Una breve analisi del dilemma delle emissioni di scarico dei veicoli diesel e delle prospettive future

In futuro, i limiti alle emissioni di gas di scarico nel settore automobilistico saranno ulteriormente inaspriti e la supervisione delle nuove normative sulle emissioni sarà guidata dagli Stati Uniti e dall'Europa. Mentre negli Stati Uniti i veicoli diesel rappresentano meno dell'1% di tutte le immatricolazioni di veicoli, la situazione è molto diversa in Europa, dove i veicoli diesel rappresentano circa il 50% delle immatricolazioni di veicoli.

Rispetto ai motori a benzina, il controllo delle emissioni di scarico dei motori diesel è più complicato (riguarda principalmente le emissioni di ossidi di azoto e particolato). Di conseguenza, le case automobilistiche saranno costrette ad adottare tecnologie relativamente nuove, e i costi tecnologici aumenteranno ulteriormente. Lo scenario futuro più probabile è che entro il 2030 la quota di mercato dei veicoli diesel diminuirà drasticamente. Tuttavia, i veicoli diesel manterranno una posizione di mercato relativamente buona nel segmento delle autovetture di fascia medio-alta (la quota di mercato raggiungerà oltre il 50%).

Problemi ambientali causati dai motori diesel

Il settore dei trasporti è una delle principali fonti di inquinamento atmosferico. Sebbene il settore dei trasporti abbia ottenuto risultati significativi in ​​termini di riduzione delle emissioni nell'ultimo decennio, le emissioni di ossido di azoto rappresentano ancora una quota elevata. Per quanto riguarda le emissioni di ossido di azoto, il settore dei trasporti è responsabile del 46% delle emissioni totali dei 28 paesi dell'UE, mentre i veicoli diesel sono responsabili dell'80% delle emissioni totali dell'intero settore dei trasporti, il che lo rende un obiettivo chiave della politica di riduzione delle emissioni del governo.

Dagli standard europei sulle emissioni Fase 4 a quelli sulle emissioni Fase 6, il limite delle emissioni di ossido di azoto per i veicoli diesel è sceso del 68%. Tuttavia, i risultati delle analisi degli ultimi anni hanno dimostrato che i risultati dei test ottenuti in condizioni convenzionali durante le prove su strada sono spesso significativamente inferiori a quelli ottenuti nei test di laboratorio "ufficiali" utilizzando il Nuovo ciclo di guida europeo (NEDC). Gli inquinanti che superano lo standard non sono solo gli ossidi di azoto. La quantità di anidride carbonica prodotta è inoltre superiore del 20-30% rispetto ai dati di misurazione ufficiali, una differenza di gran lunga maggiore rispetto alla differenza tra i due dati degli ossidi di azoto (ovvero prove di laboratorio e su strada). Ciò è ancora più vero per i dati di misurazione dei veicoli diesel. I risultati dei test su strada dei veicoli diesel sono da quattro a cinque volte superiori rispetto ai dati dei test di laboratorio.

Per questo motivo le emissioni di ossido di azoto sono diventate un grave svantaggio dei motori diesel. Le case automobilistiche europee devono affrontare questo problema. I veicoli diesel rappresentano circa il 50% dei veicoli immatricolati nell'Unione Europea, in netto contrasto con la situazione negli altri principali mercati automobilistici. Nei mercati statunitense, cinese e giapponese, i veicoli a benzina occupano saldamente una posizione dominante sul mercato, mentre i veicoli diesel ne rappresentano una piccola quota. In Asia, l'unica eccezione è l'India, dove i veicoli diesel rappresentano circa il 50% della quota di mercato.

Le normative dell’UE stanno diventando sempre più severe

L'UE sta ora lavorando per inasprire le normative sulle emissioni (dallo standard Euro 6 a Euro 6d), migliorando al contempo le procedure di prova per i veicoli leggeri e cercando di ridurre il consumo di carburante. Nei test su strada, le emissioni dei veicoli leggeri aumenteranno notevolmente rispetto ai risultati dei test di laboratorio. Sono attualmente in fase di sviluppo due nuove procedure di prova per valutare le prestazioni in termini di emissioni dei veicoli in condizioni di guida reali: la procedura Real Driving Emissions (RDE), che misura gli inquinanti controllati, e la Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure (WLTP), che misura le emissioni di CO2.

La Commissione Europea intende introdurre norme obbligatorie sui test delle emissioni in condizioni reali per i veicoli leggeri nel 2017. Secondo le nuove norme, verrà utilizzato un sistema di test delle emissioni dei veicoli (PEMS) per condurre prove su strada sulla cilindrata dei veicoli. Questa nuova regolamentazione comporterà notevoli cambiamenti per i produttori di apparecchiature originali (OEM) e un corrispondente aumento dei costi. La necessità di utilizzare i sistemi di controllo delle emissioni in un'ampia gamma di condizioni operative ha costretto le case automobilistiche a ristrutturare la logistica delle omologazioni e a richiedere l'uso di nuove tecnologie di misurazione.

Costi di efficienza dei propulsori diesel

Il miglioramento dell'efficienza dei gruppi propulsori diesel sarà un'importante leva su cui le case automobilistiche dell'UE dovranno puntare nella corsa al raggiungimento dei nuovi obiettivi dell'Unione in materia di emissioni (di CO2 o NOx), anche se ciò potrebbe comportare costi di controllo delle emissioni più elevati per le case automobilistiche.

Innanzitutto, le case automobilistiche devono garantire che le emissioni di anidride carbonica diminuiscano di 38 g di CO2/km per rispettare il nuovo obiettivo di emissione per il 2021: 95 g di CO2/km.

Ovviamente, l'intera strategia di riduzione delle emissioni di CO2 dovrebbe basarsi sul tema principale dei "motori diesel come nucleo", per ridurre l'attuale divario di cilindrata. Inoltre, sono necessari ulteriori investimenti nel reparto R&S.

L'analisi dimostra che esiste una relazione non lineare tra le emissioni di ossido di azoto dei veicoli diesel e i relativi costi di controllo dello spostamento: per raggiungere i limiti della norma europea sulle emissioni Fase VI, i costi di controllo dello spostamento richiesti sono tre volte superiori ai costi richiesti per la norma europea sulle emissioni Fase III.

Rispetto ai motori a benzina, i motori diesel presentano costi di controllo e di riduzione delle emissioni più elevati. Sebbene gli standard per i veicoli a benzina siano più severi, la tecnologia di controllo delle emissioni per i motori a benzina (dispositivi di controllo dell'aria e del carburante e post-trattamento catalitico) ha un elevato livello di maturità tecnica e bassi costi di conformità incrementali. D'altro canto, la tecnologia di controllo delle emissioni dei veicoli diesel (compreso il controllo dell'aria compressa, l'iniezione del carburante e la tecnologia di post-trattamento) è più complessa e richiede costi più elevati.

Motori Diesel – Scenari Futuri

Per quanto riguarda lo scenario futuro dei motori diesel, facciamo le seguenti previsioni tenendo conto delle tendenze di mercato, delle politiche, delle normative e delle tecnologie:

Tendenza del mercato: i veicoli diesel continueranno ad attrarre un gran numero di utenti, poiché il costo totale di proprietà (TCO) è uno degli indicatori importanti da considerare al momento dell'acquisto. Il modello TCO (che include ammortamento, costi del carburante, assicurazione, manutenzione, tasse e imposte e riparazioni) mostra che nei prossimi tre-cinque anni i veicoli diesel avranno un TCO inferiore rispetto ai loro principali concorrenti, i veicoli a benzina.

Normativa e regolamentazione: l'analisi dimostra che i veicoli spostano di più nei test su strada rispetto ai test di laboratorio, il che riguarda i veicoli diesel, con il problema principale rappresentato dalle emissioni di ossido di azoto. Il 12 febbraio 2016, la Commissione Europea ha approvato le normative pertinenti che consentono l'introduzione del test RDE, stabilendo il limite di emissione (80 mg/km) e la data di attuazione della strategia "in due fasi": Fase 1: adozione di un fattore di conformità di 2,1 a partire da settembre 2017. Fase 2: dal 2020 verrà adottato un fattore di conformità di 1,5.

Infine, il fattore di conformità introduce un valore di tolleranza superiore al limite stabilito, che ha lo scopo di dare ai costruttori di automobili il tempo di adattarsi gradualmente alle nuove normative RDE.

Tecnologia: fornisce una tecnologia di post-trattamento per ridurre le emissioni di sostanze nocive dai motori diesel (DOC: catalizzatore di ossidazione diesel, DPF: filtro antiparticolato diesel, SCR: riduzione catalitica selettiva, LNT: sistema di riduzione catalitica ad adsorbimento), ma la tecnologia di cui sopra richiede alle case automobilistiche di aumentare gli investimenti, il che significa maggiori costi.

A causa dell'aumento del costo del "diesel pulito", si prevede che i motori diesel perderanno quote di mercato in modo significativo, soprattutto nei segmenti di veicoli di fascia bassa. Tuttavia, ciò contribuirà anche a raggiungere i valori obiettivo delle norme sui limiti di cilindrata e i veicoli diesel occuperanno anche un posto nel segmento delle auto di fascia medio-alta.

Approfondimenti del settore

Sono stati compiuti progressi nella ricerca e nello sviluppo che potrebbero potenzialmente migliorare le emissioni dei motori diesel senza sostituire le apparecchiature. Di conseguenza, i produttori di auto di lusso e di massa ristruttureranno la loro offerta di propulsori, aumentando anche la quota di motori più piccoli.

Soprattutto per quanto riguarda le case automobilistiche di fascia alta, quasi tutte stanno introducendo motori base da 2000 cc nel segmento di mercato di fascia medio-alta e hanno ridotto il numero di cilindri in tutte le loro linee di prodotti di trasmissione (da 8 cilindri a 6 cilindri o da 6 cilindri a 4 cilindri, con una cilindrata singola di circa 500 cc).

Le case automobilistiche di massa si sono impegnate a utilizzare motori più piccoli, sostituendo i motori da 1,6 e 1,8 litri e sostituendo i turbocompressori, per offrire agli utenti l'esperienza di guida e i bassi consumi di carburante che desiderano.

Insomma

Nel contesto di norme sempre più severe sulle emissioni di gas di scarico delle automobili, i motori diesel "puliti" continueranno a svolgere un ruolo importante nell'aiutare le case automobilistiche a raggiungere i loro obiettivi di riduzione delle emissioni nei prossimi cinque o dieci anni. Tuttavia, il diesel pulito è più costoso e si prevede che perderà quote di mercato significative, soprattutto nel segmento delle auto di fascia bassa, ma i veicoli diesel continueranno ad avere un posto nei segmenti delle auto di fascia media e alta. Le auto diesel rappresentano un grosso grattacapo per l'Unione Europea (e per l'India) e, sebbene le case automobilistiche europee abbiano lavorato duramente per migliorare la tecnologia diesel in altri mercati automobilistici, se vogliono competere nel mercato automobilistico europeo devono adottare misure strategiche che possono essere riassunte in due categorie: tecnologia e mercato.

Dal punto di vista tecnologico, le case automobilistiche devono sviluppare e implementare le tecnologie necessarie per adottare standard e procedure di test RDE più rigorosi per colmare il divario con gli obiettivi di emissione, a condizione che i costi commerciali siano ragionevoli, ovvero che le case automobilistiche non scarichino costi eccessivi sugli utenti finali. Inoltre, le case automobilistiche devono anche configurare soluzioni alternative per il sistema di trasmissione, come veicoli elettrici o veicoli ibridi.

Per quanto riguarda il mercato, le case automobilistiche hanno spostato l'attenzione sui veicoli diesel verso i segmenti di fascia media e alta e hanno convinto gli utenti finali e i decisori politici che i veicoli diesel non presentano problemi di inquinamento ambientale.

Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.