilità delle misure oggi messe in atto per la riduzione delle emissioni inquinanti delle vetture. Molti percepiscono la situazione attuale, caratterizzata da un continuo stillicidio di novità tecniche, principalmente come una speculazione, una serie di cambiamenti utili più a favorire la vendita di auto nuove che a migliorare davvero la salute del nostro pianeta.

Queste sensazioni hanno un fondo di verità, tuttavia la realtà è più complessa… nel febbraio 2011 a Rouen si è tenuto un convegno, denominato Normandy Motor Meetings, nel quale si è trattato ciò che riguarda il futuro della propulsione a motore.

Alla serie di incontri, organizzati dal consorzio MOVEO dei costruttori francesi, sono intervenute tra le altre delegazioni di Delphi, Bosch, Renault e del gruppo PSA.

I dati e le immagini pubblicate sono tratte dalla documentazione disponibile nel sito della manifestazione, a cui ho fornito un mio personale commento. Non è mia intenzione, in questo articolo, trarre conclusioni quanto piuttosto fornire spunti di riflessione utili a raggiungere una maggiore consapevolezza riguardo ciò che ci attende nei prossimi anni, perché il futuro è vicino, tanto da far correre agli operatori del settore il serio rischio di farsi trovare impreparati. 


Per cominciare, dalla figura 1 possiamo vedere come sul totale delle emissioni di CO2 le attività collegate all’uomo costituiscano il 4%, di queste quelle legate ai trasporti costituiscono il 22% e di queste ultime quelle ascrivibili alle autovetture il 45%.

Analizzando questi dati, posso fare alcune riflessioni: Se le emissioni legate alla produzione di energia pesano per il 40% sul totale delle emissioni ascrivibili all’uomo, nei prossimi anni molto bisognerà fare a riguardo incentivando le energie rinnovabili, soprattutto ora che nel nostro paese, dove molta dell’energia è prodotta da centrali termiche, si è detto no al nucleare. E’ innegabile che nei prossimi anni si dovrà continuare a concentrare sforzi sul settore del trasporto privato (45% delle emissioni contro il 23% del trasporto commerciale pesante)

Se domani tutte le autovetture, per miracolo, divenissero davvero emissioni zero il problema delle eccessive emissioni di CO2 rimarrebbe pressoché invariato.

Quindi, se da un lato non è corretto pensare che il settore trasporti sia l’unica causa della situazione attuale, dall’altro non possiamo non renderci conto dell’importanza di intervenire su ogni aspetto dell’attività dell’uomo con la massima tempestività.

Naturalmente, le case automobilistiche, per sopravvivere, devono trovare il modo di legare gli interessi dell’ecologia a quelli che sono i loro bilanci economici.

Infatti, mentre da un lato in Cina, India, Russia e Brasile è lecito aspettarsi una discreta crescita del mercato dell’auto (crescita forte in Cina e India), dall’altro in USA, Europa e Giappone ci si trova davanti ad un mercato di sostituzione, un mercato, cioè, dove ogni veicolo venduto va a sostituirne uno più vecchio e non ad aggiungersi al parco circolante.
In un mercato di sostituzione è necessario incentivare l’acquisto della vettura nuova, anche rendendo obsoleta dal punto di vista delle emissioni quella vecchia, e si può affermare che il susseguirsi delle diverse normative Euro abbiano in questi anni fornito una certa spinta propulsiva al mercato, basti pensare agli ecoincentivi.

Tutto questo ha portato dei reali benefici per l’ambiente e proprio il settore auto è quello in cui si sono fatti i maggiori passi avanti. Nella figura 2 si può osservare come si siano evoluti i diversi settori del trasporto, fatte 100 le emissioni inquinanti nel 1990. Il settore strada è quello in cui si sono ottenuti i maggiori risultati, a conferma dell’efficacia degli interventi messi in atto.


Tuttavia, ciò che è stato fatto fino ad ora è insufficiente al raggiungimento degli obiettivi posti dalla comunità internazionale in tema di riscaldamento globale. Il problema maggiore è costituito dalle eccessive emissioni di CO2 causate dalla combustione di combustibili contenenti carbonio. In altri termini, la parola d’ordine oggi e in futuro è e sarà riduzione dei consumi.

In particolare, figura 3, si può notare come, con l’andamento determinato dagli interventi messi in atto fino ad ora, si tenda ad un aumento della temperatura globale di 5 gradi nel 2100, uno scenario le cui conseguenze risulterebbero insostenibili.. Per contenere l’aumento al di sotto di 2 gradi è necessario, entro il 2030, ridurre di un ulteriore 37% le emissioni di CO2 rispetto all’andamento determinato dalle attuali norme in vigore o da attuare.


Ma quali saranno le tecnologie sulle quali punteranno le case automobilistiche per tentare di cogliere questo obiettivo? In buona parte le tecnologie per ridurre i consumi sono già note e collaudate, si tratterà quindi di utilizzarle in modo più diffuso e con maggiore convinzione.
Riduzione della cilindrata e incremento del rendimento attraverso la sovralimentazione sono già una realtà, oltre all’introduzione di tutta una serie di accorgimenti come start&stop, sistemi di raffreddamento e lubrificazione gestiti, sistemi di iniezione e di controllo della combustione sempre più efficienti.

Nella figura 4 è possibile osservare come sia possibile ottenere prestazioni paragonabili da propulsori molto differenti per cilindrata e tipologia di funzionamento a seconda delle tecnologie impiegate, compresa quella ibrida benzina/elettrico e diesel/elettrico.


La riduzione della cilindrata, ottenuta riducendo il numero dei cilindri e le loro dimensioni consente di ridurre attriti e inerzie.
L’impiego di sofisticati sistemi di sovralimentazione e l’ottimizzazione della fluidodinamica permettono di raggiungere prestazioni adeguate a regimi di rotazione contenuti, riducendo ulteriormente i consumi.
Un piccolo motore benzina a 3 cilindri, di cilindrata poco oltre il litro, 2 valvole per cilindro, corredato di sovralimentazione mediante turbocompressore o compressore centrifugo e di una fluidodinamica ottimizzata per il rendimento ai bassi regimi può oggi sostituire efficacemente i motori di cilindrata media (1.6-1,8 litri) sulle vetture di segmento medio in tutte le situazioni tipiche della moderna mobilità, ma con consumi sensibilmente ridotti soprattutto a regime costante. La tendenza al downsizing potrebbe quindi in futuro subire un ulteriore spinta verso vere e proprie micro - cilindrate.

Ovviamente ciò ha un costo, quello della complessità meccanica maggiore, che ricade in buona parte sull’utilizzatore sotto forma di manutenzione maggiormente onerosa, almeno potenzialmente, e di un più ampio ventaglio di possibili avarie che possono influire sul costo di mantenimento a medio - lungo termine. D’altra parte, quello che non c’è… non può rompersi!

Il costo può non essere necessariamente economico, riferendosi alla necessità di utilizzare i veicoli moderni in maniera coerente con la destinazione d’uso prevista dal costruttore, se si vogliono davvero apprezzare i vantaggi legati alle tecnologie di cui si è parlato.
Per esempio, se si acquista una vettura di segmento medio con un motore di cilindrata ridotta, a benzina, e poi la si impiega per trainare un caravan…sarà difficile apprezzare una riduzione dei consumi rispetto ad un motore di cilindrata medio alta dal momento che a parità di coppia erogata non può essere molto inferiore la quantità di energia, e quindi il carburante, necessario per ottenerla.
E’ infatti a carico parziale e ai bassi regimi (condizioni di marcia statisticamente più frequenti, in cui non si utilizza la coppia massima) che un piccolo motore consuma molto meno di uno grande. Chi ha uno stile di guida disinvolto poi, potrebbe essere deluso dalla scarsa propensione di questi motori a raggiungere regimi elevati, semplicemente perché sono ottimizzati per i bassi regimi come dimostra, per esempio, la tendenza attuale a riconsiderare le testate a due sole valvole per cilindro.

Riflessioni di questo genere si possono fare per ognuna delle tecnologie oggi in uso tanto per ridurre i consumi quanto per le emissioni, si tratta sempre di compromessi che, per quanto potenzialmente sempre vantaggiosi, necessitano di un utilizzo consapevole.
Le emissioni di CO
2 potrebbero ridursi anche utilizzando maggiormente carburanti contenenti minori quantità di carbonio a parità di potere calorifico, come il metano, o impiegando i cosiddetti bio – combustibili; questi ultimi infatti vengono prodotti a partire dai vegetali, i quali, attraverso la fotosintesi, hanno in precedenza trasformato la CO2 dell’atmosfera in carbonio e ossigeno. La CO2 prodotta durante la combustione di questi carburanti non rappresenta quindi una nuova generazione ma una “re immissione” di CO2 in precedenza già presente nell’atmosfera alla quale andrà tuttavia aggiunta la CO2 prodotta durante il processo produttivo dei biocarburanti stessi.
In questo senso, le più recenti normative europee sulle caratteristiche dei combustibili prevedono un certo contenuto percentuale di bio- carburanti nei carburanti disponibili alla pompa.
Agli interventi volti a migliorare i motori endotermici, tanto benzina quanto diesel, vanno affiancate le tecnologie legate alla propulsione ibrida ed elettrica pura.
La diffusione di queste tecnologie è strettamente legata alle caratteristiche delle batterie oggi disponibili, che determinano l’efficienza del veicolo ed il suo raggio d’azione.

Per quanto riguarda l’elettrico puro, percorrere circa 120 km con un moderno veicolo elettrico richiede una batteria da circa 20 kWh, per un peso che va dai circa 600 kg se del tipo al piombo ai 180 kg di una batteria agli ioni di litio…valori che vanno confrontati col peso e l’ingombro e il costo di un serbatoio da circa 10 litri di benzina, meno ancora se gasolio, sufficienti a percorrere la stessa distanza. Inoltre, ricaricare una batteria richiede un tempo enormemente maggiore rispetto a quello necessario per rifornire un serbatoio tradizionale.

Il costo di una batteria è infine oggi ancora elevato in senso assoluto e, anche se non si possono citare cifre esatte, l’ordine di grandezza si avvicina ai 1000 euro al kWh.
Un veicolo elettrico puro ad oggi è sensibilmente più pesante, più lento e più costoso rispetto ad un analogo veicolo con motore endotermico e anche il concetto di emissioni zero può essere messo in discussione poiché un veicolo elettrico utilizza energia prodotta in centrali che a loro volta possono inquinare, rientrando in quel 40% delle emissioni di gas serra precedentemente citate.
D’altra parte, i motori elettrici hanno rendimenti elevatissimi, il che garantirebbe minore inquinamento in assoluto a parità di km percorsi. Perché il veicolo elettrico diventi competitivo e quindi appetibile per una grande diffusione, deve forzatamente ridurre il divario con la tecnologia motoristica attualmente utilizzata, che inoltre gode di un’innegabile immagine di affidabilità superiore, se non altro perché considerata tradizionale.
Serviranno quindi batterie più leggere e capaci, per incrementare il raggio d’azione senza incrementare il peso, meno costose e capaci di sopportare correnti di ricarica elevate per ridurre i tempi di ricarica o, in alternativa, si dovranno studiare sistemi di sostituzione veloce delle batterie nelle stazioni di servizio, batterie che non saranno più di proprietà ma in comodato d’uso.
In questo senso sono già stati registrati alcuni brevetti…ma è necessaria una standardizzazione delle dimensioni e delle tipologie degli alloggiamenti sui veicoli che accomuni tutti i costruttori. Per questi motivi, al momento, la soluzione ibrida costituisce il miglior compromesso tra la tecnologia “vecchia” e quella nuova e molti sono i modelli ormai sul mercato o immessi a breve.

Attualmente prevale l’accoppiata benzina-elettrico pur avendo sulla carta, almeno in termini assoluti, minori potenzialità rispetto al diesel-elettrico.

Qual è il motivo di tale prevalenza?

Premesso che sviluppare una sola tipologia di veicolo ibrido permette di contenere gli investimenti, una delle ragioni può essere la maggiore propensione del mercato nord americano verso veicoli con motore a benzina: ciò ha indotto i costruttori a sviluppare veicoli ibridi a benzina per tutti i mercati.
Tuttavia il mercato delle vetture a gasolio sta crescendo velocemente anche negli Stati Uniti ed è quindi probabile il debutto sul mercato nei prossimi anni di veicoli ibridi diesel - elettrici, di alcuni dei quali sono già disponibili le specifiche, come ad esempio il sistema Peugeot, che prevede un’unità tradizionale diesel per muovere le ruote anteriori ed un motore elettrico per azionare le ruote posteriori, sistema che consente anche di ottenere un’efficiente trazione integrale. L’argomento “ibrido” è talmente complesso da richiedere una trattazione specifica, anche se i sistemi oggi in commercio sono accomunati dall’elevata complessità necessaria per far coesistere in un solo veicolo due tecnologie così differenti, ragione per cui questa soluzione è ancora oggi piuttosto costosa.

Insomma, è possibile capire cosa è stato fatto fino ad ora ed è possibile ipotizzare in che direzione si muoverà il mercato auto da qui a 15-20 anni, mentre il futuro prossimo è decisamente più misterioso, perché è probabile la comparsa di molte tecnologie differenti, frutto del personale approccio al problema da parte dei vari costruttori…e solo la naturale evoluzione potrà dire quali scelte si riveleranno migliori e quali soluzioni verranno abbandonate.

Naturalmente, nel frattempo, meglio restare informati…

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