L'etanolo nei motori diesel per ridurre il particolato

Nell'ambito del progetto di ricerca “viEnergy” finanziato con fondi europei Italia-Malta, si sono svolte a Marsala (TP) dal 20 al 24 ottobre 2014, prolungate prove su strada su un bus adibito a trasporto pubblico al fine di verificare le prestazioni ambientali in termini di riduzione delle emissioni (in particolare delle polveri sottili pM10), alimentando il motore con una miscela etanolo-gasolio mediante l'utilizzo di un additivo di origine agricola per emulsionare i due componenti. L'etanolo (alcol etilico) può essere prodotto per sintesi chimica o per fermentazione degli zuccheri contenuti nei cereali, nelle barbabietole da zucchero, nelle vinacce o nelle biomasse. Nel caso specifico si tratta di alcol ricavato per fermentazione dalle vinacce (le bucce dell'uva destinata alla produzione vinicola). Promotore dell'interessante iniziativa è il Sig. Mario Ragusa di Marsala, esperto funzionario enologo con una particolare competenza e passione per i carburanti alternativi di origine vegetale. Le prove tecniche di utilizzo del combustibile e-diesel così prodotto sono state effettuate sotto il diretto controllo di una equipe di tecnici esperti del Joint Research Centre (CCR, Centro Comune di Ricerca) di Ispra (VA) coordinata in loco dall'ing. Pablo Mendoza e diretta dal Dr. Martini. Lo stesso ente indipendente (che fa capo alla Commissione europea) renderà noti e certificherà i risultati finali sulle emissioni fra qualche settimana. Noi di SicurAUTO.it abbiamo avuto la possibilità di assistere a queste prove su strada insieme ai tecnici del CCR.

LA NOVITÀ È L'ADDITIVO – I motori a ciclo diesel alimentati con una miscela gasolio-etanolo (e-diesel) non sono certo una novità ma, a differenza dei motori a ciclo Otto alimentati con miscele benzina-etanolo, non hanno trovato ad oggi che rare applicazioni. Già alla fine degli anni '70 un motore diesel da 360 CV per un veicolo da lavoro era stato realizzato per funzionare con una miscela gasolio-etanolo in percentuale 60% – 40%. In questo caso l'etanolo non veniva miscelato al gasolio ma immesso con apposito iniettore nel collettore di aspirazione. Infatti l'etanolo non è miscibile nel gasolio di origine minerale e al di sotto di 10°C i due fluidi tendono a separarsi. Per evitare ciò è necessario usare additivi emulsionanti solitamente di origine chimica o petrolifera. Il progetto “viEnergy” ideato dal Sig. Ragusa prevede invece l'utilizzo di un additivo di origine vegetale ricavato dai residui di lavorazione dell'uva destinata alla produzione vinicola. Il vantaggio che ne deriva è duplice:

riciclare a scopo energetico della materia di scarto che altrimenti andrebbe distrutta o dispersa nel terreno con dannosi effetti inquinanti;
fornire ulteriore fonte di reddito ai viticultori.

CORROSIONE – La miscela prescelta nel caso in esame contiene il 5,5% di alcol (2,5% etanolo + 3% altri alcol di origine vegetale), dunque una percentuale non elevata che comunque, secondo l'ideatore, dovrebbe consentire una riduzione del particolato di circa il 15% evitando nel contempo qualsiasi modifica ai motori e al sistema di alimentazione/iniezione. Infatti, limitando la percentuale di etanolo a valori del 5-10%, così come già avviene per la benzina in commercio, non sono necessari adeguamenti tecnici ai propulsori ed ai componenti a contatto con il carburante, soprattutto per evitare il dannoso effetto corrosivo dell'etanolo sui componenti metallici e sui materiali polimerici (tubazioni, guarnizioni, ecc.). D'altra parte, si ritiene non conveniente aumentare oltre certi limiti la percentuale di etanolo disciolta nel gasolio per non ridurre eccessivamente la viscosità del carburante e, per conseguenza, compromettere la corretta lubrificazione del sistema di iniezione che, ricordiamolo, è affidata al gasolio stesso. Anche dal punto di vista energetico vi sono delle controindicazioni connesse all'uso dell'etanolo a causa del suo basso potere calorifico (26.800 kJ/kg) che crea un aumento del consumo di carburante in proporzione al tasso di concentrazione di alcol etilico. Il calo di contenuto energetico è del 2% a fronte del 5% di etanolo aggiunto. Fra gli aspetti indesiderati derivanti dall'aggiunta di etanolo nel gasolio, giova inoltre ricordare la riduzione del Numero di Cetano (indice qualitativo che stabilisce la rapidità di combustione del gasolio), diminuzione che andrebbe contrastata con aggiunta di additivo 2-EHN (Cetane Improver). Realisticamente l'idea del Sig. Ragusa si rivolge in particolare ai veicoli diesel adibiti al trasporto pubblico urbano, solitamente di fabbricazione non recente, quindi maggiormente inquinanti per ciò che riguarda le emissioni. E' interessante osservare che il guidatore del bus alimentato con e-diesel, nel corso delle prove su strada non abbia rilevato alcun calo prestazionale, né altri inconvenienti attribuibili al tipo di carburante. Un altro aspetto non trascurabile riguarda lo stoccaggio e il trasporto di e-diesel considerando l'alto grado di infiammabilità dell'etanolo e il suo forte potere igroscopico (trattiene l'acqua) che favorisce la stratificazione della miscela.

RIDUZIONE DEL PARTICOLATO (PM10) – Per quanto riguarda le emissioni post- combustione dell'e-diesel, il dato ormai confermato dalla sperimentazione è la riduzione del particolato (pM10). In merito alle emissioni regolamentate di CO, CO2, NOx, HC, non sono disponibili dati univoci ed esaustivi a causa della scarsa e talvolta non recente sperimentazione su tale carburante. In ogni caso, l'etanolo agisce come composto ossigenato (formula chimica C2H5OH) quindi produce una riduzione del CO e degli ossidi di azoto (NOx), nonchè una diminuzione degli HC in proporzione al tasso di alcol disciolto. Le esperienze effettuate in Brasile e soprattutto in Svezia su autobus Euro 2 alimentati con e-diesel hanno evidenziato emissioni regolamentate molto inferiori con un calo del particolato del 73%. La miscela e-diesel usata in Brasile è composta dall'86,2% di gasolio, 11,2% alcol anidro e 2,6% di additivo emulsionante AEP 102 (ricavato dalla soia). La combustione dell'etanolo (ovviamente anche nei motori a benzina ciclo Otto) produce formaldeide (CH2O)e soprattutto acetaldeide (CH3CHO), sostanze tossiche e cancerogene non regolamentate che nessuna centralina di controllo di qualità dell'aria è attualmente in grado di individuare. Questo è un aspetto delicato che merita un'attenta valutazione da parte delle istituzioni preposte al controllo delle emissioni nocive, anche alla luce dei problemi che la presenza dell'etanolo nella benzina provoca nei filtri a carboni attivi (carbon canister) che dovrebbero assorbire le emissioni evaporative provenienti dai serbatoi delle auto.

JOINT RESEARCH CENTRE – Il Joint Research Centre (JRC), è un centro di ricerca indipendente che opera sotto l'egida dell'Unione europea. Dispone di sette istituti dislocati in cinque paesi membri dell'Unione (Belgio, Germania, Italia, Olanda e Spagna). Il CCR con sede a Ispra (VA) fornisce un supporto scientifico e tecnico alla progettazione, allo sviluppo, all'attuazione e al controllo delle politiche dell'Unione europea. svolge un ruolo di coordinamento e ricerca in numerose reti comunitarie di enti nazionali di ricerca, università, industria avanzata degli stati membri dell'Unione europea, oltre ad effettuare un vasto insieme di ricerche indipendenti che si avvalgono delle competenze dei migliori scienziati europei che lavorano direttamente nel centro o vi svolgono periodi di ricerca. La sede di Ispra ospita i seguenti istituti scientifici del CCR:

Istituto dell'ambiente e della sostenibilità (IES);
Istituto per la Salute e tutela dei consumatori (IHCP);
Istituto per la Protezione e la Sicurezza dei Cittadini (IPSC);
Parti dell' Istituto per l'energia ei trasporti (IET);
Parti dell' Istituto dei transuranici (ITU)

DATI IN ARRIVO – I dati completi della sperimentazione non sono ancora disponibili, ma entro un 1-2 settimane lo saranno. Tornate su questo articolo più avanti perchè lo aggiorneremo con i valori esatti rilevati durante il progetto viEnergy.