Tecnologie veicolari e mobilità sostenibile

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1 Tecnologie veicolari e mobilità sostenibile Il quadro di riferimento e gli sviluppi nel campo delle motorizzazione e dei materiali Le attività dell ENEA nel settore dei veicoli Le criticità, le opportunità, i punti di forza 1

2 Il quadro di riferimento (1): fattori ambientali di carattere locale Fonte: US EPA 2

3 Il quadro di riferimento (2): fattori ambientali di carattere globale Consumi energetici per per settore settore Trasporti Industria 23% 23% 24% 24% 28% 28% 25% 25% 11% 11% 89% 89% Altri Trasporto su strada Produzione Energia Residenziale Fonte: APAT 3

4 L evoluzione del mercato europeo Fonte: Monitoring of ACEA s Commitment on CO2 Emission Reductions from Passenger Cars, Final Report 2003, Joint Report of the European Automobile Manufacturers Association and the Commission Services 4

5 Nuove tecnologie e riduzione dei consumi * Million Barrels per Day Consumo di derivati del petrolio per autotrazione Veicoli con celle a combustibile Veicoli ibridi con celle a combustibile 5 Produzione nazionale Year * Questo grafico è riferito agli Stati Uniti Fonte: DOE 5

6 Gli sviluppi nel campo delle motorizzazione e dei materiali Veicoli diesel, a benzina e gas, con motorizzazioni e componentistica fortemente innovative: elettrificazione spinta: drive by wire, breake by wire, parzializzazione del motore, comando elettromagnetico valvole, ibridizzazione minima etc.) nuovi materiali e sviluppo di nuove proprietà dei materiali classici (nanosensori, nanocatalizzatori, nanofibre, nanomagnetismo) Veicoli ibridi dual mode e veicoli con celle a combustibile nel medio-lungo termine Contemporaneamente, interventi rivolti alla riduzione della massa dei veicoli. 6

7 Gli sviluppi di sistema: il veicolo inserito nel sistema mobilità Il ripensamento del veicolo: intermodalità tra autovettura privata, modalità ciclopedonale e trasporto collettivo. nuovo modello organizzativo per trasporto merci basato su piattaforme logistiche e ottimizzazione dei percorsi Gli sviluppi: Nuove funzionalità del veicolo come generatore di dati per il sistema mobilità Nuovi sistemi di supporto per il guidatore nella scelta delle opzioni di viaggio (controllo traffico real time ) Integrazione con i servizi di intermodalità 7

8 Il supporto alla ricerca in campo internazionale Fonte: US DOE, Fiscal Year 2007 Budget in Brief 8

9 Il supporto alla ricerca in campo nazionale Le tecnologie prioritarie individuate nel PNR le tecnologie e materiali per propulsori a combustione interna; le tecnologie per i veicoli e sistemi di propulsione alternativa; le tecnologie per i nuovi propulsori basati sull'impiego delle fuel cell; le tecnologie e i materiali per nuove architetture di veicolo; le tecnologie e materiali per la riduzione dell'inquinamento acustico; le tecnologie per i veicoli intelligenti ad alta sicurezza; le tecnologie telematiche di localizzazione. 9

10 Veicoli e sistemi di propulsione alternativa: le motorizzazioni ibride Emissioni a confronto (ciclo di omologazione) Emissioni a confronto, nell'uso reale, per autobus da 12 m 1,2 1,00 g/km 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,01 0,63 0,08 0,10 0,18 0,05 0,05 0,02 N0x HC CO 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Ossido di carbonio N0x Particolato Euro IV Prius I Prius II Diesel Ibrido Percorrenze a confronto (ciclo ECE) e costi di acquisto Prius 04 24,95 23,3 Avensis 2.0 L diesel Avensis 1.8 L benzina 23,95 17,3 22,05 12, km per litro e migliaia di euro Fonti: ENEA, Toyota 10

11 Le attività dell ENEA nel settore dei veicoli Attività ENE-TEC Attività ENE-BIO Attività PROT-ANT Attività IDROCOMB Attività MAT 11

12 Attività ENE-TEC Caratterizzazione su strada veicoli innovativi Sperimentazione al banco di veicoli e componenti Sviluppo componenti per sistemi di trazione Sviluppo sistemi telematici terra-bordo 12

13 Metodologie e sistemi di misura per la prova a banco ed on board PROVE A BANCO Sezione prova batterie Sezione prova supercondensatori Stazione prova sistemi di trazione Banco a rulli PROVE SU STRADA Misure parametri cinematici ed energetici Misure emissioni Commesse industriali 650 keuro ( ) 13

14 Caratterizzazione su strada veicoli innovativi: analisi energetica Analisi sistemi di bordo Valutazione efficienza Correlazioni funzionali Flussi energetici DCDC 4180 nodo carico Batteria Analisi energetica WTW 14

15 Caratterizzazione su strada veicoli innovativi: analisi emissioni <-- Hybrid Probabilty Density Profile <-- Diesel Unit NOx Emission (gr/km) La strumentazione attualmente utilizzata per la misura delle emissioni è costituita dal sistema HORIBA OBS-1000 Tale sistema è capace di misurare continuamente l emissione di CO, CO2, HC, NOx prodotta da veicoli in movimento, sia nella concentrazione istantanea che nella massa istantanea, potendole rapportare sia alla distanza percorsa che al consumo di combustibile. 15

16 Sperimentazione al banco di veicoli (con PROT-ANT & IDROCOMB) 16

17 Misure di emissioni di PM ed IPA da veicoli a due ruote (PROT-ANT) Misure effettuate su cicli di omologazione ECE 47 (ciclomotori) ed ECE 40 (scooter). Il contributo dei ciclomotori alle emissioni di PM in ambito urbano è praticamente identico a quello attribuito ai veicoli diesel. Ciclomotori EURO II: necessari ulteriori approfondimenti Immatricolati prima del PM Immatricolati prima del [mg/km] [mg/km] EURO 0 EURO I EURO II EURO II 5 Immatricolati tra il e il EURO 0 5 CICLOMOTORI 2 TEMPI PM A freddo PM Intero Ciclo SCOOTER 4 tempi PM A caldo Immatricolati dopo il PM A caldo EURO I 2 Immatricolati dopo il Misure di emissioni di polveri sottili (PM) ed idrocarburi policiclici aromatici 17 (IPA) (Convenzione ENEA-Comune di Roma)

18 Prova al banco power train Fiat 600 H2 (Progetto CRF Controllo FC) cicli ECE 15-UDC (1.013km) - gestore: grandezze elettriche (ZOOM) Vlink Ilink Vbu Ibu Vfc Ifc 150 [V], [A] = Tempo [s] FC 2748 MIPEC Azionamento 13 = Riduzione del consumo di idrogeno dell 11% con una corretto dimensionamento del sistema ed una corretta gestione dei flussi di energia Batterie 18

19 Sperimentazione accumuli elettrici: caratter. e prove vita (con IDROCOMB) Batt. Cicler Total current V I 1 UC current I 2 Confronto tra la sola batteria e l accumulo integrato (batt.+ superconden.): la prova vita ha evidenziato una durata tre volte superiore per il sistema 19 misto

20 Attività di sviluppo Prototipi di componenti e sistemi per veicoli innovativi e sistemi per il monitoraggio del trasporto intermodale Sistema di accumulo integrato a 12 V per autovettura Sistema di controllo per Ibrido Triplo ( fuel cell, batterie, supercapacitori) Sistemi di trazione per microvetture e per materiale rotabile Sistema di diagnostica on Line trasporto in container a refrigerazione passiva TRAIN 700 Keuro Sistema di bordo per il monitoraggio merci pericolose TRAIN 140 keuro 20

21 Accumulo elettrico integrato a 12 V Carichi elettrici di bordo L Convertitore Elettronico Bi-direzionale Macchina Elettrica reversibile 12 V Batteria 12 V DC Modulo UCs 14 V AC - Sistema di Accumulo Misto Integrato - _ Motore a combustione interna Sistema di trasmissione a cinghia elastica Funzionalità: Stop/Start del motore a c.i. Re-generation in rallentamento/frenata del veicolo Risultati: maggiore durata della batteria, riduzione delle perdite per l elevata efficienza degli UCs ad alte correnti di scarica/carica Brevetto ENEA n RM 2005 U del 02/05/2005 Carichi Ausiliari Servosterzo Condizionatore 21 Frizione elettromagnetica

22 Gestione/controllo per l ibrido triplo n.3 supercondensatori 40V/67 F n.20 batterie 12V/13 Ah Emulatore FC da 5 kw Risultato: Azionamento 15/30 kw MIPEC (Multi Input Power Converter) Prestazioni paragonabili a quelle delle batterie a Ni-MeH, a costi inferiori (per sistemi di taglia media e grande) 22

23 Sistemi di trazione per materiale rotabile e microvetture Locomotori da manovra ed automotrici ibridizzati Ibrido parallelo su telaio microvettura con accumulo integrato 23

24 Sistema di bordo per merci pericolose -Miglioramento della sicurezza di trasporto e transito delle merci pericolose Localizzazione del veicolo -Accrescimento delle potenzialità di intervento e soccorso - Potenziamento delle azioni di movimentazione delle merci pericolose Identificazione del veicolo Identificazione del carico Gestione integrata funzioni Comunicazione veicolo CdC Verifica stato del veicolo Verifica del carico stato Informazioni di bordo 24

25 Diagnostica on line filiera agroalimentare Controllo di qualità in linea nella filiera del trasporto di prodotti agroalimentari mediante rilevazione in linea di parametri fisico chimici Fattore di garanzia per la filiera agroalimentare Strumento decisionale per la collocazione in tempo utile del prodotto 25

26 Attività Ene-BIO- biocombustibili liquidi da lignocellulosici Biomasse lignocellulosiche PROCESSI TERMO-CHIMICI Gassificazione CO + H 2 SINDIESEL Steam explosion PROCESSI BIO-CHIMICI Idrolisi Zuccheri bioetanolo 26

27 IDROCOMB:progetti su sistemi di accumulo (1) Attività/progetti Sviluppo di componenti, (supercondensatori e batterie al litio,)nell ambito di diversi progetti europei Studi e sperimentazioni di componenti e sottosistemi a supporto della progettazione di diverse tipologie di veicoli (sia a celle a combustibile che con motori a combustione interna) Competenze - Sviluppo e caratteriz. Materiali, componenti e sistemi di accumulo elettrochimico (batterie al litio, supercondensatori); Attrezzature - Laboratori per preparazione e caratterizzazione dei materiali 27

28 IDROCOMB:progetti su sistemi di accumulo (2) Componenti per veicoli a idrogenocelle combustibilesupercapacitori (progetto ILHYPOS) Componenti per veicoli ibridi a celle a combustibile-batterie al litio (progetti LIBERAL e HYSIS) Finanziamenti UE 660 keuro 28

29 Attivita della UTS MAT nel settore dei materiali per trasporti Le attività MAT si sviluppano lungo tre direttrici fondamentali: Materiali leggeri: (polimeri e loro compositi, leghe leggere, schiume metalliche, tecnologie di material processing ) Materiali per alta temperatura: (materiali ceramici per pale statoriche di turbine aeronautiche) Materiali per lo stoccaggio di idrogeno: (materiali leggeri compositi a base Mg, scaling-up dei processi meccanochimici) (in collaborazione con IDROCOMB &ENE) 29

30 Nanostrutture di carbonio da utilizzarsi come fillers per nanocompositi polimerici. Progetto TEXTRA 30

31 Criticità, opportunità e punti di forza Criticità di sistema Criticità interne Opportunità e punti di forza Potenziali finanziam. Partners Sviluppo sistemi trazione ibrida Impegno di colossi a livello internazionale, forte concorrenza delle tecnologie tradizionali (diesel) Competenze ingegneria elettrotecnica Nicchie relative a trasporto pubblico, trasporto urbano merci e, trazione ferroviaria, Disponibilità presso ENEA di laboratori e competenze specifiche MIUR, UE,, piccola e media industria, gruppo FS CRF, Microvett, Trenitalia, Ansaldo Ricerche, Istituto Motori, unversità Microcar e microvan Possibile competizione con prodotti della grossa industria Competenze ingegneria elettrotecnica Pluralità potenziali produttori, mercato non consolidato, attualità del tema per mobilità urbana. Partnership consolidate con gruppi universitari MATT, medio- comuni MIUR, industria piccola, regioni Costruttori microcar, Lombardini, Tartarini e Landi, CRF, Università Ricerca sviluppo e qualificaz. compon. e sistemi Assenza accordo di programma con MIT e MATT Maggiore integrazione dei gruppi che si occupano di misura emissioni e modelli di stima e nel campo dell accumulo H2 Terzietà, disponibilità di attrezzature e collegamenti internazionali Richiesta di verifiche in condizioni di reale esercizio Industrie, MIUR, enti pubblici centrali e periferici UE CRF, Lombardini, FIAMM, Arcotronics, Semikron,, università 31

32 Criticità, opportunità e punti di forza Criticità di sistema Criticità interne Opportunità e punti di forza Potenziali finanziam. Partners Partecipaz. ad applicaz. dimostrat. Limitatezza delle risorse pubbliche disponibili, tempi generalmente lunghi per attuazione Necessità di risorse sul territorio Esperienza pregressa, competenze di sistema collegamenti internazionali Propensione delle amministrazioni ad investire in flotte a basso impatto MAT, MIT Comuni, regioni UE Comuni, regioni industria Sviluppo di sistemi di bordo dedicati Forti investimenti ricerca industriale Difficoltà a produrre un prototipo industriale Competenze sistemiche integrazione con progetti di razionalizzazione della mobilità passeggeri e merci MIUR, UE, industria di settore, fornitori di servizi Industria, università Biocomb. per il trasporto sostenibile Pochi operatori industriali, costi e produzione agricola Dispersione di competenze Ridotta capacità di costruire e gestire impianti pilota Obbligo del 1% (energetico) di biofuel entro 31 dic 2005 e 2.5% entro 2010 Insufficienza risorse tradizionali delle agricole MIPA, MIUR, UE Associazioni agricole e industriali CNR- università 32

33 note conclusive

34 Problematica interdisciplinare con valenza, energetica, ambientale, economico-sociale ed industriale Necessità di un approccio sistemico anche sotto la sola angolazione energetica, in quanto le razionalizzazioni di sistema hanno spesso un ruolo maggiore dei miglioramenti tecnologici Sforzo di integrare le attività di sviluppo del settore veicoli con tematiche emergenti di gestione della mobilità passeggeri e merci Punto di forza dell ENEA sinergie di competenze di tipo modellistico-analisi sistema con competenze di tipo sperimentale Frammentazione della ricerca a livello nazionale, assenza di un Istituto di Ricerca sui Trasporti presente in molti paesi avanzati

35 i progetti sui trasporti? Schema a tre punte o uno e trino?

36 Progetto 1 - GESTIONE MOBILITA LINEE DI ATTIVITA Attività a breve-medio termine Partnership Pianificazione e governo mobilità urbana - Diffusione sistemi realizzati - Realizzazione servizi per le amministraz. - Nuove metodologie e strumenti di acquisizione ed aggiornamento dati MATT MIT Comuni Province Pianificazione trasporto multimodale merci Gestione on line mobilità e traffico Gestione operatvi del trasporto merci - Estensione modelli su scala europea e mediterranea - Definizione e realizzazione procedure standard di aggiornamento dati - Studio delle dinamiche di controllo e regolazione - Sviluppo modellistica di integrazione dati e previsione stato del traffico (progetto SAPREMO?) - Diffusione e commercializzazione dei sistemi realizzati - Sviluppo sistemi di ottimizzazione del trasporto e della distribuzione - Integrazione con sistemi gestione traffico TRAIN, MIT,MIUR, UE, Regioni, Università, Operatori trasporto MIUR, Università, Comuni e Municipalizzate, Telecom,Pirelli,Mizar etc Comuni e ex municipalizzate, Operatori merci, Grandi utenti (Poste, ospedali, ecc)

37 LINEE DI ATTIVITA Tecnologie di trazione Sistemi di bordo Progetto 2: TECNOLOGIE INNOVATIVE VEICOLI Attività a breve-medio termine - Sviluppo di sistemi di trazione ibrida (strada e ferrovia) - Sviluppo prototipi microcar e microvan a bassissimo consumo - Sviluppo e qualificazione di componenti - Applicazioni dimostrative - Sviluppo sistemi di controllo flussi di potenza - Sviluppo prototipi per applicazioni dedicate (es trasporto merci pericolose, gestione flotte logistica urbana) Partnership CRF, università, Istituto Motori, Ansaldo Ricerche, Trenitalia, Microvett, costruttori microcar, FIAMM, Lombardini Semikron etc. MIUR, Università, Industria

38 Progetto 3: IMPATTI DEI TRASPORTI LINEE DI ATTIVITA Impatti del traffico urbano Impatti del trasporto su scala regionale Attività a breve-medio termine - Commercializzazione sistemi realizzati - Applicazioni prototipali su aree metropolitane - Estensione impatti e valutazione su scala regionale e a valutazione strategica di piani e programmi, sistemi integrati di pianificazione (RES?) Partnership MATT, APAT, comuni, province UE MATT, APAT, Università, Regioni, UE

39 INTERAZIONI TRA AREE PROGETTUALI

40 Gestione mobilità Impatti sistemi di trasporto Tecnologie innovative per i veicoli Gestione mobilità I modelli per la gestione della mobilità forniscono alla valutazione degli impatti l input essenziale dei parametri di traffico sulla rete considerata Lo sviluppo di tecnologie veicolari si integra in progetti innovativi di gestione della mobilità ( microvan per sistemi logistici urbani, microcar per scambio con trasporto collettivo, sistemi di bordo dedicati alla logistica, soluzioni a basso impatto per il trasporto collettivo) Impatti sistemi di trasporto Le metodologie e gli strumenti di valutazione degli impatti vengono utilizzati come discriminanti nei sistemi di pianificazione ed in prospettiva anche in quelli di controllo in linea Le misure a banco e su strada (cicli reali di guida) forniscono coefficienti di emissioni realistici dei veicoli, inoltre le misure in campo sono essenziali per la verifica dei risultati dei modelli

41 Esigenze Maggiore integrazione competenze energia ed ambiente Acquisizione nuove competenze in: ingegneria ed economia dei trasporti ricerca operativa ingegneria elettrotecnica

42 Aree progettuali Linee di attività finanziamenti attuali 1) Pianificazione e 600 keuro MIUR Gestione governo della mobilità mobilità urbana 100 keuro UE passeggeri e merci Pianificazione del trasporto totale 700 keuro multimodale delle merci Gestione on line di mobilità e traffico Gestione operativa del trasporto merci urbano ed extraurbano Progetti in evidenza Partner di ricerca Potenziali finanziatori SAPREMO, sviluppo di un prototipo per la gestione in linea del traffico e della mobilità urbana basato sulla rilevazione degli spostamenti mediante la rete della telefonia mobile; approvato dal MIUR con punteggio 85 Previsione finanziamento keuro TRAIN Università (Roma Sapienza, Salerno) Istituti di ricerca europei Operatori delle telecomunicazioni (Telecom. Pirelli, Mizar) MATT, MIT (definizione di procedure e standard nella redazione dei piani, progetti dimostrativi) Comuni, Province, Regioni (adattamento e calibrazione degli strumenti sulla realtà locale, training del personale) Operatori logistici e trasporto (Omnialogistica) (strumenti per ottimizzazione dei processi, training) Grandi utenti (Poste, ospedali etc.) (strumenti per ottimizzazione dei processi, training) 2) Tecnologie veicolari per mobilità sostenibile Tecnologie di trazione Sistemi di bordo 100 keuro commesse industriali su ibridi (microvett, asm brescia) 100 keuro UE (veicoli TP a basso impatto) 1200 keuro MIUR (sistemi di bordo) Microcar e microvan avviato con risorse autonome CRF Università (Pisa, Tor Vergata, Roma 3, Roma 1) Istituto Motori CNR Ansaldo Ricerche, Trenitalia, MIUR, UE (ricerca) Costruttori veicoli Microvett, FIAMM, Lombardini, Semikron (realizzazione prototipi) MATT, MAP (progetti dimostrativi) MIUR, UE (ricerca) 3) Impatti dei sistemi di trasporto Impatti del traffico urbano Impatti del trasporto su scala regionale totale 1400 keuro 100 keuro APAT 20 keuro comuni 130 keuro totale 250 keuro totali 2350 RES in attesa seconda fase valutazione UE Previsioni finanziamento keuro APAT, Università, Comuni, Province, Regioni MATT (progetti dimostrativi, definizione di procedure e standard) UE (ricerca) Regioni, Province, Comuni (adattamento e calibrazione degli strumenti sulla realtà locale, training del personale) NOTE Area progettuale 1) il grosso dei finanziamenti in atto riguardano lo sviluppo di sistemi per la pianificazione e gestione della mobilità delle merci (progetto Agrologis) e delle emergenze di traffico a seguito di incidenti (progetto SITI), l attivazione di finanziamenti per lo sviluppo di metodologie e strumenti per la pianificazione e gestione della mobilità urbana necessitano di una attività di promozione presso i ministeri competenti e le regioni Area progettuale 2) I finanziamenti più consistenti riguardano attualmente lo sviluppo di sistemi di bordo, in sinergia con attività progettuali di gestione della mobilità, nell ambito dei citati progetti AGROLOGIS e SITI Area progettuale 3) Il contratto con l APAT è in fase di stipula e riguarda una prima applicazione del sistema ISHTAR alle aree metropolitane