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Dieselgate Volkswagen
Tutto su emissioni, consumi, cicli di prova

 

In un motore a combustione interna ideale, i gas di scarico sarebbero composti solo da anidride carbonica (CO2) e acqua. Come sappiamo, nella realtà le cose sono ben diverse e dal tubo di scappamento escono anche l’ossido di carbonio (CO), gli idrocarburi incombusti (HC), gli ossidi di azoto (NOx), il particolato (PM) e altri inquinanti minori. Dato che queste sostanze hanno effetti negativi sulla salute e sull’ambiente, da molti anni sono stati fissati dei limiti sulle loro emissioni, continuamente abbassati nel corso del tempo: i primi limiti californiani risalgono al 1968, quelli europei al 1971. Per verificare che i nuovi modelli immessi in commercio rispettino le normative antinquinamento si utilizzano laboratori certificati in cui la vettura è posta su rulli (che vengono frenati in modo da riprodurre la resistenza all’avanzamento che si avrebbe su strada) e guidata seguendo un preciso schema di accelerazioni, rallentamenti, soste e tratti a velocità costante che riproducono l’impiego cittadino ed extraurbano.

I gas di scarico emessi vengono analizzati e il contenuto di sostanze inquinanti  misurato ed espresso in g/km (o g/miglio negli USA). Nella stessa prova si rileva anche il contenuto di CO2 e da questo si risale al consumo di combustibile, che è direttamente proporzionale alle emissioni di anidride carbonica. I cicli di prova delle emissioni sono stati messi a punto ai tempi delle prime norme antinquinamento, e rispecchiavano l’utilizzo medio cittadino ed extraurbano di allora: in particolare, il ciclo statunitense (denominato FTP75) registrava la guida dei pendolari di Los Angeles della fine degli anni 60. E quello europeo teneva conto delle modeste prestazioni delle vetture allora sul mercato, come la Fiat 500, che aveva solo 17 cavalli; per questo, le accelerazioni richieste erano (e sono tuttora) molto blande. Ciò ha portato a una evidente discrepanza tra i consumi rilevati nel ciclo di omologazione, e dichiarati dalle Case, e i valori reali, come quelli che vengono misurati nel corso delle nostre prove su strada. Per questo, è in fase di discussione un nuovo ciclo di prova delle emissioni e dei consumi (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures - WLTP), valido in tutto il mondo, che prevede un tipo d’impiego della vettura più aderente alla realtà e pure l’inserimento del condizionatore (che aumenta il consumo di combustibile). Si stima che verrà utilizzato dal 2017.

Come limitare le emissioni? Ma cosa si fa per limitare le emissioni di scarico? Innanzitutto si cerca di limitare quelle grezze (raw, in inglese) ovvero quelle che si trovano all’uscita del motore, ottimizzando la combustione mediante iniettori in grado di polverizzare finemente il combustibile, controllando la composizione della miscela aria/benzina, aumentando la turbolenza all’interno dei cilindri. Il ricircolo dei gas di scarico (Egr – exaust gas recirculation) si impiega per abbattere gli NOx. In pratica, si reimmette nel motore una parte dei gas di scarico per diminuire la temperatura di combustione, limitando così la formazione di ossidi di azoto. Tutto ciò non è però sufficiente per rispettare le attuali norme antinquinamento e pertanto è indispensabile ricorrere a dispositivi di trattamento dei gas di scarico, i catalizzatori e i filtri antiparticolato. I primi, già diffusi da anni negli Stati Uniti, in Europa sono venuti alla ribalta agli inizi degli anni 90, resi di fatto obbligatori dalle norme Euro 1 in vigore dal 1993. Il catalizzatore è un monolite ceramico (ma può essere anche di acciaio) attraversato da minuscoli canalini su cui è depositato un sottile strato di metalli nobili (platino, palladio, rodio) ed è racchiuso in un contenitore metallico inserito nella linea di scarico. Nei motori a benzina a iniezione indiretta (tuttora la maggior parte di quelli in produzione) è sufficiente per abbattere le emissioni di CO, HC e NOx anche al livello Euro 6 attualmente in vigore.

Motori a gasolio. Nei diesel la situazione è diversa: dalle Euro 4 in poi si è reso necessario adottare il filtro antiparticolato per abbattere le polveri fini: a differenza del catalizzatore, si  comporta come un vero e proprio filtro, lasciando passare i gas attraverso la porosità del materiale e trattenendo al suo interno la fuliggine. Per questo, ogni tanto va ripulito con un processo automatico denominato rigenerazione, peraltro difficile da attuare nel caso di uso prettamente cittadino, che non consente di portare il Dpf alla temperatura di circa 600 °C, a cui le polveri vengono bruciate. Inoltre, dato che i diesel funzionano con eccesso di aria rispetto al gasolio iniettato le emissioni di NOx sono molto elevate e vanno trattate con dispositivi specifici. Le norme antinquinamento Euro 6 prescrivono per le diesel emissioni di ossidi di azoto pari a 0,08 g/km (contro lo 0,18 g/km delle Euro 5), rendendo di fatto pressoché obbligatorio uno specifico catalizzatore. Questo dispositivo è stato adottato a partire dal 2007 per le vetture vendute negli Stati Uniti e può essere di due tipi. Nelle applicazioni meno critiche (auto piccole e leggere) è sufficiente il cosiddetto deNOx ad accumulo: è una specie di spugna che trattiene l’inquinante e va ripulito arricchendo l’iniezione di gasolio. La fase di assorbimento dura da 30 a 300 secondi, al termine della quale si attiva la pulizia, che si compie rapidamente: da 2 a 10 secondi, ma l’impatto sul consumo di gasolio non è trascurabile. Per questo motivo, sui modelli più grandi e pesanti si ricorre al catalizzatore Scr (Selective catalist reduction, riduzione selettiva catalitica). Il composto ideale per il suo funzionamento sarebbe l’ammoniaca, che però ha l’inconveniente di essere tossica. Per questo, al suo posto si utilizza l’additivo AdBlue, una soluzione acquosa di urea contenuta in un serbatoio dedicato che viene immessa nei gas di scarico caldi attraverso un apposito dosatore: così si scompone in acqua e urea per poi trasformarsi, a partire da una temperatura di circa 170 gradi, in ammoniaca. Quest’ultima si accumula nel catalizzatore e converte gli ossidi di azoto nel comune e innocuo azoto, non appena i gas di scarico contenenti queste sostanze lo attraversano. L’efficienza di conversione del catalizzatore Scr può raggiungere il 95%.

Additivo AdBlue. L’additivo costa poco, circa 70 centesimi al litro, ma si tratta di una spesa impossibile da aggirare: le norme Euro 6 fissano nei dettagli il funzionamento dell’iniezione di AdBlue. In particolare, almeno 2.400 km prima dell’esaurimento dell’additivo si deve attivare un avviso, con l’indicazione della percorrenza residua possibile. Se non si provvede al rabbocco, quando mancano circa 1.000 km al termine della “scorta” vengono tagliate le prestazioni del motore; successivamente compare un messaggio che riporta il numero di avviamenti consentiti. Se si va oltre senza effettuare la manutenzione, la vettura non parte più. Le emissioni di CO2, che, come abbiamo scritto, sono direttamente proporzionali al consumo di combustibile, non sono nocive per la salute, ma hanno effetto sui cambiamenti climatici (l’effetto serra) e per questo l’Unione europea ne ha fissato dei limiti. Attualmente la soglia media per la gamma è pari a 130 g/km, che corrispondono a un consumo di 5,3 l/100 km per i benzina e 4,9 l/100 km per i diesel. Nel 2020 tale soglia scenderà a 95 g/km; se l’obbiettivo non viene raggiunto il costruttore deve pagare una multa per ogni vettura venduta che supera il limite. In questo caso non esistono sistemi di abbattimento a posteriori delle emissioni di CO2, pertanto per ridurle si deve intervenire su tutto ciò che riduce il consumo di combustibile: per esempio migliorando il rendimento meccanico e l’efficienza del motore riducendo la cilindrata (downsizing), ottimizzando l’aerodinamica, utilizzando pneumatici con bassa resistenza al rotolamento e riducendo il peso del veicolo.

Roberto Boni