Emissioni veicolari e qualità dell'aria: l'impatto dei MCI e le tecnologie per il controllo degli inquinanti

Transportation of goods and people is a cornerstone of modern society: it enables the exchange of goods and services, individual and collective mobility, and, in general, economic and social development. Centuries of innovation have led to the development of a complex and articulated mobility system, which is mainly based on consolidated technologies. Among these, Internal Combustion Engines (ICEs) play a predominant role. Their diffusion is due to a combination of favorable factors, both economic and technological: such as large-scale production, which has allowed to drastically reduce manufacturing costs, and the availability of fossil fuels at a relatively low cost. A fundamental advantage of ICEs is their ability to store a large amount of energy on board the vehicle in the form of liquid fuel. This translates into a wide range of action, making them particularly practical for long-distance journeys. However, it is not a technology without drawbacks. One of the main ones is the environmental impact: the use of fossil fuels generates air pollution and greenhouse gas emissions, contributing to global warming and deteriorating air quality. In recent years, in an attempt to reduce dependence on fossil fuels and emissions, new alternative propulsion systems have emerged. Among the main options are hybrid electric vehicles (HEVs), and battery electric vehicles (BEVs). However, the widespread diffusion of these systems still presents numerous obstacles, and the main limitations concern battery charging times, vehicle range, and their high cost. This kind of "competition" between ICEs and the aforementioned alternatives is stimulating a positive evolution of the internal combustion engine itself, pushing the development of methods for improving efficiency and further reducing polluting emissions. In light of these considerations, this thesis aims to provide an overview of ICE technology with particular attention to the environmental impact.

Il trasporto di merci e persone rappresenta un pilastro della società moderna: permette lo scambio di beni e servizi, la mobilità individuale e collettiva e, in generale, lo sviluppo economico e sociale. Secoli di innovazione hanno portato allo sviluppo di un sistema di mobilità complesso e articolato, che si basa principalmente su tecnologie consolidate. Tra queste, i Motori a Combustione Interna (MCI) rivestono un ruolo predominante. La loro diffusione è dovuta ad una combinazione di fattori favorevoli sia economici che tecnologici, come la produzione su larga scala, che ha permesso di ridurre drasticamente i costi di fabbricazione, e la reperibilità di combustibili fossili a un costo relativamente basso. Un vantaggio fondamentale dei MCI è la loro capacità di stoccare a bordo del veicolo una grande quantità di energia sotto forma di combustibile liquido. Questo si traduce in un'ampia autonomia, rendendoli particolarmente pratici per tragitti su lunga distanza. Tuttavia, non è una tecnologia priva di svantaggi. Uno dei principali è l’impatto ambientale: l'utilizzo di combustibili fossili genera inquinamento atmosferico ed emissioni di gas serra, contribuendo al riscaldamento globale e al deterioramento della qualità dell’aria. Negli ultimi anni, nel tentativo di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e le emissioni, sono emersi nuovi sistemi di propulsione alternativi. Tra le principali opzioni vi sono i veicoli elettrici ibridi (HEV, da Hybrid Electric Vehicles) e i veicoli elettrici a batteria (BEV, da Battery Electric Vehicles). La diffusione su larga scala di questi sistemi però presenta ancora numerosi ostacoli, e le principali limitazioni riguardano i tempi di ricarica delle batterie, l’autonomia dei veicoli e il loro elevato costo. Questa sorta di “competizione” tra i MCI e le alternative sopracitate sta stimolando un’evoluzione positiva del motore termico stesso, spingendo lo sviluppo di metodi per il miglioramento dell’efficienza e per l’ulteriore riduzione delle emissioni inquinanti. Alla luce di queste considerazioni, questa tesi si propone di fornire una panoramica della tecnologia dei MCI prestando particolare attenzione all’impatto ambientale.