Stage IIIB: traguardo tagliato

Motori: obiettivo riduzione emissioni

La strada che porta al tanto temuto Tier 4/stage 4 arriva da lontano, dalle normative sulle emissioni di scarico, adottate nel 1996 dall’Unione europea (UE) e dall’Agenzia statunitense per la protezione ambientale (EPA), introdotte gradualmente in fasi successive con requisiti sempre più restrittivi. L’obiettivo di queste normative è la riduzione dei livelli dei principali inquinanti derivati dalla combustione dei combustibili fossili nei motori diesel: ossidi di azoto (NOx) e particolato (PM). Dall’introduzione dei primi standard per il controllo delle emissioni nel 1996, i livelli di NOx e PM sono stati ridotti di circa il 60%. L’abbattimento più consistente nelle emissioni si ottiene ora con gli standard Stage IIIB (in vigore dal 1 gennaio 2011 per i motori da 130 a 560 kW, dal 2012 per quelli da 56 a 130 kW) e entro il 2014 con lo Stage 4 della UE e con gli standard Tier 4 transitori e definitivi dell’EPA statunitense, che richiedono obbligatoriamente una diminuzione complessiva del 90% nei livelli di PM e NOx.

Tutti si sono adeguati

Tutti i produttori di macchine e motori si sono attivati per raggiungere tale obiettivo, investendo notevoli capitali in ricerca e sviluppo: risultato? Essenzialmente due sono le tecnologie sviluppate e adottate: la prima che combina il ricircolo dei gas di scarico preraffreddati con un filtro antiparticolato, la seconda che abbina un’elevata temperatura di combustione a un sistema che sfrutta l’urea per ridurre le maggiori quantità di ossidi di azoto prodotti. Entrambe le soluzioni dovono già ora rispettare gli standard di riduzione dello stage IIIB che impone un abbattimento del 90% in particolato e del 45% in Nox rispetto allo step precedente (Stage IIIA). Aspettando il 2014, anno in cui lo Stage 4 imporrà un ulteriore taglio del 45%. Una bella sfida.

Cuore freddo e post-trattamento

Il primo sistema è stato scelto dalla maggioranza dei produttori di motori, con alcune eccezioni a livello di modelli e applicazioni. Questa soluzione si basa essenzialmente sull’abbinata tra un sistema CEGR (Cooled Exhaust Gas Recirculation) o EGR (Exhaust Gas Recirculation) che abbatte la produzione di NOx all’interno del motore, riducendo la temperatura di combustione attraverso un sistema di ricircolo parziale dei gas di scarico preraffreddato, abbinato a un filtro antiparticolato diesel che abbatte i livelli di Particolato (PM). Alcuni produttori hanno anche implementato dispositivi di rigenerazione attiva che periodicamente bruciano la cenere presente nel filtro, riducendo eventuali interventi manutentivi. Questo secondo elemento diventa di fatto obbligatorio in quanto al ridursi della temperatura di combustione diminuiscono certo i livelli di NOx, ma aumentano al contrario quelli di PM. Il rendimento termico minore dei motori (diretta conseguenza dell'abbassamento della temperatura di combustione) viene in genere compensato da un sistema idraulico decisamente migliorato nella maggior parte dei casi. Infine generalmente i costi di manutenzione aumentano.

Un serbatoio in più

Soluzione decisamente opposta per la seconda soluzione (Selective Catalitic Reduction); i produttori, infatti, che puntano su un processo di combustione a temperatura decisamente più elevata hanno deciso, ed è immediatamente evidente, di abbattere in fase di combustione la produzione di particolato. Come abbiamo detto prima, bassa produzione di particolato (alte temperature) vuol immediatamente dire molto più NoX che viene trattato attraverso il sistema chiamato SCR; si tratta di un sistema di post-trattamento che trasforma gli NOx prodotti durante il processo di combustione in azoto e acqua, attraverso una reazione chimica con l’additivo DEF, noto con il nome di AdBlue sul mercato europeo (già usato con successo sugli autocarri e sulle macchine per l'agricoltura). In sostanza il processo funziona mediante l’iniezione di piccole quantità di urea (l’ADBlue appunto) subito dopo il collettore di scarico. Il processo di combustione è ottimizzato per la riduzione del PM e non è quindi necessario alcun filtro per il particolato. Maggiori temperature significano anche maggiori efficienze e quindi un consumo di carburante ridotto in maniera sensibile. Si riducono anche i costi di manutenzione. L'unica accortezza: importante ricordarsi che assieme ai serbatoi classici (gasolio, olio idraulico, liquidi di raffreddamento) sulle macchine che sfruttano questo sistema ce ne sarà uno in più, quello dedicato all’urea (se vi scordate il rifornimento, la macchina lavorerà ancora una mezz'oretta senza urea, come prescrive la normativa).