MHYBUS. Prove al banco. Procedure autorizzative. Allestimento veicolo. Sicurezza della miscela. Esercizio sperimentale

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1 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHYBUS Bologna, 21 settembre 2011 Prove al banco Procedure autorizzative Sicurezza della miscela MHYBUS Esercizio sperimentale Allestimento veicolo Dott. Vittorio Cazzola Consulente

2 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 EMILIA-ROMAGNA: LA REGIONE DEL METANO o Piattaforme Off-shore AGIP vicino a Ravenna per l'estrazione di gas metano dai giacimenti sottomarini sono presenti dal 1966 o Politica di conversione al metano dei trasporti estesa a tutte le province o Livello più alto di conversioni al metano nel trasporto pubblico e privato e la più alta densità di fornitori di metano in Europa

3 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 RAVENNA: LA CITTÀ DEL METANO o Incentivi per la conversione a metano del trasporto privato e degli impianti di riscaldamento o Politica per la conversione a metano del trasporto pubblico

4 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 ATM RA OGGI START ROMAGNA È LEADER NELL'USO DEL CH4 o Negli anni Ottanta ATM ha iniziato a utilizzare metano per alimentare autobus con motori trasformati o Nel 1992 ATM -insieme a Ministero dei Trasporti, Regione Emilia-Romagna, IVECO e SNAM -ha partecipato a un progetto pilota per la costruzione di autobus a metano o Negli anni successivi la conversione a metano della flotta urbana è continuata fino alla quasi totalità dei mezzi

5 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 IDROMETANO -UNA REALTÀ A PORTATA DIMANO o Per RA l idrometanoè in linea con la politica regionale di conversione a metano dei mezzi pubblici e privati o L'idrogeno può essere prodotto da fonti rinnovabili e miscelato con gas naturale direttamente sul sito di rifornimento o Gli utenti possono facilmente rifornirsi con idrometanodato il numero significativo di stazioni di rifornimento di metano situate in tutta la regione o L idrometanoè un ponte verso l impiego dell idrogeno nella mobilità pubblica e privata

6 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ MHYBUS Aspetti autorizzativi Bologna, e 21 tecnici settembre della 2011 sperimentazione Veicolo Bredamenarinibus proprietà di START Romagna SpA alimentato con idrometano

7 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ ATTIVITÀ PRELIMINARI - Ricerca bibliografica su idrometano o Nel 2006 studio ENEA commissionato da RER per verificare impiego miscela idrogeno-metano come combustibile o Vantaggi attesi: nessuna modifica al motore riduzione NOx tramite smagrimento della miscela e/o la regolazione dell anticipo di accensione migliore efficienza di combustione con conseguente riduzione dei consumi energetici riduzione CO2 sia per minore presenza di carbonio nel combustibile che per migliore combustione (effetto leva) sfruttamento rete di rifornimento del metano per la fornitura della miscela, con modifiche non complesse per produzione idrogeno e sua miscelazione con CH4

8 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ ATTIVITÀ PRELIMINARI - Acquisto del veicolo per sperimentazione o Nel 2008 ATM -oggi START Romagna -acquista un autobus omologato per metano con contributo della regione ER per la sperimentazione con idrometano o Veicolo BredaMenarinibus Vivacity CNG con motore MERCEDES M906 LAG EEV, potenza massima 170 kw a giri/min e copia massima 808 Nm a giri/min o Durante la sperimentazione non è prevista alcuna modifica meccanica al motore, ma solo correzioni parziali alla mappatura dell Unità di Controllo Motore per ottimizzare la combustione e l efficienza energetica del motore

9 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ ATTIVITÀ PRELIMINARI - Prima sperimentazione su idrometano o Nel 2008 impostazione e inizio prima sperimentazione con autobus CNG alimentato a idrometano su apposito circuito c/o ENEA Casaccia Roma, in simulazione di un ciclo urbano o Nel 2009 completamento prove con diverse miscele a diversi valori di idrogeno ( % H2 in vol) e modifiche nella gestione dell accensione in funzione della %le H2, al fine di rendere ottimale la combustione e ridurre le eventuali emissioni di idrocarburi incombusti ed ossidi di azoto o Non si è agito sullo smagrimento della miscela risultando impraticabile agire contemporaneamente su due paramentri esclusivamente con prove su strada o Individuazione della miscela in grado di fornire le migliori prestazioni energetiche ed emissive senza produrre effetti indesiderati sulla stabilità della combustione

10 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ ATTIVITÀ PRELIMINARI -Primi risultati della sperimentazione o Dal confronto fra il metano e le miscele con diversi gradi di anticipo dell accensione si evince che al crescere del contenuto di idrogeno migliora la combustione ed il consumo energetico tende a ridursi o Oltre il 15% di idrogeno il miglioramento della combustione si riduce man mano che il contenuto di idrogeno aumenta (scelta miscela ottimale) o Le emissioni di CO 2 subiscono una vistosa riduzione che va ben oltre il valore previsto dalla semplice sostituzione degli atomi di carbonio con quelli di idrogeno, a causa dell effetto leva o Le emissioni di HC risultano variare di poco così come le emissioni di CO che si mantengono a livelli molto bassi o Le emissioni di Nox si riducono a bassi valori di idrogeno con piccole riduzioni di anticipo, mentre a alti valori di idrogeno sfuggono dal controllo a causa dell inalzamento della temperatura di combustione

11 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS - Impostazione del progetto o I risultati della prima sperimentazione inducono a partecipare al programma LIFE+ con un progetto su idrometano o Nel 2008 impostazione e presentazione del progetto MHyBusLIFE07 ENV/IT/ alla Commissione Europea con l obiettivo di realizzare un bus prototipo da testare con la miscela idrogeno-metano al 15% di H2 e da utilizzare in servizio alla fine del progetto o Approvazione CE del progetto con inizio nel 2009 e termine previsto 2011 o La sperimentazione indaga tramite prove al banco e prove a bordo del bus con strumentazione imbarcata su: ottimizzazione prestazioni del motore CNG alimentato con idrometano tramite l individuazione del miglior controllo elettronico della combustione effetti della miscela su organi del motore e componenti dell impianto di alimentazione

12 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS - Attività del progetto o Il progetto è strutturato su cinque azioni a loro volta composte di sub-azioni: Action 1 -Sviluppo prototipo del veicolo alimentato con idrometano e inizio procedura di omologazione Action 2 -Test su strada e monitoraggio (test di progetto e di omologazione) Action 3 - Politiche per la diffusione dell idrometano Action 4 - Disseminazione e comunicazione Action 5 - Gestione di progetto, monitoraggio, valutazioni

13 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS - I partner del progetto Regione Emilia-Romagna -D.G. Reti infrastrutturali, logistica e sistemi di mobilità Consorzio tra Regione ER, Enti di Ricerca, UnionCamere ER, e Associazioni imprenditoriali regionali, per promuovere e coordinare azioni per il trasferimento tecnologico 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

14 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ Sicurezza - Studio ENEA su compatibilità dei materiali con H2 o Il contatto con idrogeno atomico nei materiali metallici può causare infragilimento, hydrogen attack e in quelli non metallici (materie plastiche) diffusione per permeazione o Bisogna quindi impiegare materiali e condizioni di esercizio compatibili con gas infiammabili compressi e in particolare con l idrogeno o Fatta rassegna e verifica dei materiali della componentistica del circuito gas di alimentazione dell autobus per verifica compatibilità con l idrogeno o Risultati: Impianto gas collaudato con ECE/ONU R110 per CNG compatibilità vs condizioni di lavoro (temperatura e pressione esercizio) I materiali impiegati sono in acciaio inossidabile austenitico AISI 316 per tubazioni e raccordi, più plastiche a fibra rinforzata (FRP) per valvole e elementi di tenuta compatibilità con idrogeno

15 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ Sicurezza -Studio UNIPI su pericolosità miscele idrogeno-metano o La separazione della miscela dentro le bombole è molto lenta, minima e non influenza il suo comportamento nel motore e in eventuali perdite o Qualora la miscela fuoriesca e venga a contatto con l'aria: la separazione fra i due gas a seguito di una fuoriuscita è, sempre nelle tempistiche tipoche delle fuoriuscite, praticamente non riscontrabile le caratteristiche relative alla combustione della miscela Idrogeno/metano con aria: limiti di infiammabilità, energia di ignizione, temperatura di autoaccensione, KG -Indice di Deflagrazione, velocità di bruciamento etc, pur cambiando rispetto a quelle dei singoli gas, sono prossime a quelle del metano le fenomenologie susseguenti a rilasci di miscele Idroegeno/metano, e cioè i fenomeni di esplosione e jet-fire, sono, in termini di effetti essenzialmente simili a quelli del solo metano

16 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ Rifornimento dell autobus in sicurezza con idrometano o La miscela idrogeno-metano viene prodotta e fornita da SOL SpA di Ravenna tramite un impianto appositamente progettato o L idrogeno e il metano sono miscelati, secondo un rapporto prestabilito fra i due gas (H 2 15% in vol. tolleranza ±2%) verificato in continuo, mediante un unità di miscelazione interamente progettata e realizzata da SOL o Durante la miscelazione la miscela è compressa in serbatoi di accumulo o Al rifornimento la miscela viene inizialmente trasferita per differenza di pressione dai serbatoi di accumulo nei serbatoi vuoti del veicolo o A parità di pressione la carica viene completata in automatico tramite compressione direttamente dalla miscelazione fino a una pressione di c.a. 200 bar o L impianto è stato verificato e approvato dai VVF di Ravenna

17 PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS - Stazione rifornimento idrometano SOL - Schema di impianto Compressore idrometano 70 Nmch/ 200bar Polmone accumulo BP idrometano 100 Lit/ 10 bar Serbatoi accumulo AP idrometano 480 Nmc/ 200 bar ANALISI Terminale erogatore idrometano 200 bar 15% vol. H2 H2 50 Nmch 10 bar CH4

18 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ Normativa di legge per l idrogeno o Il Regolamento CE n. 79/2009 e il relativo Regolamento CE attuativo n. 406/2010 sono a oggi i riferimenti normativi per l omologazione dei veicoli alimentati ad idrogeno (nessun riferimento per l idrometano) o L omologazione della tecnologia MHyBus non è però riconducibile alla omologazione di un veicolo nuovo alimentato a idrogeno, riguardando un autobus già omologato secondo il Reg. ECE/ONU R110 per il gas naturale o Bisognava studiare un approccio particolare progetto di sperimentazione di un bus in esemplare unico a seguito della trasformazione del sistema di alimentazione da metano a miscela idrogeno-metano con percentuale di idrogeno al 15% c.a. in vol o Nel 2010 il CPA ha preso atto del progetto proposto dal costruttore (BMB) su mandato del gestore del bus (ATM) ed ha sviluppato un programma di controllo della sperimentazione con una percorrenza minima di km max in 2 anni che ha sottoposto all approvazione del MIT

19 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Procedure autorizzative Nel marzo 2010 la competente Direzione Generale per la Motorizzazione ha autorizzato la sperimentazione, secondo un esercizio sperimentale sottoposto alle condizioni previste dallo specifico programma del CPA con ulteriori prescrizioni: Percorrenza preventiva di km a vuoto con zavorra più km in esercizio normale (con persone a bordo) e relativi controlli Materiali dei componenti dell impianto idonei all uso dell idrogeno Pressione di esercizio della miscela 20 MPa (c.a. 200 Bar) Sensori per verifica fughe gas più dispositivi sensibili alla pressione Al termine della sperimentazione visto il buon esito del test l autobus esce dalla fase sperimentale a discrezione del CPA per circolare liberamente in servizio, alimentato con miscela idrogeno-metano al 15% in vol c.a.

20 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS - Nuovo piano di lavoro del progetto o A seguito di rallentamenti maggiormente dovuti ai tempi amministrativi di autorizzazione della sperimentazione si è resa necessaria una revisione del piano di lavoro sulla base del nuovo programma di esercizio sperimentale del CPA o Nuovo termine del progetto previsto per il 1 semestre 2013 o Reimpostazione del budget e approvazione della CE dei nuovi vincoli procedurali e termini temporali

21 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Prove al banco secondo programma CPA Prove sul motore al banco statico di ENEA presso CR Casaccia (Roma) per ottimizzazione controllo combustione Prove sul motore al banco dinamico di IM CNR (NA) per verifica ufficiale prestazioni motore e rispetto dei livelli emissivi Rilascio nulla-osta per prosecuzione della sperimentazione come da programma CPA Attività completata nel secondo semestre 2011

22 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase uno del programma di controllo del CPA Motore al banco CR ENEA Casaccia pronto per le prove

23 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Allestimento del veicolo prototipo e seduta omologativa Smontaggio motore base funzionante a metano Montaggio motore ottimizzato funzionante a idrometanoe verificato al banco Installazione sfiato per eventuali fughe gas nel vano motore Seduta omologativa con prova di tenuta dell impianto gas, controllo dispositivi di sicurezza Attività completata nei primi mesi del 2012

24 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Allestimento del veicolo prototipo e seduta omologativa Attività completata nei primi mesi del 2012

25 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Esercizio sperimentale (Programma di controllo del CPA) Attività completata nel primo semestre 2012 Verifiche iniziali per l immissione in circolazione del veicolo Ammissione all esercizio sperimentale del veicolo Completamento dell esercizio sperimentale ( km) Verifiche e prescrizioni nel corso dell esercizio sperimentale del veicolo Verifiche conclusive dell esercizio sperimentale del veicolo Cessazione dell esercizio sperimentale Attività completata nel secondo sem per i primi km

26 IV VISITA PROGETTO DIMONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 Verifiche iniziali per l immissione in circolazione del veicolo MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase uno del programma di controllo del CPA Manuale di sicurezza Compatibilità componenti Pericolosità idrometano Analisi del rischio Formazione del personale Prove al banco x verifica prestazioni del motore Verifica sicurezza impianto gas Prova di tenuta impianto Attività terminata nel primo semestre 2012 Attività terminata nel primo semestre 2012 Ammissione all esercizio sperimentale del bus avvenuta nel primo semestre 2012

27 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 Verifiche e prescrizioni nel corso dell esercizio sperimentale del veicolo MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase due del programma di controllo del CPA Rilievi con strumenti di misura installati a bordo del bus Definizione percorsi di prova Compilazione Giornale di Bordo Rilievo valori significativi di benchmark Monitoraggio servizio sperimentale Rapporto trimestrale a CPA Verifiche dopo primi Km Tavolo tecnico ogni km Attività completata nel secondo sem per i primi km Attività in corso per i successivi km Previsione di completamento fase due entro 2013

28 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase due del programma di controllo del CPA Montaggio strumentidi misura

29 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase due del programma di controllo del CPA Esecuzione misure valori delle emissioni

30 IV VISITA PROGETTO DI MONITORAGGIO MHyBus-LIFE+ Bologna, 21 settembre 2011 Verifiche conclusive dell esercizio sperimentale del veicolo MHYBUS - Esercizio sperimentale Fase tre del programma di controllo del CPA Verif. conformità allestimento Verifica dispositivi sicurezza Prove di tenuta impianto Prove al banco x verifica prestazioni del motore Eventuali analisi su singoli componenti per verifica infragilimento Previsione inizio attività secondo semestre 2013 Previsione inizio attività secondo semestre 2013 Previsione cessazione dell esercizio sperimentale entro 2013

31 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS -Sito web del progetto Indirizzo del sito: Contiene le sezioni Idrometano, Ricerca, Omologazione, Mobilità sostenibile nella Regione Emilia-Romagna, Community, Leaflet La communityprofessionale è una rete alla quale possono accedere soggetti interessati a scambiare informazioni sull utilizzo dell idrometano

32 PROGETTO MHYBUS PROGETTO MHyBus-LIFE+ MHYBUS -Sperimentazione idrometanosu autobus da trasporto pubblico Presentazione terminata Grazie dell attenzione Dott. Vittorio Cazzola Consulente Cell