di Costantino Radis
Dopo la storia dei motori Diesel, in questa puntata andiamo ad analizzare quali sono gli inquinanti di cui la legislazione prevede l’abbattimento. E proviamo a smentire alcuni luoghi comuni.
Nel numero precedente abbiamo esaminato le caratteristiche e la storia dei motori Diesel e le prossime scadenze legislative in materia di emissioni. Per avere un quadro completo delle tecnologie adottate dalle varie aziende produttrici di motori e macchine movimento terra, in questa puntata cercheremo invece di capire quali sono i principali elementi inquinanti dei motori.
Il sensazionalismo e l’attenzione dei media, specie non di settore, sono sempre alle porte. Soprattutto in inverno, soprattutto nelle città del nord Italia.
Sul banco degli imputati vengono messi, ingiustamente e non considerando importanti con cause, i motori termici, non distinguendo se si tratta di propulsori di macchine in la’ con gli anni o di moderni e puliti motori all’avanguardia.
Al di là delle convinzioni radicate e non sempre scientificamente motivate, occorre quindi fare chiarezza su quanto le nuove tecnologie sono in grado di abbattere gli agenti chimici prodotti dalla combustione dei motori termici. Infatti le ultime tecnologie motoristiche per il controllo delle emissioni sono in grado di abbattere fino al 95% delle sostanze nocive dei gas di scarico.
Si tratta quindi di un enorme passo avanti rispetto ai vecchi macchinari di qualche anno fa e, soprattutto, un potenziale grande contributo non solo per la salute di chi opera quotidianamente nei cantieri, ma anche della popolazione più in generale.
Pertanto uno svecchiamento del parco circolante dei vecchi macchinari, sostituiti da quelli più moderni e rispettosi dell’ambiente oggi presenti sul mercato, contribuirebbe a far migliorare di molto il quadro generale.
Non ci soffermeremo in questo numero sulle potenziali misure di incentivazione e di premialità (per es. contributi INAIL per la sostituzione di mezzi d’opera) che potrebbero contribuire ad accelerare questa sostituzione del parco mezzi in Italia.
Passeremo invece ad analizzare gli agenti inquinanti, uno per uno, proprio per rimarcare quanto efficacemente le nuove tecnologie ne annullino quasi del tutto la potenziale pericolosità per la salute.
Gli inquinanti del diesel
I due fattori inquinanti dei motori a gasolio su cui la normativa in vigore va ad agire in modo quasi risolutivo sono gli ossidi di azoto (NOx) e il particolato (PM).
Si tratta di due elementi che sono prodotti dalla combustione dei motori che però vengono eliminati prima di arrivare al tubo di scarico grazie alle nuove tecnologie.
Il particolato viene prodotto per incompleta combustione degli idrocarburi, mentre gli ossidi di azoto sono il risultato delle alte temperature di combustione.
Se abbasso le temperature di combustione alzo il particolato e abbasso gli ossidi…se alzo le temperature di combustione riesco in certi casi a neutralizzare il particolato ma produco molti ossidi. Un vero dilemma di cui parleremo a lungo.
Vediamoli ora nel dettaglio.
Gli NOx
Indicati in modo generico con la sigla “NOx”(Nitrogen Oxyde, ossidi di azoto, dove la x sta per il numero di atomi di Ossigeno, variabile nel composto), gli ossidi di azoto sono presenti in modo naturale nell’aria.
Essi si formano a seguito della combustione a elevate temperature che causa una dissociazione delle molecole di azoto dell’aria presente nella camera di combustione del motore.
Infatti, usciti dalla camera di combustione e immessi in atmosfera gli atomi di azoto sono ossidati dall’ossigeno presente nell’aria e ciò dà origine a monossido di azoto e al biossido di azoto e ad altri tipi di ossido.
Il monossido di azoto è un inquinante primario che si genera in parte nei processi di combustione per reazione diretta tra azoto e ossigeno dell’aria che, a temperature maggiori di 1200 °C, producono principalmente NO ed in misura ridotta NO2; in parte da emissioni naturali come eruzioni vulcaniche, incendi, fulmini ed emissioni dal suolo dovute a processi biologici.
Gli ossidi di azoto sono considerati sostanze inquinanti dell’atmosfera e si ritiene che aggravino le condizioni dei malati di asma. Alcuni di essi in presenza di radiazione solare possono reagire con l’ossigeno formando ozono e altri composti del cosiddetto smog fotochimico se in presenza anche di idrocarburi incombusti (HC). Il triossido ed il pentossido di diazoto sono solubili in acqua e con l’umidità atmosferica possono formare acido nitroso e acido nitrico, entrambi presenti nelle cosiddette “piogge acide”.
Gli ossidi di azoto contribuiscono inoltre per un 30 per cento circa alla formazione di quelle piogge acide che a loro volta impattano negativamente sulla vegetazione. L’abbattimento degli ossidi di azoto è uno degli obiettivi primari delle norme Eu stage 3B e stage 4.
Un tipo molto «particolato»
Particolato è un termine che identifica comunemente l’insieme delle sostanze sospese in aria (fibre, particelle carboniose, metalli, silice, inquinanti liquidi o solidi) e prodotte da attività naturali o antropiche.
Conosciuto con la sigla PM (Particulate Matter), esso rappresenta il fattore inquinante più complesso e difficile sia da classificare che da capire.
Le polveri presenti in atmosfera sono di vario tipo e – esattamente come con gli ossidi di azoto – hanno origine sia naturale che antropica.
La stima attuale considera il 94% del particolato prodotto da cause naturali e il rimanente 6% da attività umane. Il fattore determinante per la salute – come per gli ossidi di azoto – è quindi la elevata concentrazione nelle zone urbane a causa dell’azione inquinante dell’uomo.
Il particolato viene classificato tramite sette fattori naturali scatenanti (polvere, terra e sale marino – incendi – microrganismi – pollini e spore – erosione di rocce – eruzioni vulcaniche – polvere cosmica) e sette fattori artificiali (emissioni dei motori – emissioni del riscaldamento domestico – residui di usure del manto stradale – emissioni di industriali – lavorazioni agricole – inceneritori e centrali termoelettriche – fumi vari).
I fattori artificiali – come ovvio – sono all’origine dell’inquinamento atmosferico causato dall’uomo.
Sul particolato sono stati scritti interi libri e trattati scientifici per cui non è qui il caso di andare oltre.
Occorre invece ribadire che anche qui la normativa Eu Stage 3B (Tier IV i) e successiva impongono una drastica riduzione del PM per le macchine di nuova produzione.
Una miscela esplosiva? Solo se non gestita bene
Sia gli ossidi di azoto che il particolato, quindi, formano una vera e propria miscela potenzialmente esplosiva perché gli effetti negativi dei primi enfatizzano ulteriormente quelli del secondo, qualora essi non subiscano un adeguato trattamento tramite le più avanzate tecnologie.
Ovvio che la diminuzione dei fattori inquinanti dei motori a gasolio non sia la panacea a tutti i mali del cantiere ma una loro sostanziale neutralizzazione è fondamentale per la salute di tutti e in particolar modo per gli addetti ai lavori che sono continuamente esposti ad alte concentrazioni.
Macchine a basso impatto ambientale, insieme a un uso corretto dei Dispositivi di Protezione Individuale (DPI) come maschere e sistemi di protezione di vario genere, completano un quadro generale che deve tendere verso la salvaguardia della salute di tutti.
Fra le strade oggi percorribili, quella della Riduzione Catalitica Selettiva (SCR) è senza dubbio una delle più, efficaci ed energeticamente efficienti. Ottimizzando il processo di combustione ad altissima temperatura nei motori a gasolio – e quindi intervenendo, diversamente dalla tecnologia EGR, senza valvola di ricircolo per l’abbassamento della temperatura di funzionamento – si portano a compimento due azioni fondamentali: la completa combustione degli idrocarburi e un abbassamento sensibile dei consumi. Soprattutto quest’ultimo aspetto, diminuendo il costo nel ciclo vita della macchina, è importante per la valutazione da parte del Cliente nella fase d’acquisto. Invece, nei motori che utilizzano tecnologia EGR l’abbattimento degli inquinanti avviene per successivo trattamento termico con un ulteriore aumento dei già non ottimali consumi di questi motori. La formazione di ossidi di azoto (NOx) – il fattore inquinante che meglio si presta a un trattamento chimico di neutralizzazione – viene contrastata con la tecnologia SCR prima dell’emissione in atmosfera con un composto di urea e acqua (AdBlue) erogato in un apposito catalizzatore che scinde gli ossidi di azoto e li trasforma in azoto semplice (un composto dell’atmosfera) e vapore acqueo. L’ulteriore vantaggio rispetto alla tecnologia EGR il successivo minore impatto ambientale determinato dall’assenza di quei dispositivi, come per esempio il filtro antiparticolato, che vanno sostituiti o puliti a intervalli regolari e il cui smaltimento – sia dei dispositivi che dei residui – comporta il conferimento in discariche.
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