Valutazione sperimentale delle emissioni e dei consumi di uno scooter Euro 3 in utilizzo reale

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CAPITOLO I 
 
INTRODUZIONE 
  
 
1.1 L’inquinamento atmosferico 
δ’inquinamento atmosferico risulta una tematica fortemente attuale. εalgrado gli 
sforzi fini ad oggi effettuati per la riduzione delle emissioni ed un miglioramento 
della qualità dell’aria e sebbene le emissioni di molti inquinanti atmosferici siano 
diminuite in modo sostanziale negli ultimi decenni, le concentrazioni degli stessi 
sono tuttavia ancora troppo elevate e i problemi legati all’inquinamento atmosferico  
persistono. Tale problematica diventa particolarmente importante nelle zone urbane, 
dove vive la maggior parte della popolazione europea e mondiale e nelle quali 
vengono superati i limiti fissati dalle norme in materia di qualità dell'aria in 
riferimento all'inquinamento da ozono, biossido di azoto e particolato. In modo 
particolare l’ozono e il particolato sono considerati i due inquinanti con i più gravi 
effetti sulla salute. È probabile che, negli ultimi anni, fino al 40 % della popolazione 
urbana europea sia stata esposta a concentrazioni ambientali di particolato granulare 
(indicato come PM
10
 ossia ‘’particulate matter’’ in cui il pedice 10 sta ad indicare 
che il diametro aerodinamico delle particelle è uguale o inferiore a 10 µm) superiori 
al limite fissato dall'UE a tutela della salute umana. Fino al 50 % della popolazione 
che vive in aree urbane può essere stata esposta a livelli di ozono superiori al valore 
obiettivo dell'UE. Janez Potočnik, Commissario dell'UE per l'Ambiente ha 
affermato in un’intervista “L'inquinamento atmosferico è nocivo per la nostra 
salute. Riduce l'aspettativa di vita di più di 8 mesi in media e di più di 2 anni nelle 
regioni e nelle città più inquinate. Gli Stati membri devono conformarsi 
velocemente alle norme dell'UE in materia di qualità dell'aria e ridurre le emissioni
6 
 
di inquinanti atmosferici” ,inoltre l’inquinamento atmosferico non danneggia solo 
l’uomo ma anche l’ambiente. In tabella 1.1 sono riportati i valori limite di 
riferimento per la protezione della salute umana previsti dal Decreto Legislativo 
155/2010 [1]. 
Inquinante Valore Limite 
Periodo di 
mediazione 
Legislazione 
Monossido di Carbonio  
(CO) 
Valore limite protezione salute umana, 
10 mg/m
3
 
Max media giornaliera 
calcolata su 8 ore 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Biossido di Azoto (NO
2
) 
Valore limite protezione salute umana, da 
non superare più di 18 volte per anno civile, 
200 µg/m
3
 
1 ora 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Valore limite protezione salute umana, 
40 µg/m
3
 
Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Soglia di allarme, 400 µg/m
3
 
1 ora 
(su 3 ore consecutive) 
D.L. 155/2010 
Allegato XII 
Biossido di Zolfo (SO
2
) 
Valore limite protezione salute umana da 
non superare più di 24 volte per anno civile, 
350 µg/m
3
 
1 ora 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Valore limite protezione salute umana da 
non superare più di 3 volte per anno civile, 
125 µg/m
3
 
24 ore 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Soglia di allarme, 500 µg/m
3
 
1 ora  
(su 3 ore consecutive) 
D.L. 155/2010 
Allegato XII 
Particolato Fine (PM
10
) 
Valore limite protezione salute umana, da 
non superare più di 35 volte per anno civile, 
50 µg/m
3
 
24 ore 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Valore limite protezione salute umana, 
40 µg/m
3
 
Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Particolato Fine (PM
2.5
) 
FASE I 
Valore limite, da raggiungere entro il 1° 
gennaio 2015, 25 µg/m
3
 
Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Particolato Fine (PM
2.5
) 
FASE II 
Valore limite, da raggiungere entro il 1° 
gennaio 2020, valore indicativo, 20 µg/m
3
 
Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Ozono (O
3
) 
Valore obiettivo per la protezione della 
salute umana, da non superare più di 25 
volte per anno civile come media su tre 
anni, 120 µg/m
3
 
Max media 
8 ore 
D.L. 155/2010 
Allegato VII 
Soglia di informazione, 180 µg/m
3
 1 ora 
D.L. 155/2010 
Allegato XII 
Soglia di allarme, 240 µg/m
3
 1 ora 
D.L. 155/2010 
Allegato XII 
Obiettivo a lungo termine per la protezione 
della salute umana, nell’arco di un anno 
civile. 
Max media 
8 ore 
D.L. 155/2010 
Allegato VII 
Valore obiettivo per la protezione della 
vegetazione, AOT40 (valori orari) come 
media su 5 anni: 
18.000 (µg/m
3
 /h) 
Da maggio a luglio 
D.L. 155/2010 
Allegato VII 
Obiettivo a lungo termine per la protezione 
della vegetazione, AOT40 (valori orari) : 
6.000 (µg/m
3
 /h) 
Da maggio a luglio 
D.L. 155/2010 
Allegato VII 
Benzene (C
6
H
6
) 
Valore limite protezione salute umana, 
5 µg/m
3
 
Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Benzo(a)pirene (C
20
H
12
) Valore obiettivo, 1 ng/m
3
 Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XIII
7 
 
Piombo (Pb) 
Valore limite, 0,5 µg/m
3
 Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XI 
Arsenico (Ar) Valore obiettivo, 6,0 ng/m
3
 Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XIII 
Cadmio (Cd) Valore obiettivo, 5,0 ng/m
3
 Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XIII 
Nichel (Ni) Valore obiettivo, 20,0 ng/m
3
 Anno civile 
D.L. 155/2010 
Allegato XIII 
Tabella 1.1: Valori limite degli inquinanti atmosferici per la protezione della salute umana. 
Una cattiva qualità dell'aria nell’uomo può provocare disturbi cardiaci, problemi 
respiratori, tumori ai polmoni, difficoltà di respirazione e altre malattie. 
Le conseguenze dell’ inquinamento atmosferico invece a livello ambientale sono 
tristemente note. Tra di esse si annoverano l'acidificazione, che è stata ridotta 
sostanzialmente tra il 1990 e il 2010 nelle zone ecosistemiche sensibili interessate 
da depositi acidi di composti in eccesso di azoto e zolfo. Rispetto 
all’eutrofizzazione, causata dall'introduzione di una quantità eccessiva di nutrienti 
negli ecosistemi, si registrano scarsi progressi. La superficie di ecosistemi sensibili 
interessata da un eccesso di azoto atmosferico è diminuita soltanto in modo lieve tra 
il 1990 e il 2010. I danni alle colture sono causati dall'esposizione ad alte 
concentrazioni di ozono. I dati statistici recenti, inerenti l’inquinamento e la relativa 
esposizione da parte della popolazione europea e l’ambiente, non sono confortanti, 
nonostante le ferree regolamentazioni emanate al riguardo. Nel 2012 il rapporto 
sviluppato dall’EEA (acronimo di European Environment Agency) riporta come, tra 
i principali inquinanti rilevati in aria, il particolato (PM) costituisca il maggior 
rischio per la salute dovuto all'inquinamento atmosferico nell'UE, che può condurre 
a morte prematura [2]. La relazione stima che nel 2010 il 21% della popolazione 
urbana sia stata esposta a livelli di concentrazione di PM
10
 superiori ai valori limite 
giornalieri più severi, fissati dall'UE a salvaguardia della salute. Fino al 30% della 
popolazione urbana era esposta a livelli di concentrazione del particolato più fine 
(indicato come PM
2,5
) superiori ai valori limite annuali  meno severi fissati dall'UE. 
Vi è inoltre l'ozono (O
3
), che può provocare problemi all'apparato respiratorio e 
condurre a morte prematura. L'esposizione nei centri urbani è molto elevata: il 97% 
degli abitanti delle città dell'UE nel 2010 era esposto a concentrazioni di
8 
 
ozono superiori al livello di riferimento dell'OMS (acronimo di Organizzazione 
εondiale della Sanità, costituisce l’Agenzie ONU per la salute) più restrittivo 
rispetto a quello stabilito a livello europeo, il 17% a concentrazioni superiori al 
valore obiettivo fissato dall'UE per l'ozono. Nel 2009, il 22% delle terre coltivabili 
in Europa era esposto a concentrazioni nocive di O
3
, che hanno provocato la perdita 
di raccolti. Bisogna inoltre considerare che il biossido di azoto (NO
2
) è una delle 
principali cause di eutrofizzazione (crescita eccessiva di piante e alghe nell'acqua) e 
di acidificazione e contribuisce inoltre alla formazione di PM e O
3
. Nel 2010, il 7% 
degli abitanti delle città europee era esposto a livelli di NO
2
 superiori ai valori 
limite dell'UE. Le emissioni a livello nazionale di ossidi di azoto in molti paesi 
europei superano ancora i massimali di emissione stabiliti dalla normativa dell'UE e 
previsti dagli accordi presi in ambito ONU. Tra le emissioni nocive vi è anche il 
benzo(a)pirene, tra le cui fonti vi è lo scarico dei motori diesel e di tutti i motori 
alimentati con combustibili pesanti (più pesanti della comune frazione delle benzine 
quindi nafte, cherosene, carbone, olii combustibili), che risulta  cancerogeno. Una 
percentuale importante della popolazione urbana nell'UE  era esposta nel 2010 a 
concentrazioni superiori al valore obiettivo dell'UE, che dovrà essere rispettato 
entro il 2013. L'aumento delle emissioni di BaP registrato in Europa nel corso degli 
ultimi anni è pertanto un motivo di preoccupazione. Il biossido di zolfo 
(SO
2
) costituisce invece un grande successo. Le emissioni sono state ridotte in 
misura significativa negli ultimi anni grazie alla normativa dell'UE che imponeva 
l'utilizzo di una tecnologia per eliminare le emissioni e di carburanti con un minore 
contenuto di zolfo. Il 2010 è stato il primo anno in cui la popolazione urbana 
dell'UE non era esposta a concentrazioni di SO
2
 superiori al valore limite dell'UE. 
Nell'UE le concentrazioni nell'aria esterna di monossido di carbonio, benzene e 
metalli pesanti (quali arsenico, cadmio, nichel, piombo) sono generalmente 
modeste, localizzate e sporadiche, con pochi casi di superamento dei valori limite e 
dei valori obiettivo fissati dalla normativa europea. A seguito di tale report, Janez 
Potočnik, Commissario per l'ambiente, ha dichiarato “Questa relazione serve a 
ricordarci quanto sia importante la qualità dell'aria per la salute dei nostri
9 
 
cittadini. Ecco perché voglio che il 2013 sia l'Anno della qualità dell'aria e perché 
intendo concentrarmi sul rafforzamento della nostra normativa in materia per poter 
affrontare i problemi che sono stati individuati oggi”. Dal suddetto report risulta 
chiara anche la posizione italiana in fatto di inquinamento atmosferico. La qualità 
dell’aria che si respira in Italia è tra le peggiori dell’Europa. Colpa del monossido di 
carbonio, dell’ozono, del particolato sospeso (o polveri sottili), ma anche del nichel, 
presente soprattutto nelle aree industriali del nord, e del benzene. In modo 
particolare nel 2010  l’Italia Settentrionale ha anche fatto registrare ripetutamente i 
più alti record di concentrazione di ozono nell’atmosfera, superando di oltre due 
volte la soglia limite. Tale situazione, descritta per il nostro Paese, è stata 
denunciate anche da Legambiente nel dossier ‘’εal’aria di città’’ pubblicato nel 
gennaio del 2012 [3]. In tale report si afferma come i processi industriali, di 
produzione di energia ed, in città prevalentemente il traffico veicolare e i 
riscaldamenti, siano  le principali fonti di emissione di polveri fini, ossidi di azoto, 
dei precursori dell’ozono o di altri inquinanti come gli idrocarburi policiclici 
aromatici o il monossido di carbonio. Tra le cause elencate, soffermiamo dunque la 
nostra attenzione sul traffico veicolare, oggetto del presente lavoro di tesi. δ’EEA 
ha riportato nel 2011 differenti mappe con precisione di 5 km in cui si 
individuavano le principali fonti di inquinamento diffuso, tra le quali spicca 
prepotentemente il trasporto veicolare, atte ad incrementare in modo particolare i 
livelli di alcuni inquinanti come gli ossidi d’azoto e il particolato [4]. Tali mappe 
permettono ai cittadini di avere una visione dettagliata su scala 5 km per 5 km. 
Inoltre, tali dati possono essere utilizzati dagli esperti in materia di qualità dell’aria 
per i loro lavori di modellizzazione, e ciò permette di valutare gli effetti 
sull’ambiente delle emissioni locali. Le mappe relative alla distribuzione geografica 
rivelano ad esempio, la presenza di “punti caldi” in materia di emissioni di 
ammoniaca (NH
3
) provenienti dall’agricoltura della pianura padana in Italia, dalla 
regione francese della Bretagna, e dai paesi del Benelux. Esse inoltre mostrano 
l’estensione delle emissioni di ossidi di azoto e PM
10
 dovute al trasporto su strada 
nelle grandi zone urbane e lungo le principali reti stradali. Nelle città il trasporto su
10 
 
strada è largamente responsabile infatti dei livelli di PM
10
 nell’aria che respiriamo. 
Sfruttando tale mappe è possibile inoltre conoscere i livelli di ciascun inquinante, 
elencati precedentemente, espressi in tonnellate per elemento della griglia in un 
qualsiasi comune o quartiere europeo fino ad una distanza minima di 5 km. Già nel 
β011, l’EEA affermava come il settore dei trasporti contribuisse per il 49% 
all’aumento dei livelli dei gas serra e come il consumo energetico annuo legato al 
settore di trasporti fosse in continua crescita. Il trend registrato nel 2012 non è 
molto dissimile, con la sola differenza che i leggeri miglioramenti registrati in fatto 
di emissioni siano probabilmente legati, secondo gli esperti, unicamente alla 
riduzione delle attività economiche durante la recessione. Le norme Euro per i 
veicoli, per quanto nel complesso abbiano prodotto sostanziali miglioramenti della 
qualità dell’aria, non sono riuscite a ridurre nel concreto le emissioni di biossido di 
azoto ai livelli stabiliti dalla legislazione. Jacqueline McGlade, direttore esecutivo 
dell’EEA, ha dichiarato al riguardo “Una delle grandi sfide del XXI secolo sarà 
quella di attenuare gli effetti negativi dei trasporti, gas a effetto serra, 
inquinamento atmosferico e acustico, pur mantenendo le caratteristiche positive 
della mobilità. L'Europa può dare l'esempio intensificando gli sforzi sulla ricerca e 
sull’innovazione tecnologica nel campo della mobilità elettrica. Tale cambiamento 
potrebbe trasformare la vita all’interno delle città”. La relazione annuale redatta 
dall’EEA nell’ambito del Transport and Environment Reporting εechanism 
(definito con l’acronimo TERε) valuta infatti che le persone residenti vicino strade 
molto trafficate sono particolarmente esposte all’inquinamento atmosferico, come 
inoltre la domanda di trasporto passeggeri è scesa quasi dell'1 % tra il 2009 e il 
2010 [5]. Questo dato sembra contrastare con la tendenza di lungo periodo registrata 
negli anni precedenti, perché da quando sono cominciati i rilevamenti, ossia metà 
degli anni ’90, la domanda di trasporto dei passeggeri era aumentata costantemente 
in tutta l'Unione Europea. Dall’altro lato la relazione informa che l'uso dell’auto 
privata è rimasto più o meno stabile, nonostante la recessione economica e le 
oscillazioni del prezzo del carburante degli ultimi dieci anni. In alcuni casi, inoltre i 
prezzi possono indurre le persone a compiere scelte che sono dannose per
11 
 
l'ambiente. δ'acquisto di un’auto è diventato sempre più conveniente in termini reali 
a partire dalla metà degli anni ‘90, sottolinea la relazione, mentre sono diventati più 
costosi i viaggi in treno e il trasporto marittimo dei passeggeri. Tuttavia le nuove 
auto stanno diventando più efficienti nell’uso e nel consumo del carburante. 
δ’autovettura venduta in media nel β011 è risultata del γ,γ % più efficiente rispetto 
a quella venduta in media l'anno precedente. Comunque il contributo del trasporto 
ed in modo particolare quello veicolare all’inquinamento atmosferico risulta essere 
elevato come attesta il seguente grafico estrapolato dalla relazione annuale e 
riportato in figura 1.2. 
 
Figura 1.1: Quota parte delle emissioni legate al settore trasporti e relativa suddivisione 
secondo la modalità di trasporto, anno 2010 [5].
12 
 
Come si evince dalla figura 1.β, rispetto all’intero settore dei trasporti nelle 
differenti modalità di trasporto esistenti, quello veicolare contribuisce 
maggiormente alle emissioni per quanto riguarda gli NO
x
, i NMVOC (acronimo di 
‘’non-methane volatile organic compounds’’, coincidenti con i VOC, ossia i 
composti organici volatili, con la sola esclusione del metano), monossido di 
carbonio (CO), PM
10
 e PM
2,5
. Risulta in modo particolare che il contributo alle 
emissioni di monossido di carbonio sia dato quasi unicamente dal trasporto 
veicolare, essendo le altre aliquote praticamente irrilevanti. Prima di procedere con 
ulteriori considerazioni, occorre fare una breve panoramica sugli inquinanti prodotti 
dal trasporto veicolare (tra i quali rientra il particolato, sul quale abbiamo già in 
parte discusso), al fine di chiarire meglio i concetti appena espressi. Con il termine 
NO
x 
si intendono principalmente l’insieme di monossido e biossido di azoto 
(costituenti però una miscela di gas più ampia nella realtà), che vengono prodotti a 
seguito di una qualsiasi fase di combustione soprattutto ad elevate temperature 
(degli NO
x
 prodotti, solo il 5% è biossido, che si può formare anche in atmosfera 
come inquinante secondario, ed il restante 95% è ossido d’azoto). Il monossido di 
carbonio CO, si forma invece durante la combustione delle sostanze organiche, 
quando questa è incompleta. Si definiscono inoltre “composti organici volatili” 
(VOC) un insieme di specie di natura organica caratterizzate da basse pressioni di 
vapore a temperatura ambiente che si trovano quindi in atmosfera principalmente in 
fase gassosa. Il numero dei composti organici volatili osservati in atmosfera, sia in 
aree urbane sia remote, è molto alto e comprende oltre agli idrocarburi (composti 
contenenti soltanto carbonio e ossigeno) anche specie ossigenate quali chetoni, 
aldeidi, alcoli, acidi ed esteri. Infine l’anidride carbonica o biossido di carbonio è 
comunemente ben nota come uno dei gas responsabili dell’effetto serra e quindi del 
riscaldamento globale, prodotto a seguito dei processi di combustione in quantità 
maggiore se si consideri una reazione che avvenga in condizioni stechiometriche. 
Dopo tale breve digressione, è importante sottolineare che tra i principali obiettivi 
che l’Unione Europea si pone nei prossimi anni rientra in maniera preponderante il 
raggiungimento di una mobilità sostenibile, tramite la riduzione dei limiti di
13 
 
velocità cittadini a 30 km/h e la creazione di una rete ciclabile, già in atto, che ha 
come scopo l’abbattimento delle emissioni degli inquinanti in aria legate al 
trasporto veicolare.  
1.2 Il contributo dei veicoli a due ruote all’inquinamento urbano 
Nella situazione descritta nel precedente paragrafo, le due ruote ricoprono un ruolo 
sociale rilevante. δ’APcom ( acronimo di Associated Press, oggi nota col nome di 
TMnews, è una delle principali agenzie stampa italiane con sede a Roma, Milano e 
varie sedi in capitali europee e Stati Uniti d’America presso New York) in un 
articolo del 2009 afferma come nel 2020 le emissioni di idrocarburi da parte di 
moto e motocicli saranno più importanti di quelli di tutte le altre categorie di veicoli 
nell'Unione Europea [6]. Il controllo delle emissioni di questi veicoli diventa 
dunque indispensabile, considerando inoltre che il loro apporto all'inquinamento 
dell'aria aumenterà nel corso degli anni, soprattutto nelle città. I dati da cui nascono 
tali affermazioni sono stati raccolti in uno studio sulle misure per ridurre 
l'inquinamento dei veicoli a due ruote elaborato dall'Università di Tessalonica per 
conto della Commissione europea [7]. Secondo la suddetta ricerca, il contributo 
delle due ruote a motore alle emissioni di NOx e delle particelle sottili dovrebbe 
crescere regolarmente di qui al 2020, a causa di un calo di quelle dei veicoli 
passeggeri e dei mezzi pesanti, come previsto dalle norme Euro 5 e 6. Dovrebbero 
tuttavia restare poco rilevanti, nell'ordine del 2% per il biossido di azoto e del 5% 
per le polveri sottili. Le due ruote rappresentano attualmente lo 0,7% dei gas a 
effetto serra emessi nel settore trasporti, così come il 9% del monossido di carbonio 
e il 12% di idrocarburi. “In materia di due ruote, la regolamentazione è in ritardo 
di almeno una dozzina d'anni rispetto a quella per le auto. Proprio perché il loro 
contributo al traffico è marginale, e percorrono meno chilometri l'anno, la Ue ha 
trascurato, e in fondo dimenticato il loro impatto ambientale”  afferma la ricerca. E 
dunque il margine di miglioramento resta tuttora quanto mai ampio. L'Associazione 
dei costruttori europei di motocicli (indicata con l’acronimo Acem), che riunisce la 
maggior parte dei marchi e copre il 95% del mercato europeo, auspica che la