Come funziona il test PEMS, il dispositivo usato sull’auto esplosa a Napoli in tangenziale

PEMS è l'acronimo di "Portable Emissions Measurement System" (Sistema Portatile di Misurazione delle Emissioni). È uno strumento utilizzato per misurare le emissioni in tempo reale dei veicoli mentre sono in movimento su strada. Questo dispositivo è divenuto noto a seguito dell'incidente avvenuto il 23 giugno sulla tangenziale di Napoli dove hanno perso la vita la ricercatrice Maria Vittoria Prati e Fulvio Filace, durante un test su un prototipo di macchina ibrida. Sembrerebbe essere proprio questo dispositivo l'innesco o comunque il catalizzatore dell'incidente. Proviamo a capirne il perché studiandone il suo principio di funzionamento.

Quando e perché è stato introdotto

La Commissione europea ha introdotto l'utilizzo dei PEMS come requisito obbligatorio per l'omologazione dei veicoli leggeri nel 2016, modificando il regolamento stabilito nel 2007. Questa scelta è stata dettata a seguito dello scandalo emerso nel 2015 noto come dieselgate, scoperto dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA) che ha emesso un avviso di violazione del Clean Air Act alla casa automobilistica tedesca Volkswagen.

Il PEMS è stato introdotto appunto per misurare e verificare il divario tra le emissioni rilevate durante i test di omologazione dei veicoli effettuati in laboratorio con le effettive emissioni reali durante l'uso quotidiano su strada del medesimo veicolo. Tale dispositivo ha quindi lo scopo di garantire che i veicoli soddisfino i requisiti normativi in termini emissivi anche nelle condizioni reali di guida, identificando quindi eventuali frodi potenzialmente attuate dalle case automobilistiche.

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Di Stefano Gandelli

Come sono fatti

I PEMS utilizzati per la regolamentazione delle emissioni integrano una serie di strumenti e sonde come: analizzatori di gas; misuratori di portata dei gas di scarico;  sistema di localizzazione GPS; monitor dei parametri ambientali esterni, del veicolo e del motore stesso. I PEMS sono in grado di fornite un monitoraggio completo e molto accurato in tempo reale degli inquinanti emessi dai motori come monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO₂), gli ossidi di azoto (NO_x), polveri sottili (PM) insieme ai parametri del motore, di alcune condizione del veicolo e dell'ambiente esterno.

I principali analizzatori di gas contenuti nei PEMS, come accennato prima, possono essere ad esempio: rilevatori a ionizzazione di fiamma (FID); rilevatori NDIR (Nondispersive Infrared Sensor) per la misura del monossido di carbonio (CO) e dell'anidride carbonica (CO₂); analizzatori a raggi ultravioletti per la misura degli ossidi di azoto (come NO e NO₂) nonché misuratori di portata dei gas di scarico (EFM).

Senza entrare troppo nel merito del funzionamento di ogni singolo sensore, ai fini di questo articolo è interessante analizzarne però il primo citato, ovvero il rilevatore a ionizzazione di fiamma (FID). Questo è uno strumento di misurazione utilizzato per il rilevamento gascromatografico degli idrocarburi (le molecole principali dei carburanti), detto in maniera più semplice serve a identificare la tipologia e concentrazione degli idrocarburi residui incombusti (cioè che non si sono "bruciati") presenti nei gas di scarico.

Il rilevatore a ionizzazione di fiamma

Il principio di funzionamento di un FID (Flame Ionization Detector) si basa sulla misura della corrente elettrica che attraversa due elettrodi posti tra una fiamma. Tale movimento di elettroni si genera dalla combustione dei composti organici volatili (come gli idrocarburi dei carburanti) presenti nel campione di gas. Di seguito sono riportate le fasi principali del funzionamento di un FID:

1. La sorgente di ioni viene data dall'idrogeno introdotto nella camera di combustione del FID. Spesso per aumentare sensibilità dello strumento l'idrogeno viene miscelato con l'ossigeno che ha la funzione comburente. Idrogeno (e ossigeno) vengono a sua volta uniti al gas di scarico da analizzare; la miscela di gas viene quindi inviata attraverso un ugello e bruciata, generando una piccola fiamma;
2. Quando i composti organici volatili presenti nel campione bruciano, questi si decompongono in atomi caricati positivamente (cationi) ed elettroni liberi;
3. All'interno del FID è presente un elettrodo carico positivamente e un elettrodo carico negativamente;
4. I cationi prodotti dall'elevato calore della fiamma vengono attratti dall'elettrodo negativo ricco di elettroni. Nel momento dell'incontro del catione con l'elettrodo negativo, questi gli cede gli elettroni mancanti generando una debole corrente tra i due elettrodi;
5. La corrente generata dagli ioni positivi viene letta da un sensibile amperometro, amplificata e convertita in un segnale di tensione. Questo segnale viene quindi elaborato e rilevato dal sistema di acquisizione dati o dall'unità di controllo del FID. Più la corrente sarà intensa più la concentrazione di gas oggetto della misura sarà alta.

Il dipositivo in questione, come si può intuire, porta con sé dei problemi legati alla sicurezza del dispositivo stesso, in quanto per funzionare, necessita di almeno una bombola di idorgeno, che viene trasportata sul mezzo in prova. Inoltre oltre alla bombola di idrogeno potrebbe venire utilizzato anche l'ossigeno, stoccato a sua volta in una seconda bombola.

Leggendo gli articoli di cronaca legati al'incidente di Napoli in molti di questi viene citata la presenza di bombole a bordo del mezzo incendiato; queste bombole, con discreta probabilità si possono ricondurre proprio al dispositivo in questione, il rilevatore FID. Ovviamente questa si tratta di un'ipotesi: le indagini sono tutto'ora in corso e saranno quindi i periti a dare la ricostruzione ufficiale dell'accaduto.

La sicurezza dei PEMS

È evidente come questi dispositivi, incidente a parte, portino con se un tema di sicurezza: i PEMS devono essere sufficientemente sicuri da poter essere utilizzati sulle strade pubbliche, affinché possano essere condotti i test in condizioni reali.

Durante i test, i sistemi di emissione portatili oltre ad essere connessi a bombole di gas infiammabili portano con se tutta una serie di modifiche al mezzo come ad esempio: le estensioni del tubo di scappamento con conseguenti componenti calde accessibili agli astanti; transito di cavi all'esterno del veicolo; trasporto di batterie elettrochimiche per l'alimentazione elettrica dei sistemi o modifiche all'impianto elettrico del mezzo.

Inoltre queste modifiche possono anche bloccare le uscite dell'automezzo, interferire con il conducente o avere componenti "libere" che potrebbero muoversi durante il movimento. Tutte modifiche che di fatto vanno ad annullare buona parte delle omologazioni del mezzo stesso.

Pertanto tutti i rischi associati a queste modifiche sul veicolo oggetto di test, devono essere studiati e valutati con attenzione al fine di garantire la sicurezza del mezzo, dei suoi conducenti e di tutte le persone che potrebbero venire in contatto con il mezzo durante la guida.