MHYBUS: verso una mobilità de-carbonizzata
Antonino Genovese
Verona 28/05/14
Trasporto e gas serra
La CO2 è indicato come il principale responsabile del riscaldamento globale e dei
cambiamenti climatici. Altri gas sono altresì considerati come inquinanti che
contribuiscono al processo di riscladamento atmosferico in atto : N2O, CH4 e composti
fluorati HFC , PFC.
Il trasporto risulta una fonte importante delle emissioni di CO2 contribuendo per
1/3 alle emissioni totali.
Verona 28/05/14
Le emissioni di CO2 in Italia
Emissioni totali
Emissioni trasporto stradale
Emissioni da trasporto
Verona 28/05/14
1990  25.1 %
2011  29.8%
93%
causato dal trasporto su
gomma
Le emissioni di CO2 in Italia da trasporto
Cosa fare per ridurre le emissioni ?
•
Migliorare l’intensità energetica ( energia/pax-km) favorendo lo spostamento modale :
- traffico privato
+ trasporto pubblico
Minore congestione della rete e un alto tasso di occupazione dei veicoli.
•
Migliorare le prestazioni in consumo dei mezzi ( aumento dell’efficienza del sistema di
propulsione)
trazione ibrida o elettrica
•
: utilizzo di combustibili a basso contenuto di carbonio;
Ridurre il quantitativo di carbonio ossidabile nella combustione
Verona 28/05/14
La riduzione degli impatti ambientali causati dal trasporto decresce l’esposizione della
popolazione agli inquinanti e contrasta il cambiamento climatico ed il consumo
energetico.
Una delle vie possibili per il raggiungimento di questi obiettivi è attraverso l’utilizzo di
combustibili non-fossili o a basso contenuto di carbonio.
Verona 28/05/14
Idrometano
H2 & CH4
CH4
H2
In attesa che maturino le tecnologie per un uso efficace dell’idrogeno nelle FC una
nuova possibilità è offerta dalle miscele di idrogeno e metano.
Queste miscele sono state spesso definite come “il ponte” grazie al quale sarà
fattibile la transizione verso una economia basata sull’idrogeno
Riduzione delle emissioni di CO2 tramite ulteriore decarbonizzazione del metano
riducendo il carbonio presente nel combustibile tramite sostituzione con idrogeno.
Verona 28/05/14
Vantaggi dell’idrogeno :
Svantaggi dell’idrogeno :
migliore velocità di
combustione
aumento della T di combustione
migliore efficienza della
combustione
incremento delle emissioni di
NOx
riduzione delle emissioni di CO2
maggiori oneri energetici per
produzione H2
riduzione dei consumi
energetici
Quale % di H2 è preferibile ?
Verona 28/05/14
Idrometano : quale formulazione ottimale (1)
Contro:
Contenuto energetico
all’aumentare dell’idrogeno nella miscela, mentre l’energia per unità di peso cresce,
l’energia per unità di volume diminuisce, e quindi si riduce sia potenza massima che
autonomia.
Pcw (MJ/kg)
60
50
40
30
20
10
0
0
10
Pcv (MJ/m3)
20
% volume H2
Verona 28/05/14
30
40
Idrometano : quale formulazione ottimale (2)
Pro:
un miglioramento del rendimento complessivo del motore, con conseguente
riduzione dei consumi.
di conseguenza, una riduzione delle emissioni di CO2 aggiuntiva (effetto leva) a
quella ottenuta solo per effetto della sostituzione di carbonio con idrogeno,
riducendo così i costi “energetici” della produzione dell’idrogeno da metano
(qualora questo non fosse disponibile da fonte rinnovabile o da nucleare).
Verona 28/05/14
Quale % (in volume) di idrogeno ?
Energy consumption %
100
95.84
100
94.51
90.49
95
86.55
90
86.59
84.98
85
80
75
CH4
Hy 5%
Hy 5% 1g
Hy 10%
Hy 15%
Hy 20%
Hy 25%
Risultati del progetto IDROMETANO
Percentuale scelta: 15%
Verona 28/05/14
CH4
H2
MHYBUS - I partner del progetto
Regione Emilia-Romagna - D.G. Reti infrastrutturali,
logistica e sistemi di mobilità
Consorzio tra RER, Università, Enti di ricerca, Camera di
Commercio, Associazioni d’impresa per promuovere azioni
per lo sviluppo del sistema produttivo regionale
Ente per le nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente Centro Ricerche Casaccia (Roma)
Società di trasporto pubblico dell’area romagnola nei
territori di Cesena, Forli, Rimini e Ravenna
Società di produzione, ricerca applicata e
commercializzazione di gas tecnici - industriali, puri e
medicinali
Verona 28/05/14
Messaggi CAN bus
del motore
Verona 28/05/14
Modifica e messa a punto del motore al banco, (ENEA, CRE Casaccia, Roma)
Cicli di prova
Verona 28/05/14
0
Riduzione CO2 ed NOx
0
Metano
3°BMC+2°AC
4°
5°
5° + 0.05λ 5° + 0.02λ
ΔCO2 emission %
-1
5.03% riduzione teorica
con 15% di H2 a parità di
energia erogata
-2
-3
-4
-3.61
-4.45
-5
-4.46
-5.17
-6
-6.20
-7
4
3.64
NOx emission g/kWh
4
3.01
3
2.58
3
2
2
1.14
1.11
1.18
1.27
1
1
0
Metano
Verona 28/05/14
3°BMC+2°AC
4°
5°
3.5° +
0.02λ
5° + 0.05λ 5° + 0.02λ
3.5° +
0.02λ
-4.94
Test di omologazione per emissione e coppia (Istituto Motori CNR, Napoli)
Verona 28/05/14
CO2 e consumi
Risultati al banco con ciclo ETC
CO
NOx
PT
THC
g/kWh
BSFC
CO2
DATA
FUEL
22/11/2011
CNG
0.01
1.44
nn
2.96
265
697
0 km
22/11/2011
CH4/15%H2
0
1.41
nn
2.28
244
649
45000 km
02/12/2013
CH4/15%H2
0
1.58
nn
2.65
242
645
8%
Riduzione %
consumi
Verona 28/05/14
7%
7% > 5.03%
Curve di coppia e potenza
Risultati al banco con ciclo ETC
900
800
600
500
HCNG 2011
400
HCNG 2013
300
200
200
180
HCNG 2011
100
160
HCNG 2013
0
600
140
800
1000
Potenza, [kW]
Coppia, [Nm]
700
1200
120
100
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Giri, [rpm]
80
60
40
20
Verona 28/05/14
0
600
800
1000
1200
1400
1600
Giri, [rpm]
1800
2000
2200
2400
2600
Prove in normale esercizio a Ravenna, da gennaio 2013 a dicembre 2013
Verona 28/05/14
CO2 e consumi
Risultati su strada
CH4 0.322 kg/km
Hy 0.280 kg/km
-13%
0.4
0.35
0.3
0.25
Kg/km
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Consumi da gennaio 2013 a settembre 2013
CH4 16 MJ/km
Verona 28/05/14
Hy 14.3 MJ/km
-10%
CO2
Risultati su strada
CH4 0.8855 kg/km
Hy 0.752 kg/km
28 tons di CO2 su 38500 km

-15%
- 5.6 tons CO2
Produzione H2 da SR con emissione CO2
Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in
the European context, WELL-TO-TANK Report Version 2c, March 2007
- 5.6 tons CO2
Verona 28/05/14

- 2.7 tons CO2
-7.9 %
Conclusioni
Immaginiamo di alimentare con idrogeno puro il 5% di tutti i bus a metano in
circolazione
Ciò significa introdurre il 5% di idrogeno (in energia) sul mercato complessivo
del metano per autotrazione (95% metano, 5% idrogeno)
Di conseguenza per il 5% dei veicoli (a metano) le emissioni di CO2 si
riducono a zero
Si riducono quindi del 5% le emissioni di CO2 (TTW) del parco circolante a
metano
Verona 28/05/14
In alternativa, aggiungiamo invece il 15% (in volume pari al 5% in energia)
di idrogeno su tutti i bus a metano
Si introduce sempre il 5% di idrogeno (in energia) sul mercato complessivo
del metano per autotrazione
La sperimentazione ci dice le emissioni “dal pozzo alla ruota” di CO2 si
riducono del 7,9%
La riduzione delle emissioni di CO2 è quindi del 50% maggiore rispetto al
caso precedente (effetto leva = 1.5).
Non solo si è “decarbonizzato”, ma si è fatto anche meglio che usando
“idrogeno puro”, senza aumentare le emissioni convenzionali, a costi
ridottissimi rispetto all’uso di autobus con celle a combustibile.
Verona 28/05/14
"Questo progetto - ha dichiarato Alfredo Peri,
assessore regionale ai trasporti della Regione
Emilia-Romagna - ha avuto valore di apripista. È un
esempio di soluzione che contrasta il cambiamento
climatico e migliora la qualità dell'aria".
Verona 28/05/14
Grazie per l’attenzione
[email protected]