Rudolf Diesel negli anni 1880 disse: “Il motore dell’automobile arriverà, e allora considererò completo il lavoro della mia vita”. Sapeva chiaramente quanto fosse importante la sua invenzione. Ma qualunque sia il giudizio da dare sul lavoro della vita di Diesel, il motore diesel stesso era tutt’altro che completo. Per prima cosa, i suoi primi motori erano efficienti solo al 26% circa. Ma questo era molto, molto tempo fa.
La potenziale efficienza del motore diesel è un argomento caldo nel 2015, oltre un secolo dopo. Questo perché la U.S. EPA e la NHTSA stanno valutando la potenziale severità dei nuovi regolamenti di efficienza per i motori diesel come parte della “Fase 2” proposta per i veicoli pesanti. Le agenzie federali hanno l’autorità di regolamentare i motori dei veicoli pesanti per raggiungere il massimo miglioramento possibile e adottare standard che forzano la tecnologia, dando un’adeguata considerazione al costo della conformità, ai tempi della tecnologia e ad altre considerazioni.
I moderni motori diesel ad accensione per compressione dominano l’industria del trasporto commerciale con motori efficienti che convertono circa il 43%-44% dell’energia del carburante in lavoro del motore, in base ai motori certificati 2013-2014. Per soddisfare i regolamenti esistenti in materia di efficienza e carbonio, i motori dei trattori dovranno probabilmente ridurre il loro uso di carburante e le emissioni di CO2 del 6% dal 2010 al 2017, o circa l’1% all’anno. La domanda del momento è quanto più efficienti saranno i motori diesel nella prossima fase dei regolamenti, dal 2017 al 2024-2027.
Nella proposta EPA/NHTSA di giugno, i motori diesel dovrebbero ridurre il loro consumo di carburante e le emissioni di CO2 per unità di lavoro del 4,2% dal 2017 al 2027. Gli standard finali rimarrebbero probabilmente in vigore per altri tre anni, quindi gli standard si applicherebbero fino al 2029 o 2030. Questo significherebbe che le emissioni di CO2 dei motori verrebbero ridotte in media dallo 0,3% allo 0,4% all’anno fino al 2030. Come si confronta questo con altri numeri là fuori?
- Il produttore di motori per trattori di maggior volume, Cummins, indica che i motori possono raggiungere una riduzione del 9%-15% del consumo di carburante dal 2017, entro il 2020-2030.
- Un’analisi del motore con i ricercatori della West Virginia University (WVU) indica che i motori diesel per trattori e rimorchi possono migliorare di oltre il 10% rispetto a una linea di base del 2017 nel 2020 e oltre.
- Il lavoro del Southwest Research Institute per NHTSA indica che i motori dei trattori diesel possono vedere una riduzione del consumo di carburante del 4%-7% – e fino all’8%-10% con il recupero del calore residuo – da una base del 2019 entro la Fase 2.
- Le squadre guidate da Cummins, Daimler, Navistar e Volvo hanno dimostrato miglioramenti del motore del 12%-17% da una base del 2010. Queste squadre del DOE SuperTruck degli Stati Uniti, come risultato, stanno raggiungendo circa il 50%-51% di efficienza termica del freno di picco.
- I programmi SuperTruck seguirebbero l’obiettivo di andare oltre, con un’efficienza termica del freno del 55% in condizioni di picco.
Non si può fare a meno di chiedersi cosa avrebbe pensato Rudolf Diesel, per sapere che le ultime innovazioni diesel potrebbero essere in grado di raddoppiare l’efficienza dei suoi primi progetti diesel?
La figura qui sotto illustra gli attuali standard 2014-2018, gli standard proposti per il 2017-2027 e il potenziale tecnologico derivante da una maggiore diffusione della tecnologia basata sul suddetto studio della WVU in grammi di CO2 per freno-cavallo-ora. Il potenziale tecnologico nella figura suggerisce che i motori dei trattori potrebbero ottenere fino al 7% di miglioramento dalla tecnologia di efficienza incrementale con la penetrazione del pacchetto di motori “2020+” degli studi WVU (cioè, dai miglioramenti dalla riduzione dell’attrito, parassitismo, sovralimentazione, post-trattamento, ottimizzazione della combustione e controlli avanzati). Questo potenziale da queste tecnologie incrementali è circa il doppio di quello che le agenzie hanno incluso nella regola proposta per il 2027.
Inoltre, consideriamo una maggiore penetrazione delle tecnologie avanzate del motore nell’analisi della figura. Con una maggiore penetrazione delle tecnologie incrementali del 2020+ e una penetrazione del 15% del sistema di recupero del calore organico del ciclo Rankine (WHR) (come ipotizzato dalle agenzie), un miglioramento di CO2 a livello di flotta fino al 10% nel 2027 è fattibile. Con una maggiore penetrazione delle tecnologie WHR e U.S. DOE SuperTruck, il potenziale tecnologico è ancora più alto. I risultati indicano che le emissioni di CO2 sostanzialmente più basse dei livelli standard EPA-NHTSA proposti sono tecnicamente raggiungibili nel 2025. Il potenziale tecnologico definitivo a livello di flotta potrebbe ragionevolmente soddisfare l’efficienza delle dimostrazioni 2014-2016 dell’US DOE SuperTruck nell’orizzonte temporale del 2030.
Gli standard normativi della Fase 1 (2014-2017) e della Fase 2 proposta (2018-2030), il potenziale tecnologico, il potenziale tecnologico con un maggiore recupero del calore residuo (WHR), e le dimostrazioni U.S. DOE SuperTruck dimostrazioni.
La decisione pendente degli Stati Uniti sugli standard dei motori potrebbe essere l’unica azione reale per migliorare sostanzialmente l’efficienza dei motori diesel per i prossimi 10-15 anni. Per questo motivo, si può fare un caso forte che dovrebbero spingere la busta della tecnologia tanto quanto è fattibile sulla base delle tecnologie emergenti di efficienza. E la decisione ha implicazioni più ampie per l’innovazione globale, dato che le stesse aziende vendono gli stessi motori ovunque. Anche l’India sta considerando degli standard di efficienza per i suoi motori pesanti. Gli stessi motori ad alta efficienza potrebbero alimentare i camion alimentati a diesel in Cina, Europa, Messico e altrove se queste regioni seguiranno l’esempio con regolamenti simili e sempre più severi.