Ing. Antonino Genovese
ENEA
Trasporti ed energia in Italia
Crisi
economica
In Italia il consumo energetico per
il Sistema Trasporto è
progressivamente cresciuto di
quasi il 30% dal 1990 al 2007.
28.6%
Il 95% dei consumi finali nei
trasporti dipende dal trasporto
stradale che ne determina
l’andamento complessivo
Il 23% dei consumi finali di energia
in Italia nel 2010 è dovuto al
trasporto
Ravenna, 18 Aprile 2013
1/5
del consumo
energetico nazionale
Emissioni di CO2 in Italia
ISPRA
Trasporto su strada
inventario nazionale delle emissioni
Le emissioni di CO2 da trasporto
stradale registrano dal 1990
l’incremento maggiore (+22,0%)
confermandosi al 2° posto come
sorgente di CO2.
Contributo percentuale del settore dei
trasporti stradali al totale delle
emissioni nazionali nel 2008
24% di CO2 da trasporto stradale
Ravenna, 18 Aprile 2013
Azioni utili per la riduzione delle emissioni
di CO2 da trasporto stradale
1 - Migliorare l’intensità energetica ( energia/pax-km);
2 - Migliorare le prestazioni in consumo dei mezzi ( aumento dell’efficienza
del sistema di propulsione);
3 - Utilizzo di combustibili a basso contenuto di carbonio;
1 - Spostamento modale
2 - Trazione ibrida
3 - Metano e… idrogeno;
Ravenna, 18 Aprile 2013
Emissioni stechiometriche
Le emissioni stechiometriche di CO2 dipendono dal contenuto di Carbonio
nel combustibile:
kg CO2 = kg comb* %C *44/12
% C in massa
benzina
diesel
gpl
metano
86
86
82
75
CO2
2.38
2.65
1.61
2.75
%C in massa
Idrogeno
0
kg/kgcomb
kg/l
kg/l
kg/l
kg/kg
CO2
0
Ravenna, 18 Aprile 2013
3.216
3.118
3.038
2.750
kg/kgcomb
kg/kg
0
Emissioni specifiche
La quantità di CO2 emessa per produrre una quantità E di energia meccanica
da un combustibile avente:
potere calorifico inferiore
Ki
kJ/kg,
c kg carbonio/kg combustibile = frazione ponderale di carbonio ,
rendimento η
MCO2 = c / (η*Ki )*(44/12)
Le emissioni si riducono se :
aumenta il rendimento
aumenta il potere calorifico inferiore
si riduce la frazione ponderale di carbonio
Ravenna, 18 Aprile 2013
kg/kJ
Quale futuro a breve termine ?
Riduzione delle emissioni di CO2 tramite riduzione del contenuto di C
nel combustibile.
Il gas naturale è il combustibile fossile con il più alto rapporto H/C .
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
Ravenna, 18 Aprile 2013
Dal passato una nuova tecnologia
L’uso di miscele gassose contenente idrogeno era già pratica comune sul finire
del secolo XIX essendo i principi della gassificazione già noti dagli ultimi anni
del XVIII secolo .
Le prime applicazioni commerciali di cui si ha notizia risalgono al 1830.
Gas di città
Idrogeno
Metano
CO
CO2
Gas inerti
45 - 50
20 – 25
15 - 20
1-5
1
%
%
%
%
%
Ravenna, 18 Aprile 2013
Gas
d’acqua
Gas
naturale
15 MJ/kg
48
MJ/kg
Il gas d’acqua è un gas “povero” che è stato utilizzato in passato per alimentare
motori a combustione interna.
Esso è una miscela di CO, CO2 e H2 prodotto dalla reazione del vapore acqueo
con carbone o legna ad alta temperatura all’interno di dispositivi denominati
“gassificatori o gasogeni”.
Ravenna, 18 Aprile 2013
Idrometano per i motori a combustione :
pro e contro
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
possibile riduzione dei
consumi energetici
Ravenna, 18 Aprile 2013
Idrometano : + H2 + vantaggi ?
Contenuto energetico
All’aumentare dell’idrogeno nella miscela, mentre l’energia per unità di peso
cresce, l’energia per unità di volume diminuisce.
Pcw (MJ/kg)
60
50
40
30
20
10
0
0
10
Pcv (MJ/m3)
20
% volume H2
Ravenna, 18 Aprile 2013
30
40
Idrometano : + H2 +vantaggi ?
•al crescere del quantitativo di idrogeno non si ha un parallelo aumento del rendimento
del motore in quanto possono aumentare le perdite per calore;
•le emissioni di NOx crescono sensibilmente al crescere del contenuto di idrogeno ed
occorre intervenire pesantemente sull’anticipo o sullo smagrimento per compensare
questo aumento;
•se l’idrogeno viene prodotto da fonti fossili la riduzione di emissione di CO2 risente
dell’aumento addizionale di emissione nella fase di produzione di idrogeno, con
conseguente riduzione dei benefici offerti dall’utilizzo dell’idrogeno;
•la produzione di idrogeno aggiunge un costo addizionale in termini energetici e questo
abbatte le riduzioni dei consumi energetici che saranno tanto più marcate quanto
maggiore è il quantitativo di idrogeno utilizzato.
•Il costo per la produzione dell’idrogeno potrebbe superare il vantaggio economico
derivato dal risparmio energetico e non essere più competitiva in termini economici la
spesa sostenuta.
Ravenna, 18 Aprile 2013
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
Agenzia Nazionale per le nuove Tecnologie, l’Energia e lo
Sviluppo economico sostenibile -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
Ravenna, 18 Aprile 2013
∆BSFC
∆ CO2
%
%
g/kWh
g/kWh
7.9
7.6
•Test a banco per emissione e coppia
Ravenna, 18 Aprile 2013
5.03% riduzione
teorica di CO2 con
15% di H2
Confronto punti di lavoro reali e ciclo ETC
Ravenna, 18 Aprile 2013
Risultati su strada
Percorsi 18.000 km su strada : 5.000 km con zavorra + 13.000 con
passeggeri.
Metano
Miscela
Differenze
Kg/km
Co2 kg/km
Kg/km
Co2 kg/km
Diff %
cons.
Diff% Co2
0.320
0.873
0.277
0.740
13.7
15.3
Risparmio attuale ( 13.000 km)
- 559 kg di metano
- 1.729 kg CO2
Questi valori sono al lordo dei consumi e delle emissioni per la
produzione di idrogeno.
Ravenna, 18 Aprile 2013
Cosa occorre ancora fare ?
- Produzione di idrogeno : nuovi processi per la
produzione di idrogeno ( SR a bassa temperatura, SR
con solare termodinamico, cicli termochimici )
- Zero CO2 : processi di produzione di miscele
idrogeno-metano da biomasse
-Rete di distribuzione e stazioni di rifornimento
Ravenna, 18 Aprile 2013
Grazie
Ravenna, 18 Aprile 2013