La mobilità a miscela metano/idrogeno Il progetto MyGas della Regione Lombardia

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1 La mobilità a miscela metano/idrogeno Il progetto MyGas della Regione Lombardia Silvana Di Matteo Bolzano- Fiera Klimamobility 23 settembre 2011

2 Perché le miscele metano/idrogeno Le miscele metano-idrogeno costituiscono una soluzione estremamente efficace per un modello di mobilità sostenibile L interesse strategico di tale approccio risiede nell ampio potenziale di utilizzo, e quindi di reale impatto sulla qualità dell aria è possibile disporre di una tecnologia a costi relativamente contenuti per una reale diffusione del vettore idrogeno nel settore trasporti. La presenza della frazione idrogeno assicura una combustione più completa con riduzione delle emissioni inquinanti (CO e idrocarburi incombusti). Grazie alla possibile ottimizzazione delle regolazioni motore l utilizzo delle miscele consente una contestuale riduzione degli NOx, principali responsabili dello smog fotochimico in ambito urbano. (Fonte Centro Ricerche Fiat)

3 Effetti sul veicolo Percentuali di idrogeno fino al 30% consentono di mantenere costanti le prestazioni del motore rispetto al metano: accelerazione, ripresa, velocità massima del veicolo risultano inalterate. La minore densità dell idrogeno è all origine di una riduzione naturale dell autonomia del veicolo: rispetto al solo metano l autonomia si riduce di circa il 20% consentendo comunque un agevole impiego in ambito urbano. In ragione della presenza dell idrogeno i materiali dei componenti a contatto con la miscela devo risultare idonei sia dal punto di vista metallurgico sia dal punto di vista delle tenute. Le diverse caratteristiche della miscela rispetto al solo metano impongono un adeguamento del sistema di controllo motore al fine di garantire l ottimizzazione della combustione e delle emissioni. Fonte Centro Ricerche Fiat

4 L utilizzo della miscela al 30% in volume di idrogeno consente un immediata riduzione della CO2 allo scarico dell 11% rispetto al solo metano (-34% rispetto alla benzina)

5 La flotta sperimentale di Regione Lombardia 20 vetture FIAT PANDA Miscela al 30% in vol. di idrogeno 2 stazioni di rifornimento Monitoraggio della flotta via GPRS per il rilevamento dei dati di funzionamento in condizioni reali.

6 In cosa consiste la sperimentazione Uso delle autovetture Panda per 1 anno o in alternativa km nelle normali condizioni Misura e registrazione dei dati energetici e di emissione delle autovetture Monitoraggio delle stazioni di rifornimento della miscela metano/idrogeno sotto un attenta supervisione scientifica

7 Origine della sperimentazione del progetto miscele CH4/H2 Esperienza maturata dal progetto comunitario Zero Regio Programma di Sostegno al Vettore Idrogeno 2007/2010 approvato dalla Giunta Regionale a Novembre 2006

8 Tappe della sperimentazione Pubblicazione dell avviso di gara internazionale di 2,5 Meuro (Iva inclusa) in data 23 maggio 2007 Esperimento della procedura di gara in data 30 gennaio 2008 Aggiudicazione all Associazione Temporanea di Imprese (Sapio, Centro Ricerche Fiat, Nuova Carrozzeria Torinese, Fast, Eni) Firma del contratto il 13 maggio 2008

9 Tappe della sperimentazione VEICOLI 1 lotto di 10 veicoli consegnato il 25 novembre lotto di 10 veicoli consegnato il 22 marzo anno -> miscela al 10% di idrogeno 2 anno -> miscela al 30% di idrogeno Km percorsi 1 Lotto km percorsi con miscela su km tot 2 Lotto km percorsi con miscela su km tot Miscela consumata 3,86 kg di miscela ogni 100 km con una velocità media di 40 km/h Autonomia con miscela al 30 % -> 180 km/pieno

10 Tappe della sperimentazione STAZIONI DI RIFORNIMENTO Per ottimizzare la sperimentazione i distributori dovrebbero essere dislocati omogeneamente sul territorio. Distributore di Assago Entrato in funzione a pieno regime nell estate Utilizzato regolarmente, non si sono riscontrati problemi particolari dopo un periodo iniziale di messa a punto. Media di 5 rifornimenti/giorno, erogati oltre 3000 kg nel 2011 Distributore di Monza Per la realizzazione del secondo impianto si evidenzia un ritardo dovuto a difficoltà burocratiche nell ottenere i permessi.

11 Tappe della sperimentazione ATTIVITA SCIENTIFICA L attività di analisi dei dati sperimentali procede regolarmente e sta dando risultati di importante valenza scientifica. JRC - ISPRA: prove su banco a rulli ed analisi emissioni con miscele al 5, 10, 15, 20, 25 e 30 % di H2 UniRoma: test su strada e analisi emissioni CNR Napoli Istituto Motori: monitoraggio flotta, test su banco a rulli e su strada, analisi emissioni e consumi PoliMi: elaborazione di un modello di calcolo dei bilanci energetici e di emissioni di CO2 dal pozzo alla ruota (well-to-wheel) per differenti scenari di percorso energetico nella produzione di idrogeno

12 Tappe della sperimentazione Bilancio dei primi due anni di sperimentazione Non sono state riscontrate problematiche particolari di funzionamento dei veicoli Sono state riscontrate riduzioni delle emissioni di CO2, CO e HnCm Uno dei veicoli è stato utilizzato da JRC su committment della EU DG Entreprise per validare la metodologia di prova ai fini dell introduzione delle miscele come possibile combustibile di omologazione nella Direttiva EURO5/6 (Regolamento 715/2007). L attività di divulgazione procede regolarmente ed ha dato risultati superiori al previsto.

13 Obiettivi attesi Definire il corretto rapporto CH4/H2 su modelli di autoveicoli esistenti e quantificare il conseguente abbattimento delle emissioni Fornire indicazioni per la definizione delle condizioni precommerciali per un mercato di auto a miscela con prezzi non eccessivamente difformi dalle attuali vetture in commercio Valutare i consumi energetici dell intera filiera del combustibile dalla produzione al rifornimento Eseguire analisi comparativa con le prestazioni energetiche delle vetture ad H2 puro (sia a fuel cell che a combustione interna) Valutare il costo/km delle vetture a miscela CH4/H2

14 Grazie per l attenzione www. ors. regione.lombardia.it

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16 PoliMI E stato elaborato un modello di calcolo dei bilanci energetici e di emissioni di CO 2 dal pozzo alla ruota (well-to-wheel) per i seguenti scenari di percorso energetico (energy pathways) nella produzione idrogeno: IDROGENO (B) Utilizzo H2 Percorso tank-to-wheel (TTW) Dati di letteratura Dati dai partner del progetto e da esiti ZeroRegio Veicolo a Fuel Cell Veicolo con motore a c.i. a H 2 Veicolo con motore a c.i. a H 2 + GN Consumi elettrici per produzione / trasporto / distribuzione H 2, a seconda dei casi: Rinnovabili GN a ciclo combinato Carbone con c.le USC Nucleare (PWR/EPR) Parco elettrico Italiano

17 Elaborazione dati di flotta a cura di CNR Istituto Motori Napoli

18 Prove condotte c/o JRC Ispra 0,060 0,050 y = 0,0037x + 0,0587 R 2 = 0,986 Ciclo omologativo NEDC 115,000 THC [g/km] 0,040 0, ,000 y = 2,6702x + 115,25 R 2 = 0,9796 0,020 0,010 CO2 [g/km] 105, ,000 95,000 90,000 0,000 0,600 0,500 0, Limite E4 = 0,1 g/km H2 content [%] y = 0,0316x + 0,496 R 2 = 0, , CO [g/km] 0,300 H2 content [%] 0,200 0,100 0, Limite E4 = 1 g/km H2 content [%]

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20 Trend emissioni NOx Prove CNR IM Possibilità di intervento su calibrazione motore

21 Attività scientifica _ JRC La miscela idrogeno-metano rappresenta un modo efficace per ridurre le emissioni di gas serra nell'ambiente senza eccessive emissioni di NOx (importante inquinante urbano).

22 Attività 1 Monitoraggio e analisi dei dati di flotta dei veicoli alimentati a miscela metano/idrogeno Maggio 2010 Giugno 2011 Jacopo D Alessio, Vincenzo Moccia Attività 2 Caratterizzazione del comportamento in termini di emissioni e dei consumi di una vettura della flotta Maggio 2010 Settembre 2011 in progress Maria Vittoria Prati, Maria Antonietta Costagliola, Antonio Mariani, Sabrina Bosella

23 Attività 1 Monitoraggio e analisi dei dati di flotta dei veicoli alimentati a miscela metano/idrogeno La flotta delle Panda in servizio presso la Regione Lombardia è costituita da 20 Panda alimentate a metano opportunamente modificate per utilizzare miscele metano/idrogeno. Le prime 10 sono entrate in esercizio a partire da gennaio 2010, un secondo lotto di ulteriori 10 vetture è in esercizio dal gennaio Nel periodo gennaio giugno 2011 la flotta ha compiuto 1866 missioni, ha percorso km per un totale di 1444 ore di marcia. La velocità media è di 41,31 km/h. Solo le vetture 1 e la 9 del primo lotto si sono avvicinate al totale previsto di km, inclusa la fase di pre-esercizio (gennaio aprile 2010). Per quanto riguarda il secondo lotto, le vetture 15, 16 e 18 mostrano le percorrenze più elevate. L obiettivo fissato dal progetto per vettura era di km/anno (pari a 1250 km/mese per vettura); solo il 20% (4 vetture) ha superato il 50% di tale target

24 Attività 1 Monitoraggio e analisi dei dati di flotta dei veicoli alimentati a miscela metano/idrogeno La miscela CH 4 -H 2 erogata durante il 2010 aveva un titolo del 10% di H 2 (vol.), solo a partire dal 2011 è stata fornita una miscela al 30%. Utilizzando miscele al 10% e al 30% di H 2 in CH 4 si sono riscontrate diminuzioni nelle emissioni di CO 2 allo scarico rispettivamente del 5,7% e del 18,3% rispetto all uso con metano. Nel 2010 la quantità totale di CO 2 emessa dalla flotta è compresa tra 3838,65 e 3621,37 kg. Le corrispondenti emissioni specifiche risultano comprese tra 120,29 e 113,48 g/km. Nel 2011 la CO 2 totale emessa è compresa nell intervallo 3157, ,03 kg, le emissioni specifiche tra 123,50 e 100,85 g/km.

25 Attività 2A Dalle prove sul banco a rulli si è evidenziato che: 1) durante il ciclo di omologazione NEDC la vettura rispetta i propri limiti di emissione Euro 4, ed anche i piu recenti standard emissivi Euro 5, di CO, HC, NMHC, NOx e PM con tutti i combustibili provati (benzina commerciale, CNG 100%, miscela al 14% di H 2 in CNG e miscela al 30% di H 2 in CNG); 2) le emissioni di CO 2 con la miscela al 30% di H 2 sono piu basse di circa il 35% di quelle con l alimentazione a benzina e tra il 10-20% rispetto all alimentazione a CNG; 3) i consumi calcolati su base energetica (MJ/km) mostrano una migliore efficienza della miscela al 30% di H 2 rispetto agli altri combustibili. Ciò risulta piu evidente sui cicli NEDC (-18%) ed Artemis Urban (-6%), caratterizzati da piu lunghe condizioni di minimo e da bassi carichi, dove gli effetti di una piu veloce combustione (promossa dall addizione dell idrogeno), sono piu rilevanti. 4) durante la guida di cicli reali (Artemis CADC) e durante la fase extra-urbana del ciclo NEDC sono state riscontrate delle criticità relativamente alle emissioni di NOX con la miscela al 30% di H 2 in CNG (con valori di circa 10 volte piu elevati rispetto al CNG puro ed alla miscela di H2 al 14%); 5) con l alimentazione a benzina si sono riscontrati valori piu elevati di emissione del numero di particelle (nel range dimensionale 7 nanometri-10 micron) rispetto alle tre miscele gassose. 6) con l alimentazione a benzina si sono riscontrati valori piu elevati di emissione del CO rispetto alle tre miscele gassose durante i cicli di guida reali Artemis. 7) la durata della fase di attivazione del catalizzatore 3-way sembra essere maggiore con le tre formulazioni gassose rispetto all alimentazione a benzina. Attività 2B L analisi dei dati acquisiti durante la sperimentazione su strada conferma i risultati di cui ai punti 2), 4) e 6).