5 modi per ridurre le emissioni dei motori diesel

La spinta verso le emissioni zero ha spinto molte aziende produttrici di motori e sistemi di propulsione ad adottare tecnologie non basate su motori a combustione interna. Questo in genere implica una fonte di energia elettrica. Ciononostante, i motori diesel continuano a essere prodotti e, pertanto, la riduzione delle emissioni rimane una priorità assoluta.

Nel numero cartaceo di gennaio-marzo di Power Progress International , il direttore Julian Buckley ha esaminato diverse tecnologie utilizzate per ridurre le emissioni dei motori diesel, analizzandone pro e contro. È possibile leggere l'articolo completo online , ma di seguito ne sono riportati alcuni estratti che illustrano cinque modi per ridurre le emissioni dei motori diesel.

Utilizzo di carburanti alternativi

La raffineria di Neste, produttore di carburante sostenibile, a Rotterdam, nei Paesi Bassi, dove l'azienda produce HVO. Fonte: Neste Oyj.

I motori diesel non necessitano di gasolio derivato dal petrolio. Esistono alternative. Il gasolio rinnovabile, noto anche come olio vegetale idrotrattato (HVO), è particolarmente promettente. Essendo chimicamente identico al gasolio derivato dal petrolio, è un sostituto ideale, il che significa che può alimentare un motore diesel senza modifiche.

Un recente articolo di Power Progress ha spiegato perché l'HVO è stato scelto come "Newsmaker of the Year 2023" dalla rivista. "Non ci sono molecole nell'HVO che non si trovino nel gasolio", ha affermato Markku Honkanen, responsabile dei servizi tecnici per il produttore di carburanti rinnovabili Neste, in quell'articolo, "quindi è chimicamente molto simile, tranne per il fatto che mancano alcune delle sostanze nocive che non bruciano in modo pulito".

Un'altra opzione è il biodiesel. Tuttavia, ci sono molte differenze tra HVO e biodiesel. Ad esempio, il biodiesel è chimicamente diverso dal gasolio derivato dal petrolio, il che gli conferisce proprietà diverse.

"A causa della composizione chimica del biodiesel, assorbe l'acqua e la trasforma in un solvente, il che lo porta a cercare di pulire i serbatoi e le tubazioni del carburante che erano stati utilizzati per molto tempo", ha affermato Matt Leuck, responsabile dei servizi tecnici per Neste, nel suddetto articolo di Power Progress .

Un motore che sfrutta questa caratteristica è il Perkins Serie 2600. Lanciato in occasione di un evento stampa nel Regno Unito nel settembre 2023, il motore da 13 litri supporta sia l'HVO che il biodiesel per ridurre l'impronta di carbonio.

Leggi l'articolo completo, "Raggiungere la riduzione delle emissioni", nel numero del primo trimestre 2024 di Power Progress International , gennaio-marzo 2024

Progettare un software migliore

Anche il software utilizzato per controllare un motore può avere un impatto significativo sulle emissioni. Ad esempio, il software Dynamic Skip Fire (dDSF) di Tula Technology, con sede in California, utilizza algoritmi brevettati per decidere se saltare o accendere singoli cilindri per soddisfare la richiesta di coppia.

Liebherr Components e Tula hanno condotto uno studio congiunto del software su macchinari pesanti, con l'obiettivo di ridurre i gas serra (GHG) e gli ossidi di azoto (NOx) nei motori diesel. Lo studio ha utilizzato un motore Liebherr D966. Nel 2022, Power Progress ha pubblicato i risultati , che hanno dimostrato che, nelle simulazioni del software, le emissioni di CO2 sono state ridotte del 9,5% e le emissioni di NOx sono diminuite del 41%.

Miglioramento dei turbocompressori

I turbocompressori aggiungono gas di scarico pressurizzati alla camera di combustione. Questo consente di iniettare più carburante, aumentando la potenza del motore. Inoltre, riduce le emissioni del motore.

Cummins Turbo Technologies, produttore dei turbocompressori a marchio Holset. (Foto: Cummins)

Cummins sviluppa e produce i propri turbocompressori, commercializzati con il marchio Holset. La geometria variabile presente nei più recenti modelli Holset VGT supporta il ricircolo dei gas di scarico (EGR) a percorso breve, riducendo i livelli di NOx.

Brett Fathauer, direttore esecutivo per la ricerca e l'ingegneria presso Cummins Turbo Technology, ha affermato che l'azienda sta cercando di accelerare la tecnologia che ridurrà le emissioni di CO2.

"Stiamo prendendo in considerazione la tecnologia di trattamento dell'aria, tra cui compressori, turbine, miglioramenti dell'efficienza, insieme ad aggiornamenti delle macchine elettriche e sviluppi applicabili ai gruppi propulsori ibridi e a celle a combustibile", ha affermato.

Buckley ha affermato che i caricabatterie di nuova generazione sono progettati per sfruttare l'energia "pulsata" e le interfacce di rivestimento riprogettate, ciascuna delle quali è progettata per ottimizzare l'interazione tra il flusso d'aria e le turbine e dirigere in modo efficiente il flusso nella camera di combustione per fornire livelli di potenza ottimizzati.

Migliorare l'iniezione del carburante

Il miglioramento della tecnologia di iniezione del carburante è un altro approccio per ridurre le emissioni. Ad esempio, il sistema common rail modulare per veicoli commerciali (CRSN) di Bosch, progettato specificamente per l'uso in applicazioni off-highway, è dotato di iniettori a elettrovalvola CRIN che operano fino a 2.500 bar (36.259 psi). Questo atomizza il carburante in goccioline microscopiche. Il CRIN commuta rapidamente, iniettando "una quantità specifica di carburante nei cilindri in base alla situazione di guida", secondo il sito web di Bosch. Entrambi i sistemi si traducono in una combustione più pulita, con minori emissioni di CO2 e particolato.

Come affrontare gli avvii a freddo

Secondo un white paper del 2023 pubblicato dalla Facoltà di Ingegneria Meccanica dell'Università di Nantong in Cina, la combustione incompleta del carburante è inevitabile quando sia la temperatura dell'aria che quella del motore sono basse. Il rapporto cita dati che indicano che le emissioni di NOx dei motori diesel pesanti in condizioni di avviamento a freddo potrebbero aumentare tra il 40 e il 90%.

Carburanti alternativi come l'HVO e il biodiesel possono contribuire a risolvere questo problema. Secondo il whitepaper, il biodiesel può ridurre significativamente le emissioni di CO2. Sebbene le emissioni di NOx e idrocarburi siano rimaste pressoché invariate, questi inquinanti sono diminuiti più rapidamente con il biodiesel rispetto al diesel derivato dal petrolio.

Il whitepaper afferma che i componenti del sistema di riscaldamento rappresentano la soluzione migliore per affrontare il problema delle emissioni in caso di avviamento a freddo. Questo approccio rientra nell'approccio adottato da Eminox, produttore di sistemi di post-trattamento con sede nel Regno Unito.

In un'intervista con Power Progress International , Anthony Greatwood, responsabile prodotti globali di Eminox, ha affermato che l'azienda sta valutando soluzioni per migliorare i sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR) per affrontare le emissioni in caso di avviamento a freddo. Secondo Greatwood, Eminox sta valutando l'introduzione di una doppia dose di fluido di scarico diesel (DEF) nel flusso di scarico e il riscaldamento elettrico del catalizzatore per migliorare le prestazioni prima che la temperatura del motore aumenti.

Il progetto di un camion per la consegna postale a propano mostra emissioni e risparmi sui costi Avviato nel 2021 e recentemente completato, il progetto ha esplorato la fattibilità del propano come alternativa al gasolio nei camion.