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Motori e mode

Oggi parleremo di una cosa che forse esula un po’ dal seminato. Qualcosa di nuovo però ogni tanto ci sta sempre bene. Niente di completamente diverso da quanto si è parlato sinora, ma qualcosa in più. Ultimamente mi sono avvicinato al ramo della sostenibilità ambientale, applicata ai trasporti e alla città in particolare. È un tema forse banale ma da cui dipende tutto ciò in cui siamo immersi. In particolare, mi sono concentrato sui trasporti elettrici. Che novità? Direte voi. Nessuna, infatti. Solo un approccio un po’ più diretto e matematico, di cui, state tranquilli non vi parlerò. Vi annoio soltanto un pochino con qualcosa i cui effetti sicuramente vi saranno noti. Allora.


Principali fasi del motore a quattro tempi.

Come tutti voi saprete i motori di cui sono dotate gran parte delle nostre automobili sono motori a scoppio. Il cosiddetto ciclo Otto, dal nome del suo inventore, l’ingegnere tedesco Nikolaus August Otto. Ebbene, questo signore ci ha fatto muovere più rapidamente, ci ha fatto costruire cose inimmaginabili fino a poco più di cento anni fa, ci ha fatto diventare tutto quello che siamo oggi, nel bene e nel male. Ora è il momento di aggiungere qualcosa in più al suo motore quattro tempi. Farò una brevissima descrizione, così a memoria, giusto per rinfrescarci un po’ la memoria. Il motore a ciclo Otto è costituito da quattro elementi fondamentali: un cilindro, un pistone, una biella e delle valvole. Chiaramente questi sono solo i cardini attorno ai quali ruota l’intero funzionamento, ma a noi, per oggi, tanto basta. Dunque, come fa il veicolo a muoversi? Molti di voi lo sapranno già, ma io sono pedante e lo voglio ribadire. Tutto comincia dall’energia chimica contenuta nel carburante. Che sia benzina o gasolio non importa, purché bruci! Il motore a quattro tempi si chiama così perché quattro sono le fasi del moto rotatorio: per i motori a benzina la prima è l’aspirazione del simpatico liquido verdino, la seconda è la compressione della miscela aria-benzina. In questo momento il pistone, che si era abbassato per aspirare la “broda”, torna verso l’alto e comprime la miscela. La terza e più importante fase è il cosiddetto scoppio/espansione, il momento vero e proprio della propulsione se vogliamo. In questa fase la miscela all’interno del cilindro scoppia a seguito di una piccola scintilla emessa da una candela elettrica sulla testa del cilindro. Il pistone viene schiacciato bruscamente verso il basso e fa muovere la biella cui è collegato. La fase seguente è quella dello scarico: le valvole di uscita si aprono e fanno uscire i gas esausti. Ci sarebbero tantissime altre cose da dire restando al livello base, ma per ora ci sono sufficienti queste. Allora. Concentriamoci su due affermazioni che ho fatto: la prima si riferisce all’energia chimica contenuta dal carburante. Come tutti sanno l’energia è propria di ogni oggetto che ci circonda e perlopiù questa è sotto forma di potenziale. Qualora si compia un lavoro anche minimo che muti le condizioni di equilibrio energetico di tale fantomatico oggetto l’energia si trasforma. E siccome “non ti regala niente nessuno” questa energia si disperde e diventa qualcos’altro non più spendibile. Questo qualcos’altro ci riporta alla seconda affermazione su cui volevo farvi riflettere: la quarta fase del motore a scoppio è lo scarico dei gas combusti o esausti. Questi hanno perso la loro energia potenziale, avendola trasformata in cinetica per imprimere un movimento al veicolo, ma poiché un prezzo va pur pagato, essi stessi si sono trasformati in un peso, un problema. Il problema dell’inquinamento. Vedete, ogni gas per bruciare deve necessariamente passare per la reazione chimica della combustione. Questa inevitabilmente lascerà un residuo, nocivo per l’ambiente e per l’essere umano. Questo residuo assume vari nomi, il più temibile dei quali è sicuramente il PM, il celebre particulate matter (il particolato o polvere sottile). L’infido non è altro che polvere, i cui granuli possono avere spessore variabile (generalmente si considerano due classi di particolato il PM2.5 ed il PM10, aventi rispettivamente diametro dei grani di 2.5 e 10 micron), che si deposita nei nostri polmoni e crea disturbi respiratori e malattie gravi. Altri composti volatili sono anche molto perigliosi come l’NOx e l’SOx. Questi due simpatici amici, rispettivamente un ossido di azoto ed uno dello zolfo, sono responsabili dell’aggravarsi dei disturbi da asma, dell’emissione di ozono e delle piogge acide. Infine c’è il più terribile di tutti che in realtà è dovuto ad un’inefficienza della combustione. Qualsiasi tipo di combustione, infatti, acciocché avvenga, necessita di un materiale combustibile e di un comburente (in natura, l’ossigeno). Questo è il motivo per cui una qualsiasi combustione produce biossido di carbonio (CO2). Ma alle volte succede qualcosa di molto spiacevole ossia una combustione incompleta. Da questa viene generato il CO, il famigerato, pluripregiudicato Monossido diCarbonio. Inodore, incolore ed eventualmente finanche insapore, uccide. Rapporti anche di breve durata con elevate concentrazioni di questo losco figuro semplicemente uccidono.


Prototipo di auto elettrica utilitaria

È qui, dunque, che entra in gioco la sostenibilità ambientale. Questa branca dell’ingegneria dei trasporti si occupa di procurare al cittadino tutti gli strumenti necessari per ottimizzare i propri spostamenti, pianificarli, ridurre al minimo i perditempo ed impiegare solamente veicoli che non emettano alcuno dei simpatici amici appena citati. Nelle grandi città il problema fondamentale sono le concentrazioni degli inquinanti, quindi il primo passo da compiere è utilizzare veicoli ad emissioni zero.

Quali tipologie di veicoli ad emissioni zero esistono? Rispondere a questa domanda è più difficile del previsto. Anzitutto bisogna definire cosa intendiamo per emissioni zero. In realtà i veicoli più comunemente utilizzati per ridurre le emissioni sono i veicoli ibridi e ultimamente i veicoli ibridi plug-in. Questi sono alimentati da un motore a scoppio, generalmente a benzina, che ricarica gli accumulatori elettrici che forniscono l’energia necessaria al motore elettrico per far muovere il veicolo. Ovviamente gli ibridi non sono veicoli ad emissioni zero, in quanto per ricaricare gli accumulatori sfruttano l’energia chimica del combustibile. Tuttavia essi si muovono nella direzione di attenuare le concentrazioni di inquinanti laddove queste siano più alte. Altro discorso va fatto per i veicoli a batteria. Questi, presi singolarmente, sono davvero ad emissioni zero. Presentano alcuni problemi di autonomia che ultimamente sono in via di risoluzione. Cionondimeno, considerando il processo di produzione dell’energia elettrica, specialmente per quei Paesi in cui il mix produttivo non è così virtuoso, si noterà che, finanche questi non eliminano completamente il problema delle emissioni. ovviamente si parla di emissioni di anidride carbonica in zone piuttosto poco abitate, quindi non così dannose come quelle prodotte dai veicoli in campo urbano. Inoltre questi mezzi si muovono all’interno delle città emettendo un rassicurante e soddisfacente sibilo. E questo, per chi si occupa di queste cose, è fonte di grandi gioie!


Colonnine elettriche di design


ps Tenete presente che sono un ingegnere, che come tale, spesso si eccita con molto poco!


Alla prossima!



PoliLinea – Federico Giubilei

L’ascesa del carbone

Superata la nascita di Gesù di Nazareth, il pensiero dei bambini europei va alla festività religiosa dell’Epifania, ove, come tradizione vuole, essi riceveranno altri regali all’interno di una calza posta sopra i camini. Scure per i bambini nella calza dell’Epifania è il carbone. Un tempo realmente preso dai depositi per il riscaldamento delle abitazioni, con il passare degli anni è divenuto dolce e con esso anche l’educazione dei genitori verso i propri figli.

La presenza del carbone nelle calze dell’Epifania dei bambini meno buoni era dovuta al fatto che questo combustibile fossile fosse associato a sporcizia ed inquinamento. Nulla di eccepibile. Infatti, negli ultimi decenni, alla luce dei Trattati di Kyoto e del crescente utilizzo del petrolio, l’utilizzo del carbone è sembrato essere un amaro ricordo. Ma, come quello dei bambini, anche il carbone combustibile sta per diventare dolce per i mercati energetici globali. Se lo scorso anno l’Agenzia Internazionale per l’Energia (AIE) aveva annunciato al mondo l’inizio di una “Rivoluzione Blue”, che avrebbe visto il consumo di metano aumentare del 50% entro il 2035, quest’anno ha dovuto correggere il tiro. Difatti, sorprendentemente agli occhi dei ricercatori e meno a quelli degli analisti finanziari, la vera star del mercato nel prossimo lustro sarà il carbone.

Carbone, combustibile fossile conosciuto fin dall’antichità e divenuto simbolo energetico della I Rivoluzione Industriale nella Gran Bretagna del diciottesimo secolo, all’alba della Rivoluzione Industriale Asiatica appare tornare nuovamente in voga. Secondo l’AIE, nel Rapporto Medium Term Coal Market, il carbone entro la fine di questo decennio potrebbe superare il combustibile che da oltre un secolo è leader del mercato: il petrolio. Analizzando il Medium Term Coal Market Report si può constatare come la produzione di carbone nel 2017 eguaglierà con 4,3 miliardi di tonnellate quella del petrolio. I ritmi della crescita della domanda, che nel prossimo quinquennio raggiungeranno il 2,6%, sono impressionanti. Lo stupore per questa crescita è dovuto al fatto che secondo alcuni report finanziari e scientifici entro il 2017 si consumeranno 1,4 miliardi di tonnellate in più di carbone rispetto a oggi. Ovvero il carbone che attualmente consumano gli Stati Uniti d’America e la Federazione Russa.

Ora c’è da chiedersi da dove provenga quest’ascesa nel consumo del carbone in questo decennio. Bisogna considerare due fattori principali. La prima ragione di questa crescita risiede nell’avanzamento dello shale gas (gas metano ottenuto dalla decomposizione di materiale organico contenuto nell’argilla) negli Stati Uniti d’America. Ciò ha provocato un abbassamento dei prezzi del carbone nei mercati rendendolo appetibile come fonte energetica anche al mercato europeo. Gli Stati Uniti, in controtendenza con il resto del mondo, stanno apportando una modifica al proprio fabbisogno energetico favorendo le trivellazioni petrolifere e le estrazioni di gas. D’altronde la ricchezza di idrocarburi non convenzionali glielo permette. Secondo un rapporto degli analisti di Citigroup, convalidato dalla stessa AIE, gli Usa raddoppieranno da oggi al 2020 l’attuale produzione di petrolio e gas con il conseguente sorpasso sull’Arabia Saudita nello sfruttamento di suddette risorse energetiche.

Secondo elemento e fattore di ascesa del carbone come prima fonte energetica mondiale è la grande domanda proveniente dall’Asia. La Cina, importatrice netta di carbone dal 2009, in un solo biennio, ha scansato l’altro big asiatico dell’economia, il Giappone, da maggior acquirente e sfruttatore di questo combustibile. Nel Rapporto dell’AIE sopracitato si evidenzia come l’utilizzo a questi livelli del carbone potrebbe far innalzare entro il 2050 la temperatura di ben 6 °C in tutto il globo. Ciò dovrebbe portare a riflettere poiché nel 2017 ancora non saranno state sviluppate tecniche per la cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica.

La direttrice dell’AIE, Marie Van Der Hoeven, a margine della presentazione del Medium Term Coal Report, ha affermato che «In assenza di progressi nella cattura e sequestro del carbone e se non vi saranno Paesi in grado di replicare l’esperienza statunitense, il carbone rischia di provocare un grave contraccolpo alle politiche per il clima». Peccato che non tutti i paesi e continenti siano ricchi come gli Stati Uniti d’America di fonti per l’estrazione di shale gas e che al momento non si può, dopo tre secoli d’incessante industrializzazione del mondo occidentale, limitare con la morale di chi ha già tutto il progresso e la crescita dei paesi emergenti, o meglio, emersi.

Continua la Van Der Hoeven: «Il ricorso crescente alle energie rinnovabili, lo smantellamento delle centrali a carbone più vecchie e un riequilibrio con i prezzi del gas faranno diminuire il consumo di carbone quasi ovunque in Europa». Questo avverrà nella ricca Europa. La domanda resta su cosa avverrà nel resto del pianeta, dove, se le cose non cambieranno, l’unico conto da pagare, come per i bambini cattivi, sarà per le generazioni future che si ritroveranno un pianeta distrutto per via delle emissioni di CO2. Insomma, per molti decenni aspettatevi nella calza il carbone amaro.

Antonio Maria Napoli – AltriPoli