VERSO LA DECARBONIZZAZIONE DEL MOTORE A BENZINA: STUDIO SPERIMENTALE DI UN MOTORE A INIEZIONE DIRETTA ALIMENTATO CON BENZINA ADDIZIONATA CON BIOETANOLO, IDROGENO ED AMMONIACA

L'urgente necessità di mitigare l'impatto climalterante e garantire la sicurezza energetica impone una progressiva transizione verso l'impiego di vettori a zero emissioni di carbonio (carbon-free) nel settore dei trasporti. Una delle soluzioni a più rapida implementazione per il parco veicolare esistente è la parziale sostituzione dei combustibili convenzionali tramite architetture multi-fuel. In tale contesto, il presente studio indaga gli effetti della sostituzione della benzina commerciale (EN228) con una miscela al 20% v/v di bioetanolo (E20), impiegata come combustibile base in un motore sovralimentato ad accensione comandata a iniezione diretta (GDI). Il motore opera in co-alimentazione mediante l'iniezione nel collettore di aspirazione di due distinte correnti gassose: l’idrogeno molecolare puro (H2) e una miscela ternaria NH3/H2/N2 (10/70/20 % v/v). La campagna sperimentale è stata condotta a regime e carico stazionari, imponendo una quota energetica sostitutiva (Energy Substitution Ratio, ESR) del 30% per i vettori gassosi. Il coefficiente di eccesso d'aria (λ) è stato modulato al fine di esplorare un dominio operativo che spazia dalle condizioni stechiometriche fino a regimi di miscela ultra-magra, con l'obiettivo primario di valutare il ruolo dell'etanolo come promotore termochimico per la stabilizzazione del processo di combustione e per l'ottimizzazione del bilancio emissivo globale. La caratterizzazione termodinamica dimostra che le peculiarità chimico-fisiche dell’E20, in particolare l’elevato calore latente di vaporizzazione e la presenza di ossigeno intramolecolare, determinano un incremento sistematico dell’efficienza di combustione e riducono la variabilità ciclica rispetto alle campagne sperimentali di riferimento con EN228. Tale effetto risulta particolarmente marcato nella co-alimentazione con la miscela contenente ammoniaca (NH3), in quanto, in questo assetto, l’azione promotrice dell’E20 compensa efficacemente l'intrinseca tardività cinetica dell’NH3, accelerando i processi ossidativi e, al contempo, preservando la stabilità del ciclo termodinamico. Sotto il profilo emissivo, l’impiego dell’E20 si traduce in un significativo abbattimento degli incombusti carboniosi e della CO2, a fronte, tuttavia, di modifiche nella chimica dell’azoto che comportano un notevole innalzamento delle emissioni di protossido di azoto (N2O) in condizioni stechiometriche e lievi incrementi di biossido di azoto (NO2) in condizioni di miscela magra.