Emissioni di particolato non-exhaust provenienti da mezzi di trasporto su strada

Studio sul particolato non-exhaust dalle autovetture realizzato in collaborazione coi ricercatori del Team Mobilità Sostenibile di Innovhub SSI

Su Energies (MDPI) è stato pubblicato l'articolo che riassume quanto emerso dallo studio bibliografico, commissionato da ISPRA – Ministero Ambiente, sul particolato non-exhaust dalle autovetture, ovvero il particolato emesso non allo scarico degli autoveicoli, bensì dall’usura di freni e pneumatici e dalla risospensione delle particelle conseguenti alla guida dei veicoli su strada.

Non-Exhaust Particulate Emissions from Road Transport Vehicles

L’articolo, scritto dai ricercatori di CNR-STEMS in collaborazione coi ricercatori del Team Mobilità Sostenibile di Innovhub SSI, è propedeutico allo sviluppo dei test in corso nell’ambito del contratto di servizio con ISPRA, finalizzati alla determinazione di fattori di emissione di questa tipologia di particolato, ancora poco disponibili in letteratura scientifica. Il Team Mobilità Sostenibile coordina le attività congiunte di CNR STEMS e di Innovhub SSI, con l’obiettivo di rendere disponibili a ISPRA – Ministero Ambiente dati aggiornati sui fattori di emissione di inquinanti e GHG dagli autoveicoli. Dati necessari per l’aggiornamento periodico dell’Inventario Nazionale italiano delle emissioni, per verificare il rispetto degli impegni che l’Italia ha assunto a livello internazionale nell’ambito della Convenzione quadro sui cambiamenti climatici (UNFCCC) e della Convenzione ONU-ECE sull’inquinamento atmosferico transfrontaliero (UNECE-CLRTAP).

Come parte del Zero Pollution Action Plan del Green Deal, la Commissione Europea ha stabilito l’obiettivo di ridurre almeno del 55%, entro il 2030, le morti premature causate dalle emissioni di particolato (PM2.5), rispetto ai dati del 2005. Per raggiungere tale scopo, la Commissione Europea ha intenzione di introdurre limiti di emissioni e concentrazioni in atmosfera più stringenti rispetto agli attuali. Nelle aree urbane, i veicoli su strada sono una fonte significativa di emissioni di particolato. Queste si originano dallo scarico del motore e dall’usura dei freni, degli pneumatici e del manto stradale, così come dalle polveri stradali risospese al passaggio dei veicoli.

Formazione di particolato a seguito dell'usura dello pneumatico

Negli ultimi decenni, l’istituzione di limiti più stringenti alle emissioni degli scarichi dei veicoli ha portato ad adottare tecnologie in grado di ridurre sensibilmente le emissioni “exhaust” di particolato. In futuro, il progressivo avanzare della mobilità elettrica porterà tali emissioni vicine allo zero. D’altro canto, le emissioni non-exhaust sono aumentate negli ultimi anni a seguito della proliferazione degli Sport Utility Vehicles (SUV), aumentati di circa dieci volte a livello globale, e veicoli elettrici, dato che questi tendono ad essere più pesanti dei corrispondenti veicoli con motore a combustione interna. Questo cambiamento ha portato ad una riduzione di emissioni di PM10 e PM2.5 nel settore dei trasporti più modesta rispetto a quella di altre sostanze inquinanti emesse solo dallo scarico degli autoveicoli (riduzione limitata al −49% e −55%, rispettivamente, dal 1990 al 2020). L’obiettivo di questo articolo è fornire una panoramica aggiornata sulla caratterizzazione del particolato non-exhaust, aggiungendo osservazioni dalla letteratura scientifica più recente per affrontare questa cruciale sfida ambientale e di salute pubblica. 

Il particolato non-exhaust costituisce, in peso, il 66% della frazione grossolana (particelle che vanno da 2.5 a 10 μm) e approssimativamente il 29% della frazione fine (particelle che vanno da 0.2 a 2.5 μm) delle concentrazioni di particolato nelle aree urbane. Queste emissioni non sono legate a specifiche categorie di tecnologie o alimentazioni autoveicolari e contribuiscono in maniera significativa all’inquinamento atmosferico da particolato. Attualmente, gli standard sulle emissioni non impongono alcuna regolamentazione riguardo le emissioni di particolato non-exhaust provenienti da veicoli già in circolazione. Anche se l’entrata in vigore dei prossimi standard Euro 7 introdurrà limiti alle emissioni di particolato da freni e da usura degli pneumatici, per questi ultimi è in via di definizione una metodologia di riferimento, mentre quella per le emissioni da freni è limitata all’esecuzione di test di laboratorio. Nei prossimi anni, si prevede lo sviluppo di nuove metodologie maggiormente rappresentative dei fenomeni del mondo reale, che tengano conto di variabili come la tipologia dei freni e degli pneumatici, così come della composizione della superficie stradale. Questi parametri, in combinazione con i diversi ambienti per le analisi (laboratorio o strada) e i diversi sistemi per la misurazione e il campionamento, aumentano l’incertezza dei risultati.

Esempio di metodologia di campionamento di particolato risospeso

Questo articolo fornisce una panoramica sulla caratterizzazione del particolato non-exhaust per ogni fonte di provenienza: freno, pneumatico e risospensione, descrivendo le attuali metodologie di campionamento e i fattori di emissione misurati:

  • si è riscontrato che le emissioni dovute all’usura del freno sono fortemente influenzate dal tipo di pastiglia e dalle condizioni di frenata, come il tipo di test e il peso del veicolo, così come il metodo di campionamento;
  • le emissioni da usura dello pneumatico sono spesso correlate al consumo della sua massa. Ad ogni modo, la perdita di massa di uno pneumatico non corrisponde precisamente all’emissione nell’atmosfera. Le particelle risospese influenzano la misurazione su strada del particolato da pneumatici, mentre i test di laboratorio sono limitati per via della loro inabilità a replicare totalmente un’usura dello pneumatico simile a quella verificata nelle condizioni reali su strada;
  • i fattori di emissione relativi alle polveri stradali risospese dipendono meno dai metodi di misurazione ma sono fortemente influenzati da condizioni metereologiche, livelli di traffico, manutenzione e lavaggio del manto stradale.

La misurazione del particolato non-exhaust rimane una sfida scientifica attuale per via delle difficoltà associate al campionamento in ambienti molto dinamici e inclini alla contaminazione. Sia le regolamentazioni che i costruttori richiedono test specifici per identificare il particolato emesso dagli pneumatici e dai freni. Pertanto, nell’immediato futuro, verranno adottati metodi standardizzati in ambienti controllati per fornire misurazioni chiare e prive di ambiguità. Tuttavia, data la necessità di condurre test direttamente sui veicoli in modo da ottenere valori di emissione che rispecchino fedelmente le condizioni reali, verranno valutati anche sistemi di misurazione più complessi, isolando freni e pneumatici senza alterare le condizioni del test.

L'articolo è disponibile in open access su Energies 2024, 17(16), 4079

Autori

  • Maria Antonietta Costagliola, Luca Marchitto, Rocco Giuzio - Istituto di Scienze e Tecnologie per l’Energia e La Mobilità Sostenibili (STEMS-CNR)
  • Simone Casadei, Tommaso Rossi, Simone Lixi, Davide Faedo - Innovhub—Stazioni Sperimentali per l’Industria S.r.l, Sustainable Mobility Team