VALUTAZIONE DELL'IMPRONTA AMBIENTALE DI UN MOTORE DIESEL-METANOLO PER LA PROPULSIONE MARINA: UN APPROCCIO SPERIMENTALE

Abstract

Il progetto è stato sviluppato per valutare l’impatto ambientale di un motore convertito dual fuel alimentato a diesel e metanolo, in grado di operare in due modalità: dual fuel e solo diesel. Il metanolo viene iniettato in forma gassosa all’interno del collettore di aspirazione. Da un punto di vista pratico, il metanolo richiede specifici accorgimenti progettuali per l’adattamento dei locali di bordo e del motore stesso, che necessita dell’installazione di un kit di conversione per abilitare la modalità dual fuel. Il motore è stato testato al banco prova per valutarne le prestazioni, e i risultati ottenuti sono stati utilizzati per condurre una valutazione quantitativa del metanolo come combustibile. Le prove hanno inoltre avuto lo scopo di verificare le emissioni dei principali inquinanti nell’ambito del processo di omologazione. Utilizzando lo stesso set di dati, è stato sviluppato un modello matematico basato su regressioni polinomiali per caratterizzare il comportamento del motore in condizioni statiche. L’analisi quantitativa ha mostrato che il metanolo possiede proprietà favorevoli come combustibile per i motori a combustione interna, consentendo un buon rapporto di sostituzione, mantenendo le stesse prestazioni del motore diesel di riferimento. I risultati indicano benefici apprezzabili in termini di riduzione degli NOX. Tuttavia, considerando esclusivamente la fase operativa del motore, le emissioni di CO₂ non mostrano miglioramenti significativi. Per ottenere una reale riduzione della CO₂ è necessario utilizzare metanolo verde e considerare i processi di produzione e distribuzione. Come previsto dagli studi precedenti, il funzionamento a metanolo comporta un aumento delle emissioni di CO e HC, rendendo necessario l’impiego di un catalizzatore ossidante. Le misure al banco prova mostrano inoltre che le emissioni di NOX del motore, rispettano i limiti IMO Tier II, ma non Tier III, per cui è necessario installare un sistema SCR.

The project was developed to assess the environmental impact of a converted dual-fuel engine powered by both diesel and methanol and capable of operating in two distinct modes: dual-fuel and diesel-only. Methanol is supplied through a port fuel injection mode, meaning it is injected in gaseous form into the intake manifold. From a practical standpoint, methanol requires specific design measures to adapt the onboard spaces, particularly due to its pronounced corrosiveness, as well as the engine itself, which indeed requires the installation of a conversion kit to enable the dual-fuel operating mode. The engine was tested on a test bench to evaluate its performance, and these results were used to conduct a quantitative assessment of methanol as a fuel. The tests also aimed to verify the emissions of the main pollutants as part of the homologation process. Using the same dataset, a mathematical model based on polynomial regressions was developed to characterize the engine’s behavior under static operating conditions. The quantitative analysis showed that methanol has favorable properties as a fuel for internal combustion engines, enabling diesel substitution levels of slightly above 60%, maintaining the same performance of the diesel baseline engine. Regarding emissions, the results indicate appreciable benefits in terms of NOX reduction. However, when considering only the engine’s operational phase, CO2 emissions do not show significant improvements. To truly achieve CO2 reduction, it is necessary to use green methanol and account for its production and distribution processes in a well-to-wake evaluation. As expected from previous studies, methanol operation leads to increased CO and HC emissions, which makes the use of an oxidation catalyst necessary. Test bench measurements also show that the engine’s NOX emissions, in both operating modes, comply with IMO Tier II limits but not IMO Tier III, for which an SCR system is necessary.