Analisi delle esperienze relative agli automezzi per l’igiene urbana a ridotto impatto ambientale

Per quanto riguarda i mezzi impiegati nel settore dell’igiene urbana il DM del 27 marzo 1998 “Mobilità sostenibile nelle aree urbane” (GU n. 179 del 3-8-1998) stabilisce all’art. 5 che “Nel rinnovo annuale del loro parco autoveicolare, le amministrazioni dello Stato, delle regioni, degli enti locali, degli enti e dei gestori di servizi pubblici e dei servizi di pubblica utilità, pubblici e privati, dovranno prevedere che nella sostituzione degli autoveicoli delle categorie M1 e N1 in dotazione una quota sia effettuata con autoveicoli elettrici, ibridi, o con alimentazione a gas naturale, a GPL, con carburanti alternativi con pari livello di emissioni, dotati di dispositivo per l’abbattimento delle emissioni inquinanti, nelle seguenti percentuali ed entro i tempi sotto indicati:

• entro il 31 dicembre 1998 nella misura del 5%;
• entro il 31 dicembre 1999 nella misura del 10%;
• entro il 31 dicembre 2000 nella misura del 20%;
• entro il 31 dicembre 2001 nella misura del 30%;
• entro il 31 dicembre 2002 nella misura del 40%;
• entro il 31 dicembre 2003 nella misura del 50%.

Questo interessante Decreto non è stato spesso rispettato anche per ragioni di ordine tecnico. Per quanto riguarda i mezzi di raccolta una recente indagine nazionale condotta dalla ESPER ha infatti evidenziato che negli ultimi anni sono stati introdotti mezzi che riducono le emissioni in atmosfera (in linea con la norma euro 5) con alimentazione a gas metano o GPL, oppure ad impatto minimo come i piccoli i mezzi a trazione elettrica ma i risultati non sono stati sempre soddisfacenti.

Per quanto riguarda i mezzi a trazione esclusivamente elettrica va evidenziato che la realizzazione di batterie (ioni di litio) con sempre maggiore capacità ne ha migliorato notevolmente l’autonomia, ha ridotto i tempi di ricarica e prolungato la vita, consentendo l’applicazione di meccanismi aggiuntivi rispetto alla sola trazione. Permangono peraltro alcune limitazioni che ne stanno frenando l’adozione su larga scala, principalmente dovute alla ancora limitata autonomia, al considerevole aumento della tara con riduzione della portata utile, all’elevato costo di acquisto in parte mitigato dalle agevolazioni legislative. Nel settore specifico vi sono interessanti realizzazioni prodotte dalla Piaggio sul collaudato PORTER e sul più piccolo APE 50 in versione NU elettrica. La FAAM ha smesso la produzione dei suoi modelli e la EFFEDI, produttrice del GASOLONE ELETTRICO o ELETTRONE, ne ha anch’essa cessato del tutto la produzione,

Sono inoltre in corso alcune sperimentazioni, che non hanno ancora raggiunto la produzione a livello industriale, sui veicoli commerciali leggeri tipo il FIAT DUCATO o il DAILY IVECO, oltre ad altre sperimentazioni sulla trasformazione di veicoli normalmente impiegati all’interno di stabilimenti od aree aeroportuali in veicoli NU (Green Company modello 945 NU, ARK’E’ e similari). L’utilizzo di mezzi esclusivamente elettrici risulta quindi attualmente scarsamente consigliabile nei territori in cui:

• risulta necessario affrontare percorrenze relativamente elevate (maggiori di 50-60 km per turno) per raggiungere la zona operativa, coprire l’intero percorso di raccolta e poi rientrare presso il centro di servizi poiché l’autonomia dei veicoli elettrici, se pure migliorata notevolmente in questi anni, risulta spesso troppo limitata;
• la conformazione del territorio è caratterizzata anche da zone con pendenze accentuate che in alcuni casi non sono superabili dal veicolo a trazione elettrica, in altri comportano un assorbimento di energia che limita la già ridotta autonomia di cui sono dotati tali veicoli;
• si presenta la necessità di dotare tali mezzi di  voltacontenitori a pettine dedicati alla vuotatura dei bidoni domiciliari, che richiede frequentemente un ulteriore impiego di energia elettrica, riducendo ancora la capacità operativa dei veicoli.

Tali considerazioni sono comuni a diversi responsabili dei servizi direttamente intervistati e sono anche alla base dell’impiego prevalente dei veicoli elettrici solo per le attività di spazzamento o di raccolta manuale a sacchi in aree pianeggianti ed in particolare nei centri storici e parchi urbani.

Anche i mezzi alimentati con combustibili alternativi, che comportano ovviamente emissioni superiori ai veicoli elettrici, vanno considerati tra i veicoli a basso impatto ambientale in quanto il livello di tali emissioni è fortemente ridotto rispetto ai normali motori alimentati a benzina o gasolio.

L’impiego di veicoli a metano o GPL è comunque vincolato alla preventiva verifica delle condizioni della rete distributiva di metano o di GPL che deve risultare facilmente accessibile e compatibile con le normali esigenze di rifornimento della flotta di mezzi adibiti alla raccolta. Per quanto riguarda in particolare i mezzi a metano vanno inoltre considerate i tempi di rifornimento poiché tali mezzi, a seconda del tipo di impianto di rifornimento, possono impiegare anche varie ore per completare il loro rifornimento. L’AMSA di Milano, per rifornire i propri automezzi a metano, ha dovuto installare due distributori nella sede di via Zama, uno a carica veloce e l’altro a carica sequenziale.

La IVECO ha messo in commercio prodotti quali il NEW DAILY e l’autotelaio 260 E 31Y entrambi a metano, che mantengono caratteristiche sperimentali, mutuando alcune soluzioni già testate nel settore del trasporto pubblico urbano. Una esperienza molto interessante è quella del Comune di Trento che si è posto l’obiettivo della riduzione nel centro storico delle emissioni di CO2 ed ha avviato la sperimentazione nel centro storico di automezzi alimentati con una miscela di 70 % metano e 30 % idrogeno. I mezzi a metano riducono le emissioni di anidride carbonica del 23 % rispetto a motori alimentati a benzina. L’idrometano permette di ridurre le emissioni di CO2 del 34 %. Il progetto predisposto dal Comune di Trento e Dolomiti Energia con la collaborazione del Centro Ricerche Fiat di Mattarello (Dipartimento Low investment and flexible technologies), è stato reso possibile grazie ad un finanziamento di 538.574 € concesso del Ministero dell’Ambiente con un bando riservato alla diffusione di azioni finalizzate al miglioramento della qualità dell’aria nelle aree urbane. Il progetto presentato dal Comune di Trento è stato considerato altamente innovativo e quindi finanziabile in parte consistente con fondi del Ministero.

Va inoltre segnalato che di recente si sono affacciati sul mercato i mezzi ibridi anche per il settore dell’igiene urbana. Tale tipologia di mezzi si adatta abbastanza bene a questo genere di servizio che prevede molte soste, una varianza di velocità di esercizio e spesso durante la raccolta velocità di movimento ridotte. Una ricerca effettuata a Goteborg in Svezia ha messo in evidenza che la situazione più critica in materia di emissioni dei camion diesel convenzionali è il frequente blocco e riavvio dei veicoli a causa del traffico e delle soste da effettuare per lo svuotamento dei contenitori in cui spesso si rileva che l’autista fa aumentare inutilmente i giri del motore prima di spostarsi di nuovo. L’altra situazione di sottoutilizzo della potenza dei motori termici si evidenzia quando viene lasciato il motore acceso a mezzo fermo per poter azionare l’alzavolta cassonetti o il costipatore del mezzo. Va segnalato che la Isuzu ha introdotto fin dal 2009[1] un mezzo con batterie agli ioni di litio che vengono ricaricata durante la guida ed in frenata di cui si riporta una foto a fianco[2]. Va inoltre segnalato che un recente accordo tra ISUZU e Toyota riguarda proprio lo sviluppo di mezzi ibridi diesel-elettrici in sinergia fra le due società[3].

L’AMA di Roma e l’azienda EcoNord che opera in Provincia di Varese ed in Provincia di Como stanno utilizzando alcuni mezzi ibridi della IVECO in una versione allestita su mezzi Daily con motorizzazione elettrica e diesel euro 4 dotata di funzioni quali Stop & Start e la frenata con recupero di energia. Va segnalato che al momento dell’acquisizione di tali mezzi si poteva accedere ad un contributo a fondo perduto istituito dal Ministero dell’Ambiente con Decreto 24/05/2004[4]. Questa tipologia di veicoli abbinano la trazione diesel con quella elettrica in modo indipendente (per esempio durante il lancio in puro elettrico) o simultaneo (per esempio durante la massima richiesta di prestazioni con l’uso combinato del motore elettrico).

Secondo quanto affermato dai costruttori la tecnologia ibrida assicurerebbe un risparmio di carburante e una riduzione delle emissioni di CO2 fino al 30% rispetto ai veicoli tradizionali.

E’ stato però segnalato che l’autonomia (fino a 80 km con batterie al sodio e fino a 25 con lo standard PB-Gel potenziata dalla possibilità di ricarica parziale durante la modalità endotermica) ne favorisce l’uso per la raccolta di frazioni con basso peso specifico (plastica, secco residuo) anche per la riduzione della portata utile del mezzo causata dalla presenza del pacco batterie.

Anche l’azienda VOLVO, con il finanziamento del Fondo per l’Ambiente dell’Unione europea “Life”, la collaborazione della Città di Göteborg in Svezia e la società di raccolta dei rifiuti Renova ha condotto un progetto intitolato “CLEANOWA” già nel 2005.

Il progetto ha permesso di sperimentare sul campo alcuni mezzi di raccolta rifiuti ibridi derivanti dalla combinazione di un motore termico a metano ed di un motore elettrico. L’università di Goteborg ha inoltre condotto uno studio LCA di confronto dell’impatto dei due mezzi comparati (quello diesel e quello ibrido gas/elettrico) le cui caratteristiche vengono riportate di seguito[5].

Le conclusioni dello studio LCA condotto nel 2005 sono state in sintesi le seguenti:

• rispetto ai veicoli diesel i veicoli ibridi gas metano-elettrici per la raccolta dei rifiuti provocano un minor impatto ambientale locale ma contribuiscono in modo lievemente superiore, per quanto riguarda le emissioni climalteranti ed il consumo di risorse non rinnovabili. Se vengono sommate tutte le possibili categorie d’impatto ambientale, i veicoli ibridi per la raccolta dei rifiuti risultano comunque ambientalmente preferibili rispetto ai veicoli diesel;
• rispetto ai veicoli a gas i veicoli ibridi gas metano-elettrici per la raccolta dei rifiuti provocano un maggior impatto ambientale locale e contribuiscono in modo lievemente superiore al consumo di risorse non rinnovabili, ma risultano meno impattanti per quanto riguarda le emissioni climalteranti. Se vengono sommate tutte le possibili categorie d’impatto ambientale, non si può concludere che un ibrido per la raccolta dei rifiuti siano sempre ambientalmente preferibili ad un veicolo a gas convenzionali. Dipende da come i diversi impatti vengono ponderati (ad esempio nel 2005 non esistevano le batterie al litio o al gel e le emissioni di piombo per la produzione di batterie risultava  abbastanza impattante).

Lo studio dimostrava inequivocabilmente che i veicoli ibridi risultano particolarmente vantaggiosi nelle zone centrali della Città in cui si rilevano continue soste per il traffico e la raccolta dei rifiuti. La seconda generazione di mezzi ibridi viene ora utilizzata in Svezia[6] poiché la Volvo ha messo a punto un auto compattatore ibrido dotati sia di un motore diesel che di un altro elettrico da 120 kw che serve ad azionare il pianale di carico e per accelerare fino a 20 km/h. La Volvo ha cominciato a sperimentare il primo prototipo di questa nuova generazione di automezzi nel 2006. La Casa svedese ha quindi cominciato a produrre su piccola scala compattatori ibridi di media e grande dimensione a partire dal 2009[7].

Lo schema utilizzato è quello dell’ibrido classico ma a causa delle dimensioni le differenze sono molte rispetto ad un’automobile: il propulsore diesel da 7 litri che lo alimenta si spegne automaticamente ad ogni sosta per poi riaccendersi in fase di marcia. L’energia dissipata durante le frenate viene immagazzinata dalle batterie e questa componente risulta fondamentale perché i mezzi della raccolta rifiuti effettuano continuamente soste e ripartenze e in questo modo risparmiano una notevole quantità di carburante. Si tratta di automezzi che utilizzano le due fonti di propulsione insieme o separatamente per garantire che la coppia necessaria sia trasmessa alle ruote sia dal motore elettrico che da quello diesel. Il software di bordo sceglie automaticamente la trazione più efficiente: elettrica a bassi giri, diesel con alti.

Secondo la Volvo i consumi sarebbero inferiori del 20-30% rispetto ad un camion di pari capacità diesel, così come le emissioni di ossidi di azoto. Grazie a un kit di batterie supplementari il sistema elettrico principale può essere ricaricato nei depositi, prima di iniziare il turno.

Viene poi evidenziato che la tecnologia ibrida presenta indubbi vantaggi sul piano acustico: a basse velocità quando è in funzione il motore elettrico, il rumore risulta molto contenuto. Tali mezzi sono già in uso a Stoccolma, a Goteborg a partire dal 2008 e da parte della Veolia environmental services di Londra a partire dalla fine del 2009[8]. Nel 2010 il Gruppo Veolia ha introdotto i veicoli ibridi diesel-elettrici con recupero energetico della frenata anche in Australia nella Città di Sydney[9].

Anche la Renault Trucks ha avviato all’inzio del 2009 una prima sperimentazione di uso di un mezzo ibrido per la raccolta dei rifiuti urbani in collaborazione con Grand Lyon (comunità urbana della zona di Lione) e SITA (divisione ambientale del Gruppo Suez). Il veicolo è stato testato per le strade dell’area metropolitana di Lione per circa 500 ore di gestione, percorrendo oltre 5000 km e raccogliendo circa 550 tonnellate di rifiuti. Per quanto riguarda il consumo di carburante, il veicolo-test ha fatto registrare una riduzione dell’ordine dal 20% al 25%[10]. A New York anche i mezzi dedicati al lavaggio e spazzamento delle strade sono stati dotati di propulsione ibrida con automezzi prodotti dalla Ditta Allianz, azienda statunitense che produce macchinari industriali, nello specifico destinati alle operazioni di igiene urbana. I primi esemplari sono entrati in servizio recentemente a New York. Dal lato tecnico, il macchinario mantiene un motore Diesel (in questo caso, un Cummins da 6,7 litri), ma accanto al motore a gasolio opera un propulsore elettrico da 160 kW alimentato da due batterie al litio.

La novità sta nel fatto che per la prima volta sia la trazione che i servizi ai quali è destinato il veicolo ricevono energia elettrica. Le spazzole rotanti, infatti, vengono azionate da un sistema elettroidraulico che riceve energia da un generatore da 60 kW. I dati dichiarati dalla Allianz indicano un risparmio nei consumi pari al 40 – 45% rispetto a un analogo macchinario ma alimentato unicamente a gasolio.

Per quanto riguarda gli automezzi elettrici ed ibridi si deve inoltre evidenziare che tali automezzi consentono un recupero energetico della frenata e questa caratteristica risulta estremamente interessante per quanto riguarda gli automezzi adibiti alla raccolta dei rifiuti, in particolare nei Comuni dove si opera la raccolta domiciliare, per le continue accelerazioni e frenate a cui sono sottoposti gli automezzi.

Si tratta un sistema che, anziché disperdere l’energia cinetica in forma di calore durante la frenata, ne consente un parziale recupero sotto forma di energia meccanica o elettrica, nuovamente spendibile per la trazione del veicolo o per l’alimentazione dei suoi dispositivi elettrici. Sono stati finora sviluppate tre tipologie di sistemi di recupero dell’energia in frenata:

1. accumulatore a batteria: efficienza di recupero energetica teorica del 20-25%
2. accumulatore a flyweel KERS (volano): efficienza teorica del 50-55%
3. accumulatore idraulico-idrostatico: efficienza teorica del 65-70 %

Questa tipologia di sistemi è stata sviluppata anche per sostituire i sistemi denominati RETARDER che utilizzano l’induzione magnetica per frenare il veicolo evitando di sollecitare troppo il sistema frenante tradizionale e ridurne così i costi di manutenzione. Nel grafico successivo viene illustrato che, per valutare la convenienza dell’installazione di sistemi di recupero dell’energia in frenata, bisogna considerare due fattori: la frequenza di Stop&Go e il peso dell’automezzo.

Il sistema idraulico non esclude affatto la possibilità di lavorare con la batteria elettrica perché questo permette di far lavorare in simbiosi i due sistemi di trazione (hybrid) poiché le batterie hanno un ottima capacità energetica, ma una scarsa reattività ai picchi di potenza recuperati in frenata, mentre l’accumulo idraulico invece permette una ottima reattività ai picchi di potenza, ma di contro ha una capacità energetica limitata dalla dimensione. Quindi le batterie elettriche risultano ottimali per l’accumulo di grandi quantità di energia, ma molto meno adatte per la gestione dei picchi di potenza elevati che si verificano in fase di accelerazione e/o frenata.

Per questo le batterie devono essere più grandi del necessario, proprio per gestire questi carichi di potenza elevata che scaldano e sono dannosi compromettendo la durata delle batterie stesse.

La sinergia tra i due sistemi (trazione ibrida e recupero pneumatico della frenata) dovrebbe quindi facilitare anche l’introduzione di un pacco batterie che potrebbe essere molto più contenuto e molto più duraturo rispetto agli attuali veicoli ibridi.

I sistemi di recupero dell’energia cinetica in frenata sono diventati famosi grazie alla Formula 1 dove è stato coniato il termine KERS che è l’acronimo di Kinetic Energy Recovery System. L’obiettivo era il miglioramento delle prestazioni energetiche delle monoposto da gara, ottenendo un duplice beneficio, prestazionale e ambientale: il regolamento consente il recupero di un massimo di 400 kJ erogabili con una potenza massima di 60 kW (pari a circa 80 cavalli) per la durata di 6,66 secondi.

Questo sistema assorbe energia in modo analogo al freno rigenerativo, ma, invece di disperderla, la accumula o in un volano meccanico, in batterie o condensatori/supercondensatori, oppure in accumulatori idrostatici azionati da pompa-motore per poi restituirla al sistema che la può riutilizzare, ad esempio, per azionare un motore elettrico, che può essere lo stesso propulsore del mezzo o un suo servomotore[13].

Il sistema KERS è costituito da:

• Un motore/dinamo, generalmente un motore in corrente continua;
• Accumulatore di carica, generalmente delle batterie al litio, condensatori o batterie a volano;
• Sistema di controllo, un dispositivo che riesce a far funzionare il motore come tale o come dinamo.

L’energia utilizzata per la frenata dell’automezzo viene immagazzinata in un serbatoio a pressione idraulica e viene utilizzata in fase di accelerazione.

La potenziale riduzione del consumo di carburante e delle emissioni inquinanti dichiarata è pari al 30-50%. Il costo di sistemi di questo tipo stanno diventando estremamente interessanti ed in Europa e negli Stati Uniti (in cui il costo del carburante è inferiore a quello italiano[14]) tali sistemi si stanno diffondendo non solo nel settore dell’igiene urbana ma anche nel settore del trasporto pubblico e della consegna a domicilio della posta[15].

 

 

Il Dipartimento di igiene urbana di Berlino sta testando un camion costruito da HALLER Umweltsysteme è dotato di un sistema di trazione ibrido parallelo tipo Rexroth dal luglio del 2011. Il veicolo, in prova su strada a Berlino, che fa parte dei test finali della Bosch in collaborazione con l’University of Karlsruhe (TH) prima dell’inizio della produzione ed il sistema viene testato in collaborazione col gruppo di studio HTUF (Hybrid Truck Users Forum).  Anche il Dipartimento di Igiene urbana di New York e di Baltimora[16] hanno avviato un ampio programma di test sul campo di veicoli attrezzati con il sistema di frenatura idrostatica rigenerativa denominato Bosch Rexroth (HRB)[17] anche grazie al finanziamento ottenuto dal New York State Energy and Research Development Authority (NYSERDA) e dalla National Association of State Energy Officials (NASEO). L’esito della sperimentazione a New York è stato molto positivo e sono stati ordinati altri dieci mezzi dotati di sistemi Rexroth al termine della sperimentazione[18]. Anche nella Contea di Fairfax County in Virginia viene attualmente utilizzato il sistema Bosch Rexroth[19].

In America la multinazionale UPS sta utilizzando e sviluppando dei mezzi ibridi con recupero idraulico della frenata che ha sviluppato avvalendosi della EATON[20] e la supervisione dell’Environmental Protection Agency che ha certificato che tali sistema riducono le emissioni di anidride carbonica del 40 % circa[21]. Vari allestitori, ad es. la Crane Carrier[22], stanno attualmente commercializzando il sistema soprattutto nel campo dei veicoli adibiti alla raccolta dei rifiuti.

Il risparmio di carburante per i camion impiegati per la raccolta rifiuti utilizzando il sistema Parker’s RunWise sono risultati in media del 45-50 % secondo i dati diffusi della Contea di Miami-Dade e dalla Città di Miami e sono risultati superiori rispetto al 42 % di riduzione dei consumi che erano stati ottenuti durante la sperimentazione propedeutica alla messa a regime del sistema.

La particolarità più interessante è quella che questi sistemi possono essere applicato anche su un parco mezzi già esistente, migliorando i parametri di emissioni e tra l’altro risparmiando carico al motore termico (allungando la vita del veicolo) e limitando l’uso dei freni (allungando la durata delle pastiglie dei freni) e limitando le polveri pm10 prodotte dagli stessi impianti frenanti.

Un’attività di sviluppo e sperimentazione di questa tipologia di veicoli è stata avviata dalla Cooperativa sociale “La ringhiera” di Albino (BG) che vanta una decennale esperienza nella raccolta porta a porta in collaborazione con il Politecnico di Milano, Dipartimento di meccanica.

  A cura di Attilio Tornavacca *, direttore ESPER, Paolo Parisotto, Amministratore unico AMCOS

[2] Fonte http://www.waste-management-world.com/index/display/article-display/333218/articles/waste-management-world/volume-9/issue-3/collection-and-transport-special/what-cost-saving-thenbspplanet-evaluating-diesel150electric-hybrid-technology-in-a-truck-designed-for-inner-city-applications.html

[3] Fonte http://www.autoblog.it/post/6017/nel-2010-librido-diesel-toyota-con-isuzu

[4] Fonte http://www.romanadiesel.com/pag4-5_2_05.pdf

[5]Fonte http://www.esa.chalmers.se/Publications/PDF-files/Thesis/ESA20057.pdf

[6] Fonte http://www.omniauto.it/magazine/4976/il-camion-della-spazzatura-e-ibrido#

[7] Fonte http://www.waste-management-world.com/index/display/article-display/364854/articles/waste-management-world/volume-10/issue-3/collection-and-transport-special/driving-the-future.html

[8] Fonte http://www.tuttotrasporti.it/novita/articolo.cfm?codice=214259

[9] Fonte http://www.veoliaes.com.au/content/documents/hippo-news/Hippo_News_Apr10.pdf

[10] Fonte http://www.trasportoeuropa.it/index.php?option=com_content&view=article&id=4477%3Asperimentazione-ibridi-rt-con-successo&catid=29%3Acomunicati-stampa&Itemid=1

[11] Fonte http://www.allianzsweeper.com/en/products/electric-hybrid/4000-electric-hybrid.html

[12] Fonte http://www.boschrexroth-us.com/country_units/america/united_states/en/Company/Press/trade_show_information/a_downloads/Hydrostatic_Regenerative_Braking_Brochure.pdf

[13] Fonte http://www.kineticpower.co/files/KPNewsRelease.pdf

[14] Fonte http://fluidpowerjobs.com/blog/?p=811

[15] Fonte http://hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/HydraulicPumpsM/Article/False/87330/TechZone-HydraulicPumpsM

[16] Fonte http://findarticles.com/p/articles/mi_m0FZX/is_7_73/ai_n19395050/

[17] Fonte http://www.boschrexroth.it/country_units/europe/italy/it/archivio_mobile/ny_hrb.pdf

[18] Fonte http://www.shorepower.com/hydraulicregen.html

[19] Fonte http://www.youtube.com/watch?v=o0qeeikH67c

[20] Fonte http://www.eaton.com/Eaton/ProductsServices/ProductsbyCategory/HybridPower/Applications/index.htm

[21] Fonte http://www.epa.gov/otaq/technology/research/research-hhvs.htm

[22] Fonte http://www.cranecarrier.com/Products/hhv.htm

[23] Fonte http://www.parker.com/portal/site/MarketTech