Filtro attivo antiparticolato, funzionamento, norme e pericoli

Il filtro antiparticolato, da dispositivo per ripulire i motori diesel è divenuto l'incubo degli automobilisti. Facciamo chiarezza su FAP e DPF

22 maggio 2016 - 16:22

Il FAP come funziona? Prima di addentrarci nell’argomento specifico, riteniamo opportuno fare alcune considerazioni in tema di legislazione ambientale e sottolineare che, anche in questo settore, il comportamento dell’Italia, purtroppo, non è in linea con gli altri Paesi dell’Unione Europea. Ciò spiega il diverso approccio, sicuramente meno realistico, logico e coerente, adottato nel nostro Paese per ciò che riguarda, in generale, i provvedimenti connessi alla tutela dell’ambiente. Infatti, mentre negli altri Stati membri dell’UE, le politiche e le leggi che riguardano l’ambiente sono decise esclusivamente a livello di governo centrale ed applicate in modo univoco sul tutto il territorio nazionale, in Italia le singole Regioni ed i Comuni possono legiferare autonomamente in materia ambientale ed in particolare per ciò; che riguarda le limitazioni alla circolazione dei veicoli a motore, al fine di ridurre le emissioni nocive. Questa grande anomalia ha portato ad una situazione di assoluta confusione e difformità comportamentale oltre che di non rispetto di precise Direttive Comunitarie. Tanto per fare un esempio, poche settimane or sono il corrispondente RAI da Berlino spiegava che da quest’anno in Germania limiteranno la circolazione in città; per i veicoli Euro 1(?!). In Italia bloccano le vetture diesel nuove, appena immatricolate Euro 4! Siamo certi di far parte dell’Unione Europea?

FILTRO ANTIPARTICOLATO ED EURO 4 Fermo restando che nelle nostre città gran parte delle polveri sottili rilevate dalle centraline derivano dagli impianti di riscaldamento a gasolio e dai fatiscenti mezzi di trasporto pubblici che però nessuno criminalizza, non può essere ammissibile, sul piano legislativo, etico, giuridico e normativo europeo che un sindaco di una qualsiasi città italiana, vanifichi precisi regolamenti, stabiliti a ben più alto livello e vieti la libera circolazione di veicoli nuovi, comunque prodotti nel pieno rispetto delle Direttive europee attualmente in vigore ed accettate da tutti i Paesi comunitari. Infatti la Direttiva 2003/76/CE-B (Euro4) stabilisce dei limiti di emissione allo scarico ma non prescrive un metodo unico per ottenere gli stessi, ne l’adozione obbligatoria di filtri allo scarico per le vetture diesel.

DIFFERENZE NASCOSTE Nel caso dei motori diesel Euro 4 i limiti previsti dalla suddetta Direttiva sono identici a prescindere dalla presenza o meno del filtro antiparticolato. Tanto è vero che, fino a circa un anno fa, non vi era alcuna possibilità di identificare, dalla carta di circolazione, una vettura dotata di filtro antiparticolato rispetto ad un’altra che ne fosse priva. Gli automobilisti italiani ed i vigili urbani se ne sono accorti a seguito dei primi provvedimenti che discriminavano la circolazione in alcuni centri urbani. I primi non potevano dimostrare che potevano circolare ma anche i secondi non disponevano della prova contraria. Dopo una prima ondata di multe e ricorsi, si sono mosse le Case costruttrici che hanno sollecitato il Ministero dei Trasporti a fare chiarezza e ad introdurre le necessarie distinzioni sulle carte di circolazione.

LA CARTA DI CIRCOLAZIONE Nel frattempo, per le vetture già in circolazione dotate di filtro antiparticolato “non segnalato” alcune Case hanno fornito ai clienti apposita dichiarazione con cui apportare, tramite Ispettorati della Motorizzazione, l’aggiornamento sulla carta di circolazione. Ma tutto questo ha un costo che non può essere ritenuto di pertinenza dell’acquirente, vittima ancora una volta, dell’inefficienza della nostra burocrazia. Attualmente, sulla carta di circolazione (riquadro 3) delle vetture diesel Euro 4 di prima immatricolazione dotate di filtro antiparticolato, viene riportata, dopo il codice della Direttiva 2003/76 CE-B a cui risponde la vettura, anche la dicitura “(Euro4 con disp. antiparticolato)”. A seguito delle recenti ordinanze comunali, in particolare di Roma e Milano, in tema di limitazione della circolazione nelle aree urbane, e delle immediate proteste delle associazioni dei consumatori, è tornato di grande attualità il Decreto interministeriale, già allo studio dalla metà del 2006, atto a disciplinare le modalità di omologazione dei dispositivi antiparticolato in “retrofit”, vale a dire montati in post-vendita su veicoli diesel già circolanti che ne sono sprovvisti in origine.

IL DECRETO PER I FAP AFTERMARKET Vista l’urgenza, tale Decreto è stato sottoscritto il 1 febbraio ed autorizza i vari Centri Prove Autoveicoli (CPA), in attesa della pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale del citato Decreto, ad accettare eventuali domande di omologazione dei sistemi antiparticolato o effettuare verifiche e prove. Eventuali richieste riguardanti sistemi già omologati da altri Stati membri dell’Unione Europea, saranno esaminate a seguito della pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale del Decreto in questione. Vi è da precisare che in commercio già esistono filtri antiparticolato in after market adattabili alle vetture più diffuse. Tali dispositivi non trattengono il particolato per bruciarlo ma lo convertono chimicamente con una efficienza del 50%.

I PROBLEMI DI SALUTE Questa, allo stato attuale, è la situazione sul piano normativo nel nostro Paese, ma la reale utilità dei filtri antiparticolato viene sempre più messa in discussione da autorevoli pareri medici che addirittura giungono alla conclusione che l’ulteriore riduzione dimensionale delle micropolveri attuata dai filtri in questione, risulta essere ancor più nociva per la nostra salute (vedi interventi dei prof. Montanari e Volpe). Infatti, nanoparticelle volatili, più piccole del PM10, hanno maggiori possibilità di raggiungere i nostri polmoni ed annidarsi al loro interno. In Germania anche il TUV (ente privato preposto al controllo ed omologazione di autoveicoli ed accessori) si è schierato decisamente contro l’utilizzo dei filtri antiparticolato. E’ auspicabile che i legislatori recepiscano tali argomentazioni ben documentate al fine di adottare normative meno demagogiche e più realistiche.

DIFFERENZE TRA FAP e DPF Il filtro attivo antiparticolato (FAP) è un dispositivo introdotto a partire dal 2000 dal gruppo PSA Peugeot- Citroen per ridurre le emissioni di particolato (PM10) dai gas di scarico dei motori diesel. Il particolato è composto da particelle di fuliggine (residui carboniosi prodotti durante la combustione) delle dimensioni di 20-30 micron (1 micron =1 millesimo di mm) che inglobano particelle più piccole di idrocarburi aromatici policiclici (PAH) e composti dello zolfo incombusti (vedi schema). Sono i depositi incombusti di HC, l’acido solforico (H2SO4) e l’acido solforoso (H2SO3) che rendono nocivo il particolato.

FAP PEUGEOT-CITROEN La tecnologia FAP, adottata attualmente da Peugeot/Citroen, Volvo, Ford, Toyota, prevede la miscelazione al gasolio di un additivo catalizzatore: il biossido di cerio (CeO2) allo stato liquido, la cosiddetta “cerina”, al fine di creare agglomerati più grossi che possono essere bloccati dall’elemento filtrante. La “cerina” è contenuta in uno specifico serbatoio da 5 litri posto accanto a quello del gasolio e la miscelazione, tramite pompa elettrica, avviene in automatico e nella corretta percentuale ad ogni rifornimento di carburante (il segnale è fornito dal galleggiante del livello gasolio). La taratura limite per ottenere la miscelazione di cerina prevede una immissione di almeno 7 litri di gasolio nel serbatoio.

I RISCHI DELLA CERINA L’ossido di cerio è tossico e per evitare, per quanto possibile, l’inalazione e il contatto con l’organismo, viene fornito alle concessionarie in sacche di materiale plastico morbido da 5 litri o da 1 litro, dotate di innesto rapido al relativo serbatoio. Il tutto va effettuato con guanti monouso e mascherina a carboni attivi. Riteniamo utile annotare che è decisamente sconsigliabile travasare del gasolio additivato da cerina nella corretta percentuale, da un serbatoio ad un altro già contenente altro gasolio con cerina. Queste precisazioni ci sembrano più che opportune poiché da certa stampa è stata riportata l’errata informazione che la cerina venga separatamente iniettata nelle camere di combustione. Il biossido di cerio, che svolge la funzione di catalizzatore metallico, provoca inoltre una diminuzione del punto di infiammabilità del particolato, portandolo a circa 450°C. Come vedremo più avanti, la tecnologia DPF (senza additivo) prevede invece una temperatura di combustione del particolato più elevata (circa 600- 650°C). Nella fase di “rigenerazione” si ottiene la combustione periodica dei depositi di agglomerati intrappolati nel filtro, riducendoli in dimensioni dell’ordine di 3,5 – 1,5 micron; queste nanoparticelle (pericolose per la salute) vengono poi espulse dallo scarico.

TEMPERATURA DI LAVORO DEL  FAP E’ quindi un errore ritenere che il particolato venga totalmente eliminato con tale processo: la quantità di polveri misurabile con gli attuali strumenti viene solo in parte ridotta. Una buona percentuale viene trasformata in nanoparticelle volatili ancora più piccole che sfuggono all’attuale normativa e quindi agli strumenti di monitoraggio. L’aumento di temperatura necessaria alla combustione del particolato all’interno del FAP è ottenuto rendendo più caldi i gas di scarico che arrivano al filtro (nella marcia in città la temperatura dei gas di scarico è normalmente di appena 150°C). Questo viene ottenuto prolungando la combustione del gasolio ben oltre il punto morto superiore del pistone tramite una o due post- iniezioni. Inoltre, si può bypassare l’intercooler (scambiatore di calore per raffreddare l’aria compressa in arrivo dal turbo) così da ottenere aria più calda in camera di combustione.

IL FAP E I CONSUMI DI GASOLIO E’ ben evidente che tali artifici si traducono in un aumento del consumo di carburante (in certi casi può raddoppiare!) e in un lieve calo di prestazioni, sia pure limitati alla durata della fase di rigenerazione. Tuttavia, queste controindicazioni non possono essere trascurate nel quadro complessivo dei costi di gestione del veicolo, considerando la notevole frequenza media prevista per la rigenerazione del filtro antiparticolato. La fase di rigenerazione è controllata dalla differenza di pressione registrata dai due sensori posti in entrata e in uscita del FAP: con l’intasarsi progressivo del filtro, il salto di pressione aumenta finché il modulo di gestione elettronico del filtro non legge il valore limite di “rigenerazione”. Questa dovrebbe avvenire, a secondo delle condizioni di uso del veicolo, ogni 300-1000 km (10-15 ore di funzionamento), durante i percorsi extraurbani a velocità di almeno 90 km/h per un tempo di circa 10 – 20 minuti. Si sono anche verificati casi di rigenerazione dopo una percorrenza di appena un centinaio di Km. Se l’utilizzatore non ha la possibilità di soddisfare in tempi brevi tali condizioni, potrebbero sorgere, come vedremo più avanti, complicazioni di natura tecnica ed economica. I video qui sotto spiegano in modo più chiaro come funziona il filtro antiparticolato.

youtube http://www.youtube.com/v/zwOvh58cxNU&hl=it
youtube http://www.youtube.com/v/kw_AP6kQF20&hl=it

LA DILUIZIONE DELL’OLIO Le post combustioni necessarie a riscaldare opportunamente il FAP e il DPF nella fase di rigenerazione, provocano inevitabilmente una progressiva diluizione dell’olio motore a causa della percentuale di gasolio iniettato in ritardo che, restando incombusto, cola lungo le pareti dei cilindri e si deposita in coppa olio. Questo fenomeno indesiderato è direttamente proporzionale alla frequenza delle rigenerazioni ed è intuitivo che sarà di maggiore entità nelle vetture sottoposte a frequenti percorsi nel traffico urbano o brevi percorrenze giornaliere a bassa velocità. Quando la percentuale di gasolio diluito nell’olio motore raggiunge un valore stimato del 7%-10%, un’apposita segnalazione sul quadro strumenti avvertirà l’utente che è necessario sostituire l’olio anche se non si è raggiunto il previsto chilometraggio per il servizio di manutenzione programmata. Su alcune vetture l’astina di controllo livello olio riporta una ulteriore tacca indicante il livello max. tollerabile a seguito della diluizione da gasolio. Ovviamente tale incombenza, oltre a creare un disagio imprevisto, aumenta non poco i costi di gestione del veicolo poiché l’operazione è considerata normale manutenzione a pagamento ma, spesso, non viene neanche prospettata all’acquirente al momento del contratto di vendita.

CAMBIO OLIO IN GARANZIA Alcune Case automobilistiche (poche), a seguito di numerose lamentele, per non penalizzare eccessivamente la clientela, valutano i casi in cui è opportuno effettuare la precoce sostituzione olio a titolo gratuito. Tuttavia, non è corretto considerare il fenomeno della diluizione dell’olio come un’anomalia del sistema che riguarda solo alcuni modelli che adottano il DPF (con tale tecnologia le post combustioni sono più spinte al fine di ottenere temperature all’ingresso del filtro di almeno 600°C) ; è indubbiamente un aspetto poco piacevole ma tutte le Case lo prevedono (anche quelle che adottano il FAP), all’attuale stato dell’arte e ne descrivono le modalità e la politica post-vendita nella relativa documentazione interna, informando di conseguenza la clientela.

DURATA DEL FILTRO ANTIPARTICOLATO Il FAP funzionante con la tecnologia dell’additivo catalizzatore (cerina) deve essere sostituito entro certe percorrenze chilometriche poichè l’elemento filtrante, con il tempo, tende ad intasarsi in modo irreversibile a causa delle ceneri, prodotte in gran parte dalla cerina, che non possono bruciare e restano intrappolate nel filtro in modo permanente. Le scadenze per la sostituzione vanno dagli 80 mila km per i FAP di prima generazione ai 120 mila per quelli successivi, per arrivare ai 160 mila km per i FAP più evoluti. Alcune Case, come la Peugeot, hanno predisposto prezzi molto scontati, nell’intento di agevolare la clientela (da 160 a 180 euro; cerina compresa). Il costo medio a listino di un FAP nuovo è di 500-600 euro;; per certi modelli sono anche disponibili i FAP revisionati a prezzo nettamente inferiore.

SENZA ADDITIVO DURATA TEORICA INFINITA Come già accennato, la principale differenza del DPF rispetto al FAP è l’assenza della cerina in funzione di catalizzatore atto a diminuire la temperatura di rigenerazione. La tecnologia DPF, ritenuta più sicura e meno onerosa per l’utente, è stata adottata da molte Case automobilistiche tra le quali citiamo BMW, Audi, Jaguar, Mercedes, Mazda, Fiat, Opel. Nel DPF sono quindi necessarie temperature più elevate (circa 600-650°C) per la fase di rigenerazione (tuttavia, nella pratica, all’interno del DPF si possono raggiungere, in situazioni limite, anche 1000°C). Le strategie per aumentare la temperatura dei gas di scarico sono analoghe a quelle già esaminate per il FAP; una seconda post-iniezione ritardata prolunga la combustione nel collettore di scarico, fino al catalizzatore. Inoltre si possono adottare altri provvedimenti come, ad esempio, il blocco della valvola EGR, la chiusura parziale della farfalla dell’aria aspirata (si riduce così notevolmente la pressione di sovralimentazione e si aumenta il carico motore), la chiusura delle palette a geometria variabile del turbocompressore (minima trasmissione del calore dei gas di scarico alle turbine).

LA RIGENERAZIONE DEL FILTRO L’assenza della cerina crea un minore accumulo di cenere nel filtro e ciò è un grosso vantaggio pratico ed economico poiché evita di dover sostituire il DPF alle scadenze chilometriche previste invece per il FAP. Tuttavia, l’accumulo nel tempo di ceneri ineliminabili può ridurre l’efficienza del DPF al punto da rendere necessaria la sua sostituzione a percorrenze molto elevate. Resta peraltro da chiarire se il biossido di cerio espulso, sia pure in minime quantità, dallo scarico (ma il tutto va moltiplicato per il numero dei veicoli circolanti), possa avere effetti dannosi a lungo termine per la nostra salute, acclarata la sua tossicità. Sarebbe un ulteriore caso di “rimedio” peggiore del male, come lo è stato l’introduzione del benzene (cancerogeno) al posto del piombo tetraetile. E’ interessante rilevare che nel DPF avviene anche la rigenerazione “passiva” che si verifica quando il veicolo viene guidato ad alta velocità e la temperatura del filtro raggiunge circa i 250°C. In questo caso il modulo di controllo del DPF non interviene.

IL FAP E LE EMISSIONI ALLO SCARICO Un altro aspetto trascurato (volutamente?) del funzionamento dei filtri antiparticolato riguarda l’aumento di emissione di CO2. Infatti tale gas viene prodotto dalla combustione del particolato secondo la reazione:

C+O2 = CO2

Un altro effetto (positivo) che si verifica nel DPF e nei filtri aftermarket è lo sfruttamento del biossido d’azoto come ossidante per il carbonio (particolato), ottenendo anidride carbonica e ossido d’azoto:

NO2+ C= NO+CO2

La CO2 non è un gas tossico (viene prodotta industrialmente in grandi quantità per svariati scopi e la ingeriamo continuamente con le bevande gassate e i vini spumanti), ma è ad effetto serra ed in base al protocollo di Kyoto, la sua produzione derivante da attività controllate dall’uomo, deve essere di molto ridotta entro il 2012. Altra stridente contraddizione…

I PROBLEMI DI FAP E DPF La descritta rigenerazione “attiva” non avviene se la vettura viene usata solo per brevi percorsi oppure a velocità troppo bassa (traffico cittadino). Se non si ha possibilità di andare su strade a veloce scorrimento, si entra nella fase della rigenerazione “forzata” (segnalata dalla strumentazione del veicolo e talvolta dal funzionamento in prestazioni ridotte dello stesso), da effettuare necessariamente in officina con l’ausilio delle attrezzature diagnostiche. Tale procedura, considerata di normale manutenzione, quindi a pagamento, può richiedere la sostituzione dell’olio motore per raggiunta eccessiva diluizione da gasolio. Se l’utente non provvede a far effettuare la rigenerazione forzata in assistenza, si rischia di intasare in modo irreversibile il filtro antiparticolato che dovrà essere sostituito. Tale eventualità, derivante da carenza di manutenzione, non è riconosciuta in garanzia.

AUMENTANO I COSTI DI GESTIONE Come si può ben vedere, il quadro che emerge non è dei più rosei, soprattutto per le tasche degli automobilisti: paradossalmente l’uso essenzialmente urbano delle vetture dotate di FAP o DPF (la situazione in cui tali dispositivi si rendono, per normativa, più necessari), comporta per l’utente, allo stato dell’arte, seri rischi funzionali, pratici e, di conseguenza, economici. A ciò si aggiunga la tesi sostenuta da alcuni autorevoli studiosi secondo cui, come già accennato, le nanoparticelle volatili emesse dai filtri sarebbero ancor più dannose per la nostra salute. Crediamo ce ne sia a sufficienza affinché la pubblica amministrazione ed i costruttori, supportati da analisi medico-ambientali aggiornate, autorevoli ed al di sopra delle parti, rivalutino attentamente la materia.

LA BEFFA DELLA REVISIONE E’ altrettanto evidente che tali potenziali complicazioni, da non sottovalutare, riducono ulteriormente la convenienza delle vetture diesel rispetto a quelle a benzina, convenienza già ampiamente compromessa da altri fattori consolidati quali l’ormai esigua differenza di prezzo del gasolio rispetto alla benzina, i maggiori consumi dei potenti diesel pesantemente sovralimentati ultima generazione, la durata e affidabilità media di tali propulsori (quindi i costi di riparazione e manutenzione), comunque inferiore a quelle dei motori a benzina di pari generazione. Infatti, l’attuale andamento del mercato, dimostra una decisa rimonta delle vetture a benzina. Per finire citiamo un altro paradosso tecnico-burocratico che si è verificato con le vetture diesel dotate di filtro antiparticolato. Riguarda il controllo dei gas di scarico previsto in sede di revisione periodica o di verifica per il cosiddetto “bollino”. Ebbene queste vetture non passano al controllo perché i valori di emissioni sono fuori scala rispetto alla taratura standard di legge degli strumenti di misurazione. Ma la strumentazione non può essere manomessa dagli operatori. Ancora una volta il legislatore viene colto impreparato ad affrontare nuove situazioni da esso stesso create ed imposte. Ci risulta che, per superare tale ostacolo imprevisto, diversi operatori abbiano fatto ricorso ai soliti “escamotage”… all’italiana!

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