Progetto MOMAS - Inquinamento prodotto da ciclomotori presso una scuola - Arpa ER Ravenna

Sezione Provinciale di Ravenna v i a A l b e ro n i 1 7 / 1 9 – 4 8 1 2 1 R a v e n n a

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Progetto MOMAS Misure dell’inquinamento dell’aria e delle emissioni prodotte da alcuni ciclomotori e moto utilizzati dagli studenti presso il liceo Scientifico “Oriani” di Ravenna

Ravenna, 22 maggio 2013

Ing. Loris Geminiani

_______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

Premessa Il progetto di MObility MAnager Studentesco nasce dalla collaborazione di Euromobility, Legambiente, Fiab, l’associazione Salvaiciclisti, con 11 Istituti superiori di 11 città italiane, fra cui il Liceo Scientifico di Ravenna.

Il coordinatore del progetto per Ravenna è il Responsabile locale di Legambiente, Claudio Mattarozzi che ha proposto la collaborazione all’Arpa di Ravenna.

Per quanto riguarda la realizzazione del progetto l’ARPA di Ravenna ha concordato la misura dell’inquinamento atmosferico nella strada ove è ubicato il Liceo Scientifico di Ravenna, focalizzando l’attenzione nel periodo in cui gli studenti escono dal Liceo. E’ stato inoltre previsto un incontro con gli studenti del Liceo Scientifico, in cui si illustreranno i risultati delle verifiche strumentali effettuate da ARPA con una breve esposizione sul funzionamento dei ciclomotori.

Grazie alla collaborazione del centro revisione CO.R.MEC è stato inoltre possibile misurare le emissioni di alcuni ciclomotori e motocicli usati dagli studenti del Liceo.

Il progetto ha anche previsto un incontro con gli studenti del Liceo, che si è tenuto la mattina del 21/05/2013 ed ha visto la partecipazione dei soggetti coinvolti nello stesso (studenti e professori del Liceo – responsabile Legambiente – tecnici ARPA) con degli interventi, che hanno descritto il loro coinvolgimento.

Localizzazione area di intervento Liceo Scientifico “Oriani” ubicato a Ravenna, via Cesare Battisti, 2 (angolo via Oberdan). L’area di interesse è la strada in cui è presente il parcheggio dei ciclomotori, che si trova di fronte al Liceo Scientifico.

Periodo di intervento – condizioni meteo Venerdì 01 marzo 2013 – dalle ore 7,45 alle ore 13,45 Condizioni meteo buone con sole e temperatura nella (temperatura nel periodo di intervento da ≈ 4 °C a 10 °C).

media

stagionale

Personale di ARPA Ing. Loris Geminiani P.I. Valter Gnani

Personale esterno che ha collaborato alla realizzazione del progetto Claudio Mattarozzi - responsabile locale di Legambiente.

Prof. Nicola Merloni (Liceo scientifico Oriani).

Fabrizio Sbaraglia ed Enrico Magni (CO.R.MEC s.c.a.r.l.): il primo per il coordinamento dell’intervento da parte del Centro Revisioni, il secondo per le misure in campo sui ciclomotori utilizzati dagli studenti. _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

1

Apparecchiature utilizzate e gas misurati - Analizzatore fornito da ARPA Misura della concentrazione nell’aria di CO (monossido di carbonio) Unità di misura: ppm (parti per milione).

Marca: Thermo Enviromental Istruments; modello: 48.

- Analizzatore fornito da ARPA Misura concentrazione in aria di NO (monossido di azoto) - NO2 (biossido di azoto) Unità di misura: ppb (parti per miliardo).

Marca: Teledyne istruments; modello: 200E. - Analizzatore fornito dal CO.R.MEC Misura delle emissioni dei ciclomotori – motocicli (per effettuare la misura la sonda viene inserita dentro la marmitta del ciclomotore).

Marca: TECNOTEST; modello: Stargas 898.

Questo tipo di analizzatore è utilizzato normalmente nella prova gas prevista nell’ambito della revisione dei ciclomotori / motocicli / autoveicoli.

I gas misurati e le unità di misura sono quelli di seguito riportati.

CO CO2 O2 HC

Gas misurati (monossido di carbonio) (biossido di carbonio – anidride carbonica) (ossigeno) (idrocarburi)

Unità di misura % volumetrica % volumetrica % volumetrica ppm (parti per milione)

Descrizione dell’intervento Alle ore 7,30 sono iniziate Le operazioni per l’attivazione del monitoraggio dell’aria di fronte al Liceo Scientifico (Ravenna, via Cesare Battisti, 2). In Allegato 1 sono riportate le foto che descrivono l’intervento. Dopo aver effettuato il collegamento alla rete elettrica dei due analizzatori di CO e di NO – NO2, sono occorsi circa 30 minuti affinché le apparecchiature diventassero operative (fase di riscaldamento ed auto taratura).

Alle 9,00 si sono registrati i primi dati istantanei dei parametri CO - NO – NO2 presenti nell’aria.

Alle 10,30 è stato programmata l’acquisizione automatica da parte di un “data logger” per i dati prodotti dall’analizzatore di CO. I risultati di tale monitoraggio sono visibili nel capitolo successivo.

Alle ore 11,00, grazie alla collaborazione di un tecnico del centro revisione CO.R.MEC, che ha messo a disposizione un analizzatore normalmente utilizzato per effettuare le prove gas durante le revisioni dei ciclomotori e dei motocicli, è iniziata la fase di controllo delle emissioni prodotte da dieci ciclomotori ed un motociclo, che utilizzano gli studenti del Liceo. Tale fase di controllo delle emissioni sì è protratta per circa 50 minuti (dalle ore 11,10 alle ore 12,00). Si ricorda che la normativa nazionale che regola le prove gas nella procedura di revisione, prevede degli accorgimenti che non sono stati utilizzati durante la verifica effettuata.

Alle ore 13,30, dopo l’uscita della maggior parte degli studenti dal Liceo, è terminata la misura di NO – NO2 – CO.

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2

Concentrazione di CO – NO – NO2 nell’aria - analisi dei dati Di seguito sono riportati i dati del monitoraggio prodotto dai due analizzatori di CO e di NO – NO2 (vedi tabella 1).

Misure puntuali di CO - NO - NO2 - effettuate il 01 marzo 2013 via Cesare Battisti - Ravenna - presso il Liceo Scientifico Oriani ORE

CO (ppm)

CO (mg/m3)

NO (ppb)

NO (μg/m3)

NO2 (ppb)

NO2 (μg/m3)

9.00

1,1

1,3

28

34,4

30

56,4

9.30

0,8

0,9

22

27,1

18

33,8

10.00

0,5

0,6

13

16,0

17

32,0

10.30

0,6

0,7

10

12,3

12

22,6

11.00

0,69

0,79

8

9,8

14

26,3

11.30

1,97

2,27

10

12,3

12

22,6

12.00

1,71

1,97

12

14,8

13

24,4

12.30

0,57

0,66

4

4,9

13

24,4

13.00

0,66

0,76

7

8,6

12

22,6

13.30

1,77

2,04

9

11,1

13

24,4

Tabella 1 – Misure di CO – NO – NO2

Nella tabella 1 le misure puntuali di NO - NO2 sono i “valori istantanei” registrati manualmente ogni 30 minuti, mentre per il CO, i valori sono registrati come “valori istantanei” solo fino alle ore 10,30, poi dalle ore 11,00, sono riportati dei valori mediati su 30 minuti (valori in grigio).

Visto che gli analizzatori presentano una lettura dei parametri chimici in ppm (CO) e ppb (NO – NO2), per effettuare il confronto con i limiti di legge (vedi D.Lgs. 155/2010) è necessario convertirli rispettivamente in mg/m3 ed in μg/m3 grazie a dei fattori di conversione, che sono individuati per delle condizioni standard dell’aria, ad una temperatura di 25 °C. Tali fattori, riportati nel D.Lgs. CO NO NO2

155/2010, sono:  1 ppm = 1,15 mg/m3  1 ppb = 1,23 μg/m3  1 ppb = 1,88 μg/m3

Tenuto conto di tali fattori di conversione, in tabella 1 sono riportate le colonne con trasformazioni in mg/m3 per CO ed in μg/m3 per NO ed NO2.

In figura 1 è riportato l’andamento di CO – NO – NO2 in ppm – ppb – ppb. Le linee tratteggiate sono valori istantanei; la linea continua sono valori mediati su 30 min..

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In figura 2 è riportato l’andamento dei valori di CO (ppm) acquisiti automaticamente dal data logger ( i valori sono mediati su 20 secondi ed acquisiti ogni minuto dal data logger).

NO (ppb) NO2 (ppb) CO (ppm) CO mediato su 30 min. (ppm)

Misure puntuali NO - NO2 - CO (fino alle ore 10,30) Misure mediate su 30 minuti - CO (dalle ore 11,00) Ravenna - via Cesare Battisti, 2

2,2

35

2,0 30

1,8 1,6 1,4

20

1,2

15

1,0

CO (ppm)

NO - NO2 (ppb)

25

0,8 10

0,6 0,4

5

0,2 0

0,0

8.30

9.00

9.30

10.00

10.30

11.00

11.30

12.00

12.30

13.00

13.30

13.59

Ore

Figura 1 – Andamento misure di CO (ppm) – NO – NO2 (ppb)

CO (ppm)

Misura di CO mediata su 20 sec. ed acquisita automaticamente con Datalogger ogni minuto

CO limite (media trasc. 8 ore)

20,0 19,0 18,0 17,0 16,0

ppm

15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 10.30

11.00

11.30

12.00

12.30

13.00

13.31

Ora

Figura 2 – Andamento misure di CO (ppm) – valori acquisiti ogni minuto _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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L’andamento fortemente irregolare del CO dopo le ore 11,10, è dovuto alle prove effettuate sui ciclomotori ma anche alle mutevoli condizioni del vento.

Mentre fino circa alle ore 11,00 vi erano condizioni di ferma di vento, dopo tale orario si è alzata una leggera brezza, forse dovuta al riscaldamento dell’aria, con direzioni variabili nel tempo.

Inoltre, tenuto conto della normativa in vigore che regola l’inquinamento atmosferico, si deve precisare che i valori misurati e riportati nei grafici delle figure 1 e 2, forniscono un andamento quantitativo, anche se non sono direttamente confrontabili con i limiti di legge, in quanto si tratta di valori istantanei o valori mediati su 30 minuti.

Nel caso del CO, la normativa prevede che sia effettuato il confronto con i limiti di legge della media trascinata su 8 ore dei valori medi orari, mentre per l’NO2, il limite di legge si confronta con i valori delle medie orarie.

Si sono infine confrontati i valori puntuali misurati presso il Liceo (figura 3), che danno una indicazione dell’andamento quantitativo dell’inquinamento dell’aria, con i valori medi orari forniti da due centraline (Caorle e Zalamella) della rete di monitoraggio di qualità dell’aria (figura 4).

Dall’analisi degli andamenti della concentrazione dei gas nell’aria si osserva che per l’ossido di azoto (NO) e per il biossido di azoto (NO2) vi sono andamenti nel tempo simili e valori fra loro abbastanza vicini.

Diverse considerazioni si devono fare per il monossido di carbonio (CO), in quanto, mentre nella centralina di Zalamella il picco di concentrazione è alle 9,00, per poi diminuire fino alle 14,00, nel caso di via Cesare Battisti (Liceo), il CO ha un andamento abbastanza simile a quello di Zalamella fino alle ore 11,00, dopo però, in seguito alle misure delle emissioni dei ciclomotori (dalle ore 11,10 alle ore 12,00) ed in corrispondenza dell’uscita degli studenti (dalle ore 13,00 alle ore 13,20), si osserva un forte incremento di CO con dei valori di concentrazione decisamente superiori rispetto a quelli di Zalamella.

Nel caso dei valori di CO rilevati presso il Liceo è comunque possibile valutare due valori medi orari, uno per le ore 12,00, l’altro per le ore 13,00. Tali valori sono di seguito confrontati con quelli della centralina di Zalamella (vedi tabella 2).

ORA

CO ZALAMELLA (mg/m3)

CO Liceo (mg/m3)

12,00 13,00

0,7 0,7

2,1 0,7

Dalla tabella 2 emerge che i valori medi orari di CO differiscono in modo significativo nell’ora in cui si sono effettuate le prove di emissione dei ciclomotori.

Tabella 2 – valori medi orari

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NO (μg/m3) NO2 (μg/m3) CO (mg/m3) CO mediato su 30 min. (ppm)

Misure puntuali NO - NO2 - CO (fino alle ore 10,30) Misure mediate su 30 minuti - CO (dalle ore 11,00) Ravenna - via Cesare Battisti, 2 60,0

2,4 2,2

50,0

2,0

CO (mg/m3)

NO - NO2 (μg/m3)

1,8 40,0

1,6 1,4

30,0

1,2 1,0

20,0

0,8 0,6

10,0

0,4 0,2

0,0

0,0

8.30

9.00

9.30

10.00

10.30

11.00

11.30

12.00

12.30

13.00

13.30

13.59

Ore (Data 01/03/2013)

Figura 3 – Andamento misure di CO (mg/m3) – NO – NO2 (μg/m3)

NO (Monossido di azoto) - CAORLE NO (Monossido di azoto) - ZALAMELLA NO2 (Biossido di azoto) - CAORLE NO2 (Biossido di azoto) - ZALAMELLA CO (Monossido di carbonio) - ZALAMELLA

Cabine monitoraggio qualità dell'aria a Ravenna - Misure mediate su un'ora NO - NO2 nelle cabine di via Caorle e via Zalamella CO nella cabina di via Zalamella

2,0

80

1,9 1,8

70

1,7 1,5 1,4 1,3

50

1,2 1,1 1,0

40

0,9 0,8

30

0,7

CO (milligrammi/m3)

NO - NO2 (microgrammi/m3)

1,6

60

0,6 0,5

20

0,4 0,3

10

0,2 0,1 0,0

0 8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

Ora

Figura 4 – Andamento misure di CO (mg/m3) – NO – NO2 (μg/m3) presso due centraline della qualità dell’aria di Ravenna (Caorle – Zalamella) – Data: 01/03/2013 _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Misura delle emissioni prodotte dai ciclomotori / moto (CO ossido di carbonio – CO2 anidride carbonica – O2 ossigeno – HC idrocarburi) analisi dei dati La misura delle emissioni di un campione dei ciclomotori utilizzati dagli studenti è stata effettuata senza il preventivo riscaldamento del motore (motore a “freddo”).

Tale scelta, che non corrisponde alle condizioni previste per l’effettuazione della prova gas durante la revisione, è però quella che corrisponde alla reale emissione degli inquinanti nei primi minuti di funzionamento del motore.

Nella tabella 3 sono riportati i risultati delle misure delle emissioni, espresse in percentuale (%) volumetrica per CO – CO2 – O2 ed in parti per milione (ppm) per HC, rispettando la successione temporale in cui sono avvenute.

Gas di scarico dei ciclomotori e moto - Misure di CO - CO2 - O2 - HC Marca - Modello Cilindrata (cc)

Cod. Tipo motore class. euro

CO (% vol.)

CO2 (% vol.)

O2 (% vol.)

HC (ppm)

Yamaha - Aerox - 50 cc

2TC - euro 1

3,90

3,2

12,4

12.303

Aprilia - SR - (I.E. 50 cc)

2TC - euro 2

0,68

5,1

12,6

7.534

Yamaha - TZR - 50 cc

2TC – euro 2

4,25

2,2

12,9

20.111

Aprilia - Sx - 125 cc

2TC - euro 3

2,61

5,0

11,2

7.771

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 2

1,70

4,1

13,0

1.021

Keeway - RY8 - 50cc

2TC - euro 2

3,84

2,6

12,7

8.910

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 2

0,09

5,0

13,9

808

2TNC - euro 0

3,95

4,7

10,3

8.275

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 3

0,14

5,6

12,9

1.147

Honda - Vision - 50 cc

4TC - euro 3

0,40

9,1

7,9

552

Piaggio - Derby - 50 cc

2TC - euro 1

2,50

1,6

15,9

9.770

Piaggio - Free - 50 cc

Tabella 3 – Misure di CO – CO2 – O2 – HC

Tipo motore 2 tempi non catalizzato (*) 2 tempi catalizzato 4 tempi non catalizzato (*) 4 tempi catalizzato

Nella tabella 3, le caselle con lo sfondo rosso corrispondono ai peggiori valori rilevati, mentre con lo sfondo bianco sono indicati i tre casi migliori per ogni gas rilevato.

Codice 2TNC 2TC 4TNC 4TC

Tabella 3 bis – codici tipo motore (*) Siamo in presenza di una marmitta catalitica.

La marmitta contiene il catalizzatore che serve per abbattere le emissioni nocive di gas di scarico del motore favorendo l’ossidazione e riduzione dei gas di scarico e convertendo gli idrocarburi incombusti (CnHm), gli ossidi di azoto (NOx) e il monossido di carbonio (CO), in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) ed azoto (N2).

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Misure emissioni ciclomotori / moto CO (vol%)

Misure emissioni ciclomotori / moto HC (ppm) Piaggio - Derby 50 cc

Piaggio - Derby - 50 cc

Honda - Vision 50 cc

Honda - Vision - 50 cc

Piaggio - Vespa 50 cc

Piaggio - Vespa - 50 cc

Piaggio - Free - 50 cc

Piaggio - Free 50 cc

Piaggio - Vespa 50 cc

Piaggio - Vespa - 50 cc

Keew ay - RY8 50cc

Keew ay - RY8 - 50cc

Piaggio - Vespa 50 cc

Piaggio - Vespa - 50 cc

Aprilia - Sx - 125 cc

Aprilia - Sx 125 cc

Yamaha - TZR 50 cc

Yamaha - TZR - 50 cc

Aprilia - SR - (I.E. 50 cc)

Aprilia - SR (I.E. 50 cc)

Yamaha - Aerox 50 cc

Yamaha Aerox - 50 cc

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

HC (ppm)

CO (% vol.)

Figura 5 – Istogramma emissioni ciclomotori per CO (% vol.) ed HC (ppm)

L’attuale normativa che regola la prova dei gas di scarico inserita nel processo di “revisione” per i ciclomotori e moto catalizzate (Direttiva Europea n° 97/24/CE), prevede che la prova dei gas sia effettuata con motore “caldo” e con il regime di giri al minimo (motore fermo); inoltre, il limite da rispettare riguarda il CO corretto che è così definito:

CO corretto ≤ 4,5 % vol. dove:

CO corretto = S * [CO] / ([CO]+[CO 2 ])

con

S = 10 per motori a due tempi; S = 15 per motori a quattro tempi.

Per i ciclomotori non catalizzati il limite da rispettare riguarda l’anidride carbonica CO2 e la prova deve avvenire con il motore sui rulli ad una velocità di 40 km/ora.

CO2 > 7,0 % vol. _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Ribadito il fatto che le condizioni per la misura delle emissioni dei ciclomotori non sono state quelle previste dalla normativa per la prova gas della “revisione”, nella tabella 4 si sono indicati con il colore rosso i ciclomotori che, se fossero stati confermati i valori rilevati anche durante la prova gas della revisione, non sarebbero stati rispettati i limite di legge.

Marca - Modello Cilindrata (cc) Piaggio - Free - 50 cc

Cod. Tipo motore (*) class. euro

CO (% vol.)

CO2 (% vol.)

CO corrett o (%

2TNC - euro 0

3,95 3,90 2,50 0,68 3,84 4,25 2,61 0,09 1,70 0,14 0,40

4,7 3,2 1,6 5,1 2,6 2,2 5,0 5,0 4,1 5,6 9,1

5,5 6,2 1,2 6,0 6,6 3,4 0,3 4,4 0,4 0,6

Yamaha - Aerox - 50 cc Piaggio - Derby - 50 cc

2TC - euro 1

Aprilia - SR - (I.E. 50 cc)

2TC - euro 2

Keeway - RY8 - 50cc

2TC - euro 2

Yamaha - TZR - 50 cc

2TC - euro 2

Aprilia - Sx - 125 cc

2TC - euro 3

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 2

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 2

Piaggio - Vespa - 50 cc

4TC - euro 3

Honda - Vision - 50 cc

4TC - euro 3

2TC - euro 1

Tabella 4 – Misure di CO – CO2 – calcolo di CO corretto

I casi potenzialmente non conformi sono 5 su 11.

Un’altra possibile osservazione sui risultati delle emissioni è relativa al tipo di motore; come ci si poteva aspettare, anche a parità di classificazione euro, risulta che le emissioni dei motori a 4 tempi sono migliori di quelle a 2 tempi.

Infine, considerato che sono in nostro possesso (banca dati) i risultati delle prove gas effettuate dai centri revisione della provincia di Ravenna sugli autoveicoli ed in parte sui ciclomotori e motocicli, si è messa a confronto la media delle emissioni degli HC (idrocarburi) negli autoveicoli catalizzati a 4 tempi, ricavata dalle prove gas del 2012, con quella dei ciclomotori 2 tempi e 4 tempi catalizzati, ricavata dalla stessa banca dati del 2012 (vedi tabella 5). Si nota la forte disparità nelle emissioni degli HC fra quelle degli autoveicoli (sono molto bassi) e quelle dei ciclomotori (sono molto elevati).

Banca dati ARPA - Prove gas effettuate durante la revisione Media HC – n° campione Autoveicoli catalizzati (dati 2012)

Media HC - n° campione Ciclomotori catalizzati (dati 2012)

≈ 39 ppm - 54.402 record

≈ 3.175 ppm - 730 record

Tabella 5 – Media HC autoveicoli e ciclomotori

Se poi si confronta la media degli HC dei 10 ciclomotori catalizzati degli studenti del Liceo, pari a circa 7.000 ppm (il dato è ricavato dalla tabella 3), con la media degli HC dei ciclomotori catalizzati indicata nella tabella 5 (≈ 3.175 ppm), si potrebbe ritenere che quei 10 ciclomotori degli studenti del liceo siano mediamente in pessime condizioni.

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Per giustificare tale risultato negativo, da una parte si osserva la disparità di numerosità dei due campioni (10 contro 730), ne segue una diversa incertezza nell’analisi statistica, ma ancora più importante é il fatto che le misure delle emissioni dei ciclomotori degli studenti sono state effettuate con i motori “freddi”, mentre le prove gas delle revisioni sono fatte con motore caldo.

In queste condizioni, anche le moto catalizzate non possono dare il meglio delle loro prestazioni in quanto non è attivo il catalizzatore (funziona dopo che la temperatura é superiore a circa 300 °C) e la carburazione non è ancora quella ottimale. Infine, non si può escludere che alcuni ciclomotori degli studenti del Liceo siano stati “modificati” per aumentare le loro prestazioni.

Per quanto riguarda l’uso del catalizzatore, a differenza degli autoveicoli catalizzati, che presentano tutti un sistema di catalizzazione con controllo retroazionato, grazie alla presenza della sonda lambda inserita nella marmitta e di una centralina elettronica che gestisce l’iniezione della benzina / miscela, nel caso dei ciclomotori catalizzati solo gli euro 3 a quattro tempi utilizzano la sonda lambda (*), mentre gli altri ciclomotori catalizzati (euro 1 e 2), utilizzano solo un sistema passivo (filtro catalizzato) in cui non c’è retroazione, ovvero, il controllo elettronico della carburazione, se esistente, non tiene conto della quantità di ossigeno presente nel gas di scarico, in quanto manca la sonda lambda (è un sensore di ossigeno).

In ogni caso, anche se fossero utilizzate le migliori tecnologie in commercio (4 tempi - catalizzato - euro 3), per quanto riguarda gli idrocarburi (HC), risulta che, mediamente, quelli emessi dai ciclomotori / motociclette sono comunque molto più elevati rispetto a quelli emessi dalle autovetture.

Le ragioni principali di queste elevate emissioni si ritiene siano le seguenti: - il rapporto di compressione dei ciclomotori/moto è più elevato rispetto a quello delle autovetture; - il numero di giri è più elevato nei ciclomotori rispetto a quello delle autovetture; - nei ciclomotori, la progettazione dei motori é molto più orientata alla massimizzazione della prestazione (potenza/accelerazione/velocità) rispetto ai motori degli autoveicoli, che oltre ad essere costretti a norme più severe sulle emissioni, sono di solito più orientati al contenimento dei consumi.

La sonda lambda è un sensore di ossigeno (cella elettrochimica che genera un potenziale diverso a seconda della concentrazione di ossigeno), che normalmente si attiva dopo che ha raggiunto una temperatura di circa 300 °C. La sonda serve per conoscere se i gas di scarico presentano del combustibile incombusto e per mantenere il rapporto di miscela (kg aria / kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore (condizione di "lambda 1").

(*)

Funzionamento sonda lambda La sonda lambda è in grado di rilevare la concentrazione di ossigeno all'interno dei gas di scarico; il valore di lambda sta ad indicare il rapporto tra l'aria e la benzina, e vale: 1 quando la combustione è stechiometrica (ideale); <1 quando c'è un eccesso di benzina; >1 quando c'è un eccesso di aria / ossigeno.

La sonda trasmette un segnale elettrico alla centralina che regola l'immissione di carburante e aria all'interno della camera di combustione. _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Considerazioni sulle emissioni dei ciclomotori In generale, le emissioni dei ciclomotori sono ricche di CO, HC e benzene, mentre il contenuto di NOx è modesto. Caratteristica di questi veicoli è la consistente emissione di olio incombusto (questo vale quasi esclusivamente per i motori a 2 tempi).

L’introduzione di norme più severe e stringenti per gli autoveicoli ha drasticamente ridotto il contributo degli autoveicoli alle emissioni di CO, HC e NOx. Il risultato di tale processo è che nel corso degli anni, l’apporto percentuale dei veicoli a due ruote sulle emissioni inquinati è divenuto sempre più rilevante, anche in considerazione del fatto che l’iter legislativo che ha regolato le emissioni di tale classe di veicoli ha seguito tempi di sviluppo e applicazione più lenti.

Di seguito sono riportati dei grafici (figura 6 - 7 e 8) ricavati da uno studio del 2008 dell’Università di Napoli “Federico II” sul parco veicolare della Campania.

Figura 6 – Emissioni di CO (tn) con previsione fino al 2020

Dall’analisi della figura 6 emerge che l’impatto sulle emissioni di CO degli autoveicoli è destinato a diminuire mentre restano costanti quelle dei ciclomotori (mopeds).

In figura 7 si riportano le percentuali complessive dei composti organici volatili (COV) suddivise per tipologia di veicolo. Si evidenzia che il peso dei ciclomotori in questo caso è molto maggiore rispetto a quello previsto per il CO.

Figura 7 – Emissioni di COV (tn) con previsione fino al 2020

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In figura 8 si riportano i risultati della stima delle emissioni dovuto al trasporto stradale in Campania. E’ evidente che il contributo alle emissioni totali del CO e dei COV, da parte dei veicoli a due ruote, incide molto di più della % di km percorsi da questo tipo di veicoli.

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Motocicli Ciclomotori Bus Tir pesanti Camion leggeri Autoveicoli GPL Autoveicoli Diesel Autoveicoli b i

Veicoli

Veic*km

Emissioni CO

Emissioni COV

Figura 8 – Emissioni % di CO - COV suddiviso per tipo di veicolo

Sempre da questo studio emerge che la classe veicolare che sviluppa la maggiore quantità di COV è rappresentata dai ciclomotori (12831,8 t/annue pari 48.1% del totale), rispetto ad un contributo percentuale alle percorrenze totali del 4,2%.

I motocicli contribuiscono alle emissioni di CO per il 23 % a fronte di percorrenze pari al 5,2 % del totale.

Infine, in figura 9 (fonte ANCMA), si riporta la suddivisione nel corso degli anni, su scala nazionale, del numero di ciclomotori e motocicli. Dal 1999 si nota la costante diminuzione dei ciclomotori a favore dei motocicli, mentre la somma delle moto e dei ciclomotori presenta un leggero incremento.

Figura 9 – Consistenza del parco ciclomotori e motocicli nel corso degli anni (fonte ANCMA) _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Funzionamento dei motori a 2 tempi – cenni Il motore a due tempi è un tipo di motore a combustione interna, il quale viene alimentato da una miscela di benzina ed olio.

E’ stato inventato da Dugald Clerk nel 1879. La prima sperimentazione si è effettuata nel 1880 da parte di Karl Benz.

Figura 10 - ciclo funzionamento motore a 2 tempi

Il funzionamento del motore si può suddividere in tre fasi: -

Aspirazione - compressione (pistone in salita verso il Punto Morto Superiore, con aspirazione della miscela aria/benzina/olio fresca dalla luce di aspirazione nel carter; il pistone occlude dapprima le luci di travaso, poi quelle di scarico).

-

Accensione ed Espansione (l'accensione, avviata da una candela, avviene con anticipi nettamente inferiori a quelli tipici del 4 tempi; dopo il PMS (punto morto superiore) inizia l'espansione, che di fatto si interrompe al momento dell'apertura della luce di scarico, per via del brusco calo di pressione; questo fatto non determina una perdita notevole di rendimento rispetto ad un motore a 4 tempi di pari cilindrata, visto che il motore a quattro tempi richiede un'apertura anticipata delle valvole di scarico, pressoché paragonabile al due tempi. Con il passare degli anni la luce di scarico dei due tempi si è via via ridotta, a favore di una sua estensione nel senso trasversale, in modo da guadagnare corsa utile e avere un rendimento sempre maggiore, del tutto paragonabile a quello dei quattro tempi.)

-

Scarico (in fase di discesa il pistone scopre la luce di scarico. L'espulsione dei gas combusti avviene per semplice differenza di pressione e non per l'azione di pompaggio del pistone come nel 4 tempi. Lo scarico risuonante, se presente, rende più veloce questa fase, grazie alla depressione sviluppata dal primo tratto dello stesso, permettendo di ridurre l'altezza delle luci di scarico e aumentare il rendimento.)

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Pregi e difetti Il motore a due tempi tra i suoi pro o i suoi contro a seconda dell'utilizzo, ha il fatto di avere poco freno motore a causa delle minori parti meccaniche di cui è composto e che oppongono resistenza al movimento rispetto ad un motore a quattro tempi, per questo motivo il rendimento meccanico è migliore. Nell’uso in aree urbane questa caratteristica è più un punto a sfavore, dato che avendo meno freno motore si è costretti ad utilizzare in maniera più intensiva i freni meccanici (a disco o a tamburo) portando ovviamente ad una più rapida "usura" degli stessi.

Pregi principali 

Motore più leggero e maneggevole, dato le minori dimensioni e maggiore semplicità delle parti meccaniche necessarie al suo funzionamento.



Motore inclinabile, come nel caso di motoseghe, ecc.



Affidabilità maggiore, avendo meno parti mobili per il suo funzionamento è soggetto a un numero inferiore di fenomeni, il che ne migliora l'affidabilità o



Minor rischio di grippature in confronto ai motori a quattro tempi con lubrificazione a carter umido.

Risposta più "scattante" e rapida, dovuto al fatto che si ha un'accensione a ogni giro invece che ogni due, dimezzando di fatto il tempo di risposta (questo è valido a parità di regime e di unità termiche).

Difetti principali 

Maggiori emissioni di gas tossici, dovuto alla combustione di benzina e olio.



Minor rendimento termodinamico, dovuto a una durata della fase di scarico-travaso, dove si ha la fuoriuscita di una parte della miscela fresca (dispersione di parte della carica fresca). o



Consumo specifico più elevato, soprattutto nei confronti di motori ad iniezione diretta e dovuto alla perdita di miscela dallo scarico.

Costi dell'olio lubrificante

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Funzionamento dei motori a 4 tempi â&#x20AC;&#x201C; cenni I motori a quattro tempi sono motori termici, comunemente usati negli autoveicoli; esistono diversi tipi di motori a quattro tempi in grado di bruciare molti tipi di combustibili fossili o naturali, come la benzina, il gasolio, il metano, il GPL, lâ&#x20AC;&#x2122;etanolo, E85 ed E95.

Il termine a 4 tempi deriva dal fatto che la combustione avviene per quattro passaggi successivi, con alcune differenze tra motore ad accensione comandata (benzina) e motore ad accensione spontanea (gasolio): a)

Aspirazione: si ha l'introduzione di una miscela aria-combustibile nel cilindro;

b)

Compressione: la miscela aria-combustibile viene compressa volumetricamente (generalmente durante questa fase si ha l'inizio della combustione);

c)

Espansione: si ha l'espansione volumetrica dei gas combusti (generalmente durante le prime fasi d'espansione si ha la fine della combustione);

d)

Scarico: si ha l'espulsione dei gas combusti dal motore.

Figura 11 â&#x20AC;&#x201C; ciclo di funzionamento del motore aspirato a 4 tempi ad accensione comandata (benzina)

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Conclusioni Le misure dell’inquinamento dell’aria presso il Liceo, sia durante le prove di emissione dei ciclomotori (dalle ore 11,10 alle ore 12,00), che durante l’uscita dalla scuola della maggior parte degli studenti (dalle ore 13,00 alle ore 13,20) ha evidenziato un sensibile aumento della concentrazione di monossido di carbonio (CO) nell’aria.

Considerate le elevate emissioni dei ciclomotori (misurate con un analizzatore) e valutata la forte sensazione olfattiva della loro presenza, si ritiene che nell’aria vi sia stato anche un forte aumento degli idrocarburi (HC).

Nei due periodi critici sopra citati, si osserva che vi è stato un moderato incremento per quanto riguarda gli ossidi di azoto (NO – NO2).

Come era previsto, dall’analisi delle emissioni di un campione dei ciclomotori utilizzati dagli studenti, è emerso che i ciclomotori a 4 tempi producono delle emissioni inquinanti minori rispetto a quelli a 2 tempi.

Di solito, la distanza percorsa dagli studenti che usano il ciclomotore per arrivare a scuola oppure, per tornare a casa, si stima che sia quasi sempre inferiore a 10 km (dai dati del questionario compilato dagli studenti emerge una percorrenza media di 4,7 km con una durata della percorrenza media di 8 minuti).

Considerato che i tempi stimati per “riscaldare” il motore è di alcuni minuti (passa da circa tre minuti a circa cinque minuti, a seconda degli inquinanti (*)), con percorsi così brevi, risulta che in una parte significativa dell’utilizzo urbano il motore lavora a freddo, ovvero con il catalizzatore inefficace e quindi con il massimo delle emissioni nocive.

Figura 12 – Transitorio emissione CO

Anche lo stile di guida dovrebbe tenere conto della considerazione sopra esposta; infatti, visto che nei centri urbani il ciclomotore è inizialmente utilizzato con il motore freddo, al fine di minimizzare le emissioni nocive è opportuno: - non sostare a lungo con il ciclomotore acceso; - evitare le forti accelerazioni (questo serve anche per diminuire il rumore); - valutare se è percorribile l’uso di un mezzo di trasporto alternativo (mezzo pubblico – bicicletta).

Naturalmente questi consigli valgono anche per gli automobilisti !

Ringraziamenti La realizzazione dell’intervento è stata possibile grazie alla collaborazione del Liceo Scientifico Oriani e del centro revisioni CO.R.MEC s.c.a.r.l. di Ravenna. (*) Vedi Allegato 2 – Estratto da uno studio delle emissioni a freddo dei motocicli _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Allegato 1 - FOTO

Immagine da satellite (fonte Google Earth) dell’area in cui si sono effettuate le misure Con un ovale grigio si è evidenziata l’area di intervento

Autoveicolo ARPA – punto utilizzato per il monitoraggio dell’aria _______________________________________________________________________________________________________________ Servizio Sistemi ambientali Arpa ER - Sezione provinciale di Ravenna

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Analizzatori di CO â&#x20AC;&#x201C; (NOâ&#x20AC;&#x201C;NO2) - fornito da ARPA

Analizzatore per la misura delle emissioni dei ciclomotori - fornito dal CORMEC

Punto utilizzato per la verifica dei ciclomotori - tecnico CORMEC e studenti

Ciclomotori parcheggiati

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Allegato 2 â&#x20AC;&#x201C; Studio emissioni a freddo motocicli

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