SPERIMENTAZIONE SU STRADA DELLA MISCELA IDROGENO-METANO. Test condotto su autobus da trasporto pubblico

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1 SPERIMENTAZIONE SU STRADA DELLA MISCELA IDROGENO-METANO Test condotto su autobus da trasporto pubblico Progetto di riferimento: MHyBus LIFE07 ENV/IT/ Fase del progetto: fase 2 - esercizio sperimentale di km con passeggeri a bordo Contenuto del documento: step 1 della fase 2-2 rapporto sull andamento della sperimentazione emesso dopo i primi km Versione: 1.0 Data emissione: giugno 2013 Livello di diffusione: confidenziale Lingua: italiano Autore documento: Vittorio Cazzola (consulente START per la sperimentazione) Pag 1

2 1.0 Premessa La sperimentazione della miscela idrogeno-metano (idrometano) fa parte di un progetto europeo denominato MHyBus LIFE07 ENV/IT/ realizzato con il coordinamento della Regione Emilia Romagna e il coinvolgimento di un partenariato che comprende oltre a RER anche ASTER, ENEA, START Romagna SpA, SOL SpA. La sperimentazione si prefigge lo scopo d indagare sul funzionamento di un motore a combustione interna alimentato con una miscela idrogeno-metano, montato su un autobus da trasporto pubblico. In particolare la sperimentazione vuole indagare sulle prestazioni del motore, sui gas da combustione emessi in atmosfera, sui consumi e sugli eventuali effetti della miscela sugli organi meccanici del motore. L obiettivo è di ottenere, al termine dell esercizio sperimentale, il nulla osta per la circolazione del veicolo alimentato a idrometano in servizio di trasporto pubblico nel centro urbano di Ravenna. L autobus in questione è omologato in origine per l impiego di gas naturale (Reg. ECE ONU R110). La sperimentazione viene condotta in esemplare unico su un autobus immatricolato nel 2008 con targa DP590ML messo a disposizione da START Romagna SpA, nel rispetto di un programma di controllo emesso dal CPA di Bologna e approvato dal Ministero dei Trasporti Direzione Generale per la Motorizzazione. Il veicolo è un BredaMenarinibus M 231/GV Vivacity CNG EEV, dotato di un motore DAIMLER CHRYSLER - MERCEDES M 906 LAG, potenza massima 170 kw (231 CV) a giri/min e copia massima 808 Nm (82 Kgm) a giri/min. Il motore, alimentato con una miscela idrogeno-metano (15% H 2 in vol) è stato validato nel rispetto dei dati dichiarati dal costruttore e dei valori limite EEV al banco dinamico dell Istituto Motori del CNR di Napoli secondo ciclo ETC. I parametri di combustione sono stati parzialmente modificati allo scopo di rendere ottimale la formazione della miscela e la sua combustione in presenza di un combustibile che contiene una quota di idrogeno. La miscela idrometano viene prodotta e fornita da SOL SpA di Ravenna, produttore di gas tecnici, tramite un impianto appositamente progettato e costruito. 1.1 Rilievo dei dati sperimentali La verifica delle prestazioni del motore e delle emissioni gassose viene eseguita da ENEA tramite proprie strumentazioni di misura installate a bordo del veicolo. A tale scopo il mezzo viene all occorrenza equipaggiato con strumentazioni modello Horiba OBS 1300 in grado di fornire la misura in massa delle emissioni di CO, HC, NOx, CO 2. Le diverse misure delle emissioni vengono eseguite secondo campagne di rilievo realizzate in conformità con il programma stabilito dal Centro Prova Autoveicoli di Bologna (CPA). La strumentazione consente anche la rilevazione del consumo di combustibile tramite due misure indirette: il bilancio del carbonio e la misura del rapporto aria combustibile. Il sistema di misura è inoltre dotato di GPS per fissare la posizione del veicolo, per la determinazione dello spazio percorso e per il calcolo della velocità del mezzo. Al fine di consentire le attività di acquisizione dei dati relativi alla prestazione del motore (potenza, copia, pressione e temperatura olio, energia erogata, consumo) è stata montata all interno dello sportello vano Pag 2

3 cartello anteriore una centralina di rilevazione dati su linea CAN bus. I dati raccolti sono trasmessi in ENEA Casaccia (Roma) tramite un collegamento GPRS per successiva elaborazione. 2.0 Stato della sperimentazione Il programma di controllo della sperimentazione emesso dal CPA in data 10 maggio 2010 è costituito di tre macro-attività: 1) Verifiche iniziali per la immissione in circolazione del veicolo. 2) Verifiche e prescrizioni nel corso dell esercizio sperimentale del veicolo. 3) Verifiche conclusive dell esercizio sperimentale del veicolo. La macro-attività 1) è stata completata con successo nei primi mesi del In essa erano comprese le prove al banco del motore, l assemblaggio del veicolo prototipo con il motore testato al banco, la documentazione tecnica di progetto, le verifiche e dichiarazioni di conformità da parte del costruttore del veicolo. Successivamente, il 5 maggio 2012 l autobus è stato sottoposto ad una revisione straordinaria presso la competente sede di Ravenna della Motorizzazione Civile, conclusasi con esito regolare. Il CPA, constatato l esito della revisione straordinaria, in data 17 maggio 2012 ha ammesso il veicolo alimentato a idrometano all esercizio sperimentale per un periodo di due anni e comunque per una percorrenza minima di km. Secondo la prescrizione del Ministero dei Trasporti del 25 marzo 2010 per i primi sei mesi o comunque per una percorrenza minima di km la circolazione del veicolo è stata autorizzata a vuoto con idonea zavorra atta a simulare parziali condizioni di carico. Ottenuto dall UMC di Ravenna l aggiornamento della carta di circolazione con l annotazione che autorizza la sperimentazione su strada, la Direzione di Esercizio di START ha dato corso alla macro-attività 2) autorizzando la circolazione del veicolo all interno del centro urbano di Ravenna. La 1 fase della sperimentazione su strada (5.000 km senza passeggeri) è iniziata il 16 ottobre 2012, dopo l esecuzione delle verifiche iniziali di cui al relativo rapporto sulla sperimentazione. In data 23 novembre 2012 il veicolo ha terminato di percorrere i primi km. Il 9 gennaio 2013 START ha consegnato al CPA la documentazione contenete i risultati emersi nei primi km. Il CPA ne ha preso conoscenza riservandosi di trasmettere le risultanze alla competente sede ministeriale. Inoltre, constatando che non erano emersi elementi tali da pregiudicare la continuazione della sperimentazione ne ha autorizzato la prosecuzione. Pertanto in data 19 gennaio 2013 è iniziata la circolazione sperimentale con passeggeri (2 fase della sperimentazione su strada) che si protrarrà fino al completamento del tragitto prestabilito di km, previa l esecuzione dei controlli ogni km come da programma del CPA. Il 1 step di km della 2 fase della sperimentazione su strada è stato completato nella 12 settimana Di conseguenza si è provveduto a programmare la sessione di verifica stabilita dal programma di controllo del CPA. Per ragioni organizzative è stato possibile fissare la verifica del CPA solo nella 15 settimana Pertanto i test previsti al completamento dello 1 step della sperimentazione su strada sono stati eseguiti in data 11 aprile In data 6 aprile 2013 il servizio è stato sospeso per permettere l allestimento del veicolo con gli strumenti di misura dell ENEA in vista dell ispezione del 11/4. Terminati i controlli e le verifiche, fatti alla presenza degli incaricati del CPA presso il deposito START e sulle strade del centro urbano di Ravenna ed effettuata in data 14 maggio 2013 la prova di tenuta dell impianto gas presso l officina BredaMenarinibus, è stata fissata la riunione del Tavolo Tecnico che si terrà il 10 giugno 2013 presso gli uffici del CPA, per l analisi dell andamento della sperimentazione e l attivazione di eventuali azioni correttive. Pag 3

4 Terminata l ispezione del 11 aprile 2013, non essendo emersi elementi ostativi tali da disporre la sospensione della sperimentazione, il CPA ne ha autorizzato la continuazione con il 2 step ( km) della 2 fase dell esercizio sperimentale con trasportati. 3.0 Andamento della sperimentazione La circolazione sperimentale con passeggeri a bordo viene eseguita sul percorso della linea urbana n. 8 del servizio erogato da START nel centro urbano di Ravenna, mentre l esecuzione delle verifiche stabilite a ogni km viene eseguita su un circuito appositamente definito lungo 5 km, già illustrato nel rapporto relativo alla fase n. 1 della sperimentazione su strada (5.000 km senza trasportati). 3.1 Esercizio sperimentale Come detto al punto 2.0, in data 19 gennaio 2013 è iniziata la circolazione sperimentale con passeggeri a bordo. Per completare il programma di sperimentazione il veicolo dovrà percorrere ulteriori km, effettuando ogni km le verifiche stabilite nel programma di controllo del CPA. Si prevede che la sperimentazione possa terminare i km previsti entro i mesi di settembre/ottobre 2013, salvo imprevisti. Ogni giorno il veicolo ha percorso una media di 215 km ed è stato guidato da autisti informati sulla natura della sperimentazione. Come detto in precedenza la circolazione relativa al 1 step della 2 fase della sperimentazione su strada si è conclusa in data 6 aprile 2013, raggiungendo una percorrenza complessiva di km, compreso i km percorsi a vuoto. Quindi superiore ai km previsti per il primo controllo. S.O.L. Enichem START FS-Centro Borgo Montone ESP Fig. 1 Grafico della linea 8 scelta per l esecuzione della sperimentazione Pag 4

5 START ha inserito il veicolo in sperimentazione sulla linea n.8 in circolazione dalle 8,01 alle 19,45 dal lunedì al sabato sul percorso MCTC-Borgo-Montone, Borgo Montone-via Trieste-Enichem, Enichem-ESP- Borgo Montone, MCTC-Borgo-Montone (v. fig. 1). Il numero di trasportati paganti alla data della sessione di controllo del CPA ( ) ammontava complessivamente dall inizio della sperimentazione a c.a unità. Gli utenti hanno impiegato il servizio senza remora alcuna verso il nuovo tipo di carburante e senza riscontrare alcuna riduzione del confort. START ha monitorato il servizio quotidianamente registrando su un apposito Giornale di Bordo tutti gli eventi significativi relativi all esercizio sperimentale condotto nel 1 step della 2 fase della sperimentazione su strada. In particolare sul Giornale di Bordo parte A (GB A) ha annotato la percorrenza chilometrica giornaliera, il rifornimento, il consumo, le segnalazioni di eventuali anomalie, gli interventi dell officina, le note (vedi allegato: START_ Giornale di bordo_parte A (ver. 1.0)). Sul Giornale di Bordo parte B (GB B) ha annotato l eventuale insorgenza di inconvenienti da idrometano e le conseguenti manutenzioni dell impianto (vedi allegato: START_ Giornale di Bordo_parte B (ver. 1.0)). Sul Giornale di Bordo parte C (GB C) ha annotato la verifica periodica del corretto funzionamento dei dispositivi di sicurezza (vedi allegato: START_ Giornale di Bordo_parte C (ver. 1.0)). Come si evince dal GB A, l autobus ha percorso il 1 step dell esercizio sperimentale con una sostanziale continuità, registrando solo pochi fermi. Nello specifico il 22/01 per manutenzione, il 8/02 per un test sul mantenimento della pressione nei serbatoi, il 14/02 per pulizia in vista dell INFO DAY del giorno dopo, il 9/03 per pulizia in vista dell INFO DAY del giorno dopo, il 19/03 per manutenzione programmata, il 22/03 per sciopero dei trasporti locali, il 1 di aprile per servizio limitato. La percorrenza giornaliera è stata sostanzialmente regolare, eseguita a una velocità di crociera media di c.a. 20 km/h e conforme al servizio programmato. Ogni giorno, durante la prima mattinata a un orario prefissato, il veicolo è stato trasferito presso lo stabilimento SOL in via Baiona a Ravenna per fare rifornimento di miscela di idrogeno-metano, con la formulazione concordata (15% vol. ± 2% tolerance). I dati di percorrenza sono stati raccolti dai conducenti che si sono avvicendati alla guida, tramite la compilazione direttamente a bordo del veicolo di apposito rapportino di servizio giornaliero. I dati di rifornimento sono stati raccolti tramite verbale emesso dalla ditta SOL e controfirmato dal conducente presente al rifornimento. Il rapportino di servizio contiene i chilometri percorsi giornalmente e le segnalazioni di anomalia eventualmente rilevate dell autista. A fronte delle segnalazioni di malfunzionamento l officina START è intervenuta per rimettere in servizio il mezzo. Successivamente i dati giornalieri registrati sul rapportino e sul verbale di rifornimento sono stati riportati sul GB A. I dati così raccolti sono stati utilizzati per il calcolo reale del consumo di carburante. 3.2 Verifiche a km Le verifiche stabilite nel programma di controllo a km sono state eseguite in data in data 11 aprile 2013 a una percorrenza complessiva di km, per i motivi richiamati in precedenza. Nell ambito della stessa sessione di verifica è stato effettuato il rilievo delle emissioni inquinanti e la verifica del corretto funzionamento dei dispositivi di sicurezza Misura delle emissioni e dei consumi Completato l allestimento del veicolo con gli strumenti di misura, ENEA ha eseguito alla presenza dell incaricato del CPA tre misure consecutive percorrendo lo stesso circuito di prova con un ciclo analogo in modo da avere un riscontro tra le misure eseguite. Complessivamente i risultati delle misure fatte con gli strumenti Horiba non hanno mostrato scarti tra le tre le stesse che siano attribuibili a condizioni differenti di test o errori di sistema. Ogni test è stato preceduto da una operazione di pulizia delle camere di misura e da una calibrazione della strumentazione. I risultati del test e le modalità di misura adottate sono descritti nel Pag 5

6 documento ENEA (vedi allegato: Risultati test su strada del 11 Aprile 2013 v_130531), a cui si rimanda per una conoscenza completa. Le misure delle emissioni e dei consumi rilevati dalla strumentazione hanno lo scopo di verificare eventuali scostamenti significati nel corso della sperimentazione. In particolare si rileva che non si evincono particolari scostamenti nelle emissioni e nei consumi rispetto alle misure rilevate durante le ispezioni precedenti. Va tenuto presente che i consumi rilevati con la strumentazione Horiba non sono da utilizzare come valori assoluti di riferimento. Per la valutazione del rendimento della miscela idrogeno-metano rispetto al metano è preferibile tenere conto dei consumi rilevati durante la circolazione sperimentale su strada, calcolati in base alla massa di miscela consumata e ai km percorsi tra un rifornimento e l altro, come riportato sul GB A Verifica del funzionamento dei dispositivi di sicurezza Al termine dei rilievi di cui al punto precedente alla presenza del funzionario del CPA è stato verificato il corretto funzionamento dei dispositivi di sicurezza montati sul veicolo. Il risultato della verifica condotta dal personale dell officina meccanica di START Romagna è stato positivo ed è riportato sul GB C. Il corretto funzionamento dei dispositivi di sicurezza Sistema VCS di monitoraggio del funzionamento delle EV e Sistema di rilevamento fughe gas Amerex è stato verificando impiegando la procedura riportata nella relazione tecnica 001/11 Rev. 1 Elementi costruttivi di sicurezza emessa da BMB in data 8/7/2011 e già in possesso del CPA. Come previsto dal programma di controllo del CPA il personale di officina verifica con continuità l eventuale insorgenza di anomalie di funzionamento dei dispositivi di sicurezza. Il riscontro di tali verifiche è riportato mensilmente sul GB C. Al termine della sessione di verifica l incaricato del CPA, constato l esito regolare delle misure strumentali e delle verifiche dei dispositivi di sicurezza, ha autorizzato la prosecuzione dell esercizio sperimentale con il 2 step ( km) della 2 fase dell esercizio sperimentale con trasportati come da programma Rilievo della prestazione del motore Nel corso della sperimentazione sono stati rilevati i valori istantanei delle grandezze che caratterizzano la prestazione del motore su strada, come riportato nel documento ENEA (Rapporto su prestazioni motore su strada 2_130531), a cui si rimanda per una conoscenza completa dei dati emersi. L analisi è stata fatta su una campionatura di giornate individuate nell ambito dei dati rilevati. La velocità media giornaliera e di conseguenza anche tutte le altre grandezze subiscono continue variazioni a causa dei molteplici fattori che influenzano la dinamica del veicolo: il traffico, le condizioni meteo, l autista. La velocità media globale è stata complessivamente pari a 18,87 km/h, inferiore di 5 km/h rispetto alle misure effettuate durante i km a vuoto. Questa riduzione deriva dal diverso assetto di lavoro del veicolo: da simulazione di percorso a percorso di trasporto urbano reale. L erogazione della potenza e della copia è stata sottoposta alle medesime variazioni ma sostanzialmente non si sono registrate variazioni significative tali da indicare anomalie nella sua erogazione. La temperatura e la pressione dell olio motore non hanno subito variazioni particolari tra i campioni rilevati e rispetto alle misure precedenti. 3.3 Anomalie rilevate Durante la circolazione sperimentale condotta dal 19 gennaio 2013 al 6 aprile 2013 non sono stati rilevati inconvenienti al motore, all impianto di alimentazione e ai dispositivi di sicurezza riconducibili all uso della miscela idrogeno-metano. Pertanto non sono stati necessari interventi di manutenzione straordinaria sull impianto di alimentazione, come riportato sul GB B. Sul veicolo l officina START ha fatto interventi di manutenzione ordinaria e a caduta indipendenti dall uso dell idrometano. Pag 6

7 3.4 Consumi di miscela Come detto in precedenza, ogni giorno il veicolo a un orario prefissato viene trasferito presso lo stabilimento SOL, a poca distanza dal deposito START, per fare rifornimento di miscela idrogeno-metano come riportato nel GB parte A. Nel tabulato viene riportato il calcolo del consumo in kg/km. Detto calcolo viene eseguito mediante differenza di pressione rilevata all inizio e alla fine del rifornimento e convertendo in massa consumata (kg) il contenuto molare ricavato dalla legge dei gas. Dal calcolo risulta che il consumo medio è di 0,256 kg/km, inferiore rispetto al consumo rilevato durante la sperimentazione dei primi km (fase 1). La riduzione dipende dall avere tenuto conto di una diminuzione del 10% della pressione finale dopo un periodo di riposo. Infatti è stato verificato che il rilevamento della pressione finale al rifornimento è sovrastimato rispetto al valore misurato dopo un periodo di riposo e di conseguenza lo è anche il calcolo del consumo. Non si notano scostamenti significativi tra i consumi rilevati all inizio della sperimentazione con persone a bordo e quelli finali e si osserva una sostanziale omogeneità dei valori, diversamente da quanto riscontrato nella fase 1 della sperimentazione. Il motivo va individuato nel diverso assetto di lavoro del veicolo: da simulazione di percorso a percorso di trasporto urbano reale. I dati che stanno emergendo mettono in evidenza una riduzione dei consumi e delle emissioni di anidride carbonica rispetto al metano maggiore del 10 %. 3.9 Conclusioni I rapporti ENEA, il Giornale di Bordo e il presente Rapporto sull andamento della sperimentazione redatti da START vengono consegnati al Centro Prova Autoveicoli di Bologna per opportuna valutazione. Del contenuto di tali documenti il CPA riferirà alla competente sede ministeriale. Allegati al Rapporto sull'andamento della sperimentazione: 1. START_ Giornale di bordo_parte A (ver. 1.0) 2. START_ Giornale di Bordo_parte B (ver. 1.0) 3. START_ Giornale di Bordo_parte C (ver. 1.0) 4. Risultati test su strada del 11 Aprile 2013 v_ Rapporto su prestazioni motore su strada 2_ Ravenna, lì 4 giugno 2013 Pag 7