Il webinar dell'ETF promuove il valore dell'utilizzo di diesel rinnovabile, biodiesel e additivi per decarbonizzare

Un recente webinar dell'Engine Technology Forum (ETF) ha affrontato varie innovazioni nei motori a combustione interna (IC) concentrandosi su tutto, dalle fonti di carburante all'efficienza fino alle emissioni.

"Oggi, il motore a combustione interna è davvero il motore trainante di settori chiave della nostra economia globale", ha affermato Allen Schaeffer, direttore esecutivo di ETF, "dall'agricoltura alle applicazioni industriali, ai trasporti pubblici, alle ferrovie e agli autotrasporti".

Ha aggiunto che i motori a combustione interna sono fondamentali per l'economia statunitense, oltre a essere fondamentali per il futuro energetico del Paese. "E questo per diverse ragioni di cui parleremo oggi: la maggiore efficienza della tecnologia, la sua capacità di ridurre ulteriormente le emissioni e il ruolo che i combustibili sostenibili e rinnovabili svolgono in questo futuro."

La prima parte del webinar si è concentrata sui combustibili rinnovabili. Steve Howell, socio fondatore di Marc-IV (M4) consulting e presidente della task force sul biodiesel dell'American Society of Testing and Materials (ASTM), ha dato il via alla discussione. Ha affrontato l'importanza della riduzione delle emissioni di carbonio a breve e lungo termine attraverso l'utilizzo di combustibili diesel derivati dalla biomassa, in particolare diesel rinnovabile e biodiesel.

Energia solare liquida

Secondo Howell, l'industria del diesel a base di biomassa è stata inizialmente spinta dall'esigenza di utilizzare l'olio di soia in eccesso. A questo si è poi aggiunta l'attenzione all'indipendenza energetica. Oggi, tuttavia, le cose sono diverse.

"La principale forza trainante ora è il carbonio", ha affermato Howell. Ha spiegato che per il diesel a base di biomassa, le materie prime in crescita assorbono anidride carbonica (CO2) dall'aria. Bruciare il carburante restituisce CO2 all'aria.

"Si verifica una riduzione netta del carbonio nell'atmosfera durante il ciclo di vita di circa il 70%", ha affermato Howell. "Presumiamo che tutta l'energia utilizzata per coltivare e produrre il combustibile provenga da una fonte fossile. Quindi, man mano che decarbonizziamo l'energia, la riduzione di CO2 durante il ciclo di vita si avvicinerà allo zero netto".

Ha aggiunto che l'industria tende a considerare il diesel ricavato dalla biomassa come "energia solare liquida" perché "l'energia del sole fa crescere il carburante e noi la immagazziniamo nel carburante anziché in una batteria".

Valore temporale della CO2

Quando si tratta di ridurre le emissioni di CO2, Howell ha spiegato che è il valore temporale del carbonio a rendere lo sforzo così urgente.

"Il carbonio si accumula nell'atmosfera", ha affermato. "Il carbonio che rilasciamo oggi è ancora presente l'anno prossimo. Il carbonio che abbiamo rilasciato è ancora presente dai due anni precedenti. Quindi, c'è una natura cumulativa del carbonio nell'atmosfera. E per ogni cinque anni di ritardo, dobbiamo ridurre le emissioni di carbonio 13 volte di più per ottenere lo stesso impatto climatico".

Secondo Howell, ridurre le emissioni di CO2 oggi avrà maggiori benefici rispetto all'attesa di tecnologie future. È anche il motivo per cui l'uso di carburanti diesel derivati dalla biomassa è cresciuto così drasticamente negli ultimi anni.

"Il settore ha registrato un notevole aumento dei consumi, soprattutto negli ultimi 15 anni", ha affermato Howell, sottolineando la crescita di tutti i carburanti a base di biomassa, inclusi il carburante sostenibile per l'aviazione e il gasolio da riscaldamento rinnovabile. "Nel 2010, producevamo circa 200 milioni di galloni di carburante. L'anno scorso, ne abbiamo prodotti oltre 4,5 miliardi e abbiamo visto il diesel rinnovabile iniziare a diffondersi sul mercato. Oggi, in Nord America, siamo circa al 50% tra diesel rinnovabile e biodiesel".

Secondo Howell, la visione a lungo termine del settore è di superare i 6 miliardi di galloni di carburante derivato dalla biomassa entro il 2030 e di raggiungere i 15 miliardi di galloni entro il 2050.

"Abbiamo una capacità di produzione aggiuntiva di materie prime sufficiente per produrre circa altri 1,8 miliardi di galloni al momento", ha affermato. "In futuro, stiamo valutando di aumentare la resa degli oli vegetali, di ampliare la spremitura domestica [per la lavorazione dei semi oleosi], di ampliare gli oli da cucina usati e altri prodotti che utilizziamo: nuove applicazioni".

Altri benefici della biomassa

Oltre alla decarbonizzazione, il biodiesel e il diesel rinnovabile offrono altri vantaggi ai motori, tra cui la riduzione del particolato (PM).

"L'emissione allo scarico è molto bassa, grazie al sistema di post-trattamento", ha affermato Howell. "Ma all'esterno del motore, osserviamo una riduzione significativa delle emissioni di particolato. Il B20 mostra una riduzione piuttosto significativa delle emissioni allo scarico. Questo potrebbe effettivamente ridurre la frequenza di rigenerazione del DPF [filtro antiparticolato diesel], il che potrebbe avere un impatto positivo a lungo termine sui sistemi futuri."

Ha aggiunto che, poiché il diesel rinnovabile è pressoché simile al biodiesel B20, è probabile che anch'esso consenta di ottenere le stesse riduzioni di particolato.

Un altro vantaggio sottolineato da Howell riguarda la lubrificazione.

"Quando abbiamo eliminato lo zolfo dal gasolio, sia il gasolio rinnovabile che i carburanti convenzionali avevano bisogno di un qualche tipo di additivo lubrificante", ha affermato Howell. "E il biodiesel può essere quell'additivo lubrificante. E una maggiore lubrificazione significherebbe una minore usura dei componenti del motore e delle pompe del carburante. Quindi, le combinazioni di carburanti stanno davvero decollando e stanno riscontrando una penetrazione nel mercato."

Mary Dery, direttore tecnico degli additivi ad alte prestazioni presso l'azienda chimica specializzata Innospec, è intervenuta dopo Howell nella presentazione e ha ribadito questi ulteriori vantaggi.

"Le proprietà lubrificanti sono cambiate", ha affermato. "Le proprietà di ossidazione sono cambiate. E alcuni vantaggi includono una minore contaminazione degli iniettori e minori emissioni di particolato in generale."

Assistenza additiva

Secondo l'esperienza di Dery, gli attuali motori diesel alimentati con carburante tradizionale diesel a bassissimo tenore di zolfo (ULSD) possono decarbonizzare mediante l'uso di additivi per carburante appropriati.

Immagine: BillionPhotos.com tramite Adobe Stock

Ad esempio, Dery ha affermato che sul campo l'ULSD non trattato può causare l'incrostazione degli iniettori, con conseguente scarsa efficienza del carburante e necessità di rigenerare il DPF più frequentemente, a volte anche in modalità di inattività.

"Alla fine, si consumerà più carburante, il che significa che si produrrà più anidride carbonica", ha detto. "Si produrranno molti più idrocarburi e particolato."

Una soluzione a questo problema è l'utilizzo di carburante trattato, che contiene una serie di additivi:

• Miglioratori della lubrificazione
• Miglioratori di scorrimento a freddo (CFI)
• Inibitori di corrosione (CI)
• Detergenti, detti anche additivi per il controllo dei depositi (DCA)

Tali additivi possono pulire gli iniettori del carburante e mantenerli puliti.

"Ciò significa che quei fori rimangono aperti, completamente aperti", ha detto Dery, aggiungendo: "Si ottiene una migliore combustione, un migliore risparmio di carburante. Si noteranno meno depositi nel DPF. Un DPF rimarrà più pulito più a lungo. Si consumerà meno carburante e, in definitiva, si avranno meno emissioni in generale".

A titolo di esempio, Dery ha parlato di un esperimento eseguito su un trattore agricolo con più di 1800 ore di funzionamento e gravi depositi sugli iniettori dovuti all'utilizzo di carburante diesel non trattato.

"Dopo sole 100 ore di funzionamento con un additivo detergente nel carburante, i depositi intorno ai fori si sono erosi", ha affermato. "E con questo, abbiamo ridotto le emissioni di NOx del 30%". Dery ha aggiunto che anche le emissioni di PM2,5 sono diminuite del 34%.

Un altro test ha coinvolto un veicolo stradale, un Mercedes Sprinter del 2019, su cui Innospec ha condotto uno studio sul carico del DPF.

"Abbiamo preso carburante non trattato, lo abbiamo fatto viaggiare in un furgone Sprinter e abbiamo misurato il tempo impiegato per saturare il DPF, rendendo necessaria una rigenerazione a veicolo fermo", ha detto Dery. Il risultato è stato circa tre ore prima della rigenerazione.

"Con l'aggiunta di carburante trattato con additivi per il controllo del detergente, al primo trattamento abbiamo prolungato il tempo di rigenerazione di quasi mezz'ora", ha affermato. Dopo tre trattamenti successivi, l'intervallo di rigenerazione del DPF è aumentato a oltre cinque ore, con un aumento del 77%.

Nell'attività mineraria sotterranea, Dery ha riferito di una sperimentazione su 24 veicoli utilizzati per quattro mesi con ULSD non trattato. Successivamente, hanno utilizzato ULSD trattato per quattro mesi, con un conseguente miglioramento del 4,6% del consumo di carburante e una riduzione del 14% delle emissioni di monossido di carbonio (CO).

Additivi + Diesel a base di biomassa

Dery ha riassunto questi sviluppi affermando che i proprietari di flotte e di attrezzature/veicoli possono ridurre le emissioni dei loro veicoli alimentati a ULSD utilizzando additivi per gasolio.

"Non serve una tecnologia sofisticata", ha detto. "Si può usare il biodiesel in combinazione con un detergente diesel per ottenere una significativa riduzione di CO2 e particolato."

Ha aggiunto che combinare gli additivi con il passaggio al diesel ricavato dalla biomassa può avere un impatto ancora più significativo.

"Se si combina il biodiesel o il diesel rinnovabile con il detersivo diesel, si ottiene una riduzione di CO2 dal 50 al 70% con il biodiesel e un ulteriore risparmio dal 3 al 6% con il detersivo diesel", ha affermato Dery. "E ora parliamo di una riduzione dell'80% delle emissioni di CO2".