Euro 6, filtro antiparticolato e ibridi: ecco il futuro dei diesel GM. Progettati a Torino

A due passi dal Politecnico, nel centro mondiale per i motori a gasolio della General Motors, per capire come cambieranno i diesel nei prossimi anni. Dalle trappole per le polveri sottili e gli ossidi d'azoto, agli ibridi di domani

Tutti i diesel della General Motors – da quelli per i truck americani al piccolo “mille” tre cilindri venduto in India – nascono a Torino. Sono disegnati a due passi dal Politecnico, nel GM Engineering Centre: 567 persone, di cui il 90% ingegneri, età media 35 anni, progettano i motori a gasolio per l’americana General Motors, che per noi europei vuol dire essenzialmente Opel e, ancora per poco, Chevrolet. Il centro è nato nel 2005 dopo il divorzio di GM e Fiat: il gruppo americano ha fatto una scommessa sull’Italia, investendo complessivamente 50 milioni di euro. Per capire quale futuro attende i motori diesel, Ilfattoquotidiano.it ha incontrato, a Torino, Alberto Pisoni, responsabile dell’ingegneria avanzata.

Quale futuro attende i diesel sulle automobili? Prevedete che la loro diffusione aumenterà? Oggi li usiamo prevalentemente in Europa…
Nel breve termine, diciamo entro il 2020, in Europa pensiamo che il rapporto fra benzina e diesel rimarrà stabile, circa metà e metà, con l’elettrificazione che eroderà porzioni da entrambe. A livello mondiale, i diesel dovrebbero conquistare nuovi mercati. Gli Stati Uniti sono un mercato attraente, perché i diesel posso aiutare a raggiungere gli obiettivi di diminuzione dell’emissione di CO2 richiesti dalle normative. Pensiamo che i diesel si diffonderanno anche in Asia Pacifico e Cina, per una questione di efficienza energetica e anche di migliore sfruttamento delle raffinerie: in Cina, la crescita del mercato delle automobili rispetto al mercato dei camion ha fatto sì che ci sia una sovrapproduzione significativa di gasolio rispetto alla benzina, e questa è una potenziale motivazione per il governo cinese a favorire l’introduzione dei diesel anche per le automobili.

Come cambieranno i diesel per rispondere alle normative Euro 6, in vigore da fine 2015?
Come le normative Euro 4 ed Euro 5 hanno drasticamente ridotto le quantità di polveri emissibili, così le Euro 6 introducono limiti severi su un’altra specie chimica, quella degli ossidi di azoto NOx, in particolare l’NO che ha un effetto sulla capacità di respirazione. Il limiti degli ossidi di azoto nella normativa Euro 6 è veramente bassissimo, tanto che cinque anni fa pensavamo che avremmo assolutamente avuto bisogno di ibridizzare i diesel per rispondere ai limiti posti per il 2020; invece abbiamo scoperto che i motori termici hanno ancora una lunga vita di fronte a loro, soprattutto grazie al miglioramento dei sistemi di iniezione e all’efficienza dei sistemi di after treatment. L’evoluzione tecnologica ha fatto sì che in realtà i diesel possa ancora evolvere, abbinati a dispositivi che abbattono l’emissione di ossidi di azoto. Sono nate due tecnologie alternative, che funzionano entrambe in post- trattamento: l’SCR (Selective Catalytic Reduction), che usa l’urea come additivo, e la trappola di ossidi di azoto LNT (Lean NOx trap).

Che differenza c’è fra i due sistemi di trattamento degli ossidi di azoto?
La trappola di ossidi di azoto LNT sostituisce il catalizzatore dentro al filtro antiparticolato: intrappola gli ossidi di azoto, che poi devono essere liberati successivamente dopo aver subìto una trasformazione chimica. Qual è il difetto di questo sistema? Per rigenerare il filtro bisogna iniettare un po’ più di gasolio, e quindi si ha un consumo un po’ superiore, circa l’1-2% in più. Questo tipo di filtro va scelto quando si introducono altri sistemi che ottimizzano la combustione, perché il cliente si aspetta comunque che una macchina Euro 6, più pulita, consumi anche di meno. Quando il compromesso fra consumo e beneficio in emissioni diventa troppo sfavorevole per il consumo, oppure il filtro non è più efficace perché sono troppi gli ossidi di azoto che deve processare, allora si cambia dispositivo. Qui entra in scena la seconda famiglia di dispositivi di after treatment, l’SRC, che è quello che abbiamo introdotta sulla monovolume Zafira: attacca gli ossidi di azoto facendoli reagire con l’ammoniaca contenuta in un liquido chiamato urea. Questo dispositivo ha però bisogno di un serbatoio dedicato per l’urea, un liquido che costa meno di un euro al litro. Ormai è facile trovarla, perché il sistema SRC è diffusissimo sui tir: si trova alla pompa oppure in tanichette. Bisogna riempire il serbatoio dell’urea, che è abbastanza piccolo, sulla decini di litri, ogni 7-8-9.000 km. Attualmente portiamo avanti entrambi i sistemi, perché hanno costi e applicazioni diversi, ma sono entrambi validi.

In questo periodo si è parlato molto dei filtri antiparticolato e della loro utilità a seguito di un servizio di Report. Lei l’ha visto?
Sì, l’ho visto. L’aspetto che ho trovato un po’ fuorviante, e mi dispiace perché Report è una trasmissione che mi piace, è che il filtro antiparticolato che veniva descritto nel servizio non è quello che pressoché tutti i costruttori hanno introdotto con le norme Euro 4, ma un altro filtro, cioè un kit after market utilizzabile su mezzi pesanti. Sono kit molto costosi, distribuiti da pochissimi costruttori, fra cui Pirelli e Iveco, che permettono a chi ha un vecchio camioncino o furgone di continuare a usarlo nelle zone urbane. Rispetto ai filtri antiparticolato delle auto, è completamente diverso: funziona con la tecnica della rigenerazione continua (si chiama CRT, continous rigenerative trap) ed è un dispositivo addizionale che nessuno va a controllare e diagnosticare. I filtri delle automobili, invece, sono governati e monitorati dall’elettronica del motore, funzionano in due fasi distinte (accumulo e rigenerazione) e sono progettati dai singoli costruttori per ogni motore. Nel servizio di Report veniva poi proposta un sistema alternativo, ideato dalla ditta Dukic. Io non ho mai fatto investigazioni dirette su quel dispositivo, ma ho letto diversi articoli: utilizza una tecnologia molto dibattuta che prevede di magnetizzare il gasolio. Non so se si possa fare, e mi dispiace che nessuno descriva esattamente il principio fisico che sta alla base del sistema. Quello che posso dire è che il vantaggio dei sistemi di post-trattamento, rispetto a qualunque tipo di miglioramento della combustione, è che il filtro a valle funziona sempre: qualunque invecchiamento o problema ci possa essere nel motore, il filtro vede tutto e lo compensa.

Ma a cosa è dovuto il particolato? E come funzionano i filtri automobilistici?
Il problema delle polveri sottili, o particolato, è nato con i sistemi di iniezione ad alta pressione, che però hanno anche portato grandi benefici: i motori consumano di meno, quindi producono meno CO2, sono più silenziosi e fluidi. Il filtro particolato è stato creato proprio per risolvere il problema della produzione inevitabile di polveri sottili: è composto di blocchi a nido d’ape in cui il gas non può passare direttamente, ma deve fare un percorso a serpentina e in questo passaggio deposita le polveri sulle pareti. Il filtro filtra tutte le particelle, di qualunque dimensione, dalle PM100 alle PM1. Quando il filtro è pieno, il sensore a valle del filtro sente una differenza di pressione con il sensore a monte e l’elettronica diagnostica che è ora della rigenerazione. Allora iniettiamo del combustibile a valvole di scarico aperte: il gasolio nebulizzato arriva nel filtro e lì, complice l’alta temperatura raggiunta, inizia la combustione. Quindi le particelle di polvere non escono, ma vengono bruciate: il risultato, come per ogni combustione in natura, è principalmente CO2. Le normative, comunque, sono molto esigenti su quello che esce dal tubo di scarico: per omologare un veicolo, si mette un sacco sul tubo e si guarda tutto quello che la combustione – compresa la rigenerazione del filtro – produce. La legge prevede dei limiti per ogni specie chimica. 

Quali limiti ha il filtro antiparticolato?
Se uno usa il motore diesel solo in città, soprattutto su applicazioni molto leggere, a un certo punto il filtro si riempie e non riesce a raggiungere le temperature necessarie alla rigenerazione. Allora si accende una spia che invita a fare un giretto in autostrada, in modo che il filtro possa raggiungere le temperature necessarie a innescare la combustione. Se si ignora la spia, oppure semplicemente non si è stati istruiti su come funziona il filtro, allora la spia inizia a lampeggiare con maggiore insistenza e a quel punto il problema non è più risolubile con un giro in autostrada, ma bisogna andare in officina, dove il meccanico mette l’auto su un banco a rulli, nella condizione ottimale per la rigenerazione. 

In futuro continueremo a usare filtri antiparticolato e start&stop?
Dall’Euro 5 in poi il filtro è diventato necessario per tutti i costruttori e sarà mantenuto anche sui motori Euro 6. Nel 2017, poi, la Commissione Europea sostituirà l’attuale ciclo di omologazione  NEDC (New European Driving Cycle) con il World Light Vehicle Test Procedure (WLTP). Il nuovo ciclo WLTP è stato disegnato anche per evitare che i costruttori si avvantaggiassero troppo dell’uso del dispositivo Stop&Start, che in fase di omologazione azzerava i consumi nei periodi di minimo, permettendo un risparmio di CO2 anche del 4-5%. Con il nuovo ciclo il vantaggio si riduce allo 0,4-0,5%. Ma ormai i clienti si sono abituati allo Stop&Start, hanno imparato che serve ad abbattere i consumi, e dunque lo proporremo sul 100% dei nuovi mototi.

In GM lavorate anche agli ibridi diesel?
Sì, li stiamo studiando. Oggi il problema principale degli ibridi diesel è che il motore è già di per sé più costoso rispetto ad uno a benzina. Quindi, rendendolo ibrido si mette un costo aggiuntivo su un motore già costoso. D’altro canto il diesel ha il vantaggio di consumare meno rispetto ai benzina e quindi di emettere meno gas serra: l’ibrido diesel apre grandi opportunità, grazie al recupero dell’energia e alla maggiore facilità di rigenerazione del filtro. Oggi, scegliere di fare ibridi con motori a benzina oppure diesel è una questione di rapporto fra benefici e costi. Gli attuali motori diesel, senza ibridizzazione, possono ancora essere molto attraenti e competere con gli ibridi benzina. Dopo il 2020, le valutazioni potranno cambiare, perché se le normative successive saranno ancora più severe, il problema del costo dell’ibrido diesel diventerà più relativo.