SISTEMI DI POST TRATTAMENTO DEI GAS DI SCARICO ... - FedOA

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Le proprietà chimico fisiche del particolato cambiano quando il gas di scarico entra nel tunnel di diluizione, si mescola con l’aria e viene raffreddato sotto i 52°C. Gli idrocarburi pesanti, che sono derivati dall’olio lubrificante e dal combustibile non bruciato, condensano e sono assorbiti sulla superficie delle particelle di carbone formando la parte organica del PM (SOF). Se la quantità di particelle di carbone che possono fare da spugna per gli idrocarburi è insufficiente, allora questi si raccoglieranno formando un incremento della parte volatile (liquida) delle particelle in modo nucleo. Nel tunnel di diluizione, il totale degli idrocarburi della camera di combustione, vengono divisi fra particolato (SOF) e fase gassosa degli idrocarburi (almeno in teoria; in pratica una parte degli idrocarburi dello scarico può essere misurato e giustificato due volte: nella fase di particolato e nella fase gassosa). L’acido solforico nei gas di scarico dei motori diesel è derivato dal contenuto di zolfo. Come abbiamo detto circa il 5% del contenuto di zolfo nel combustibile, lascia la camera di combustione sotto forma di SO3 e in presenza di acqua reagisce per produrre acido solforico: SO3+H2O=H2SO4 Il particolato dei solfati sono formati nel tunnel di diluizione attraverso un processo di eteronucleazione dalle molecole di H2SO4 e acqua e si deposita sul filtro insieme al materiale carbonioso durante la misura della massa di PM. Si è visto che il particolato da solfati, esistendo nella fase di accumulazione e mescolata con carbone e materiale SOF organico, sono anche un’importante sorgente di particelle in fase nucleo (H2SO4-H2O). La composizione del PM varia molto a secondo della tecnologia del motore, del tipo di prova e, nel caso del particolato dai solfati, dal contenuto di zolfo nel combustibile. Un esempio di composizione di PM da un motore diesel heavy-duty è illustrato in figura. Figura 1.3: Composizione del particolato per un motore diesel HD. Il particolato diesel include come parte del SOF, altre classi di idrocarburi pesanti o idrocarburi derivati, materiale di speciale interesse, per esempio gli idrocarburi policiclici aromatici (PAH) o le diossine. La concentrazione di queste sostanze sono basse in confronto al PM, che diventano 14
invisibili se le si mette a confronto con gli altri inquinanti, però hanno un’elevata attività biologica allo stato puro e la presenza di pochi di questi componenti nei gas di scarico, preoccupano. Frazione solida Carbone La frazione solida del particolato diesel è composta principalmente da carbonio, alcune volte riferita anche come “carbone inorganico”. Questo carbonio, chimicamente non lega con altri elementi, è chiamato carbone nero o soot-fuliggine, sostanza responsabile del fumo nero delle emissioni. La frazione carboniosa del PM risulta dal processo di combustione eterogeneo nel motore diesel, dove i precursori delle particelle solide sono formate nella fiamma premiscelata e diffusiva. Gli atomi di carbonio (il soot delle particelle) che hanno una struttura esagonale, si mettono insieme formando una struttura platelet-like. Questi platelets si raggruppano in strati, da due a cinque e vanno a formare cristalliti di grafite a forma di foglie. Le cristalliti sono impacchettati in modo casuale con i Figura 1.4: Strutture primarie delle particelle carboniose. loro piani generalmente paralleli alla faccia della particella principale (per esempio modo nucleo). Le principali particelle agglomerate presenti nel cilindro, viaggiano attraverso il sistema di scarico e vengono poi scaricati nell’atmosfera. La struttura di un agglomerato diesel è mostrato nella figura 6 grazie a un microscopio (Transmission Electron Microscope). La particella singola dell’agglomerato è formata da numerosi cristalliti di grafite, pochi nanometri in misura che formano una struttura a cipolla come in figura 5. Figura 1.5: Struttura di una particella con microscopio TEM. 15
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