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Tecnica

pubblicato il 30 agosto 2006

I Combustibili alternativi

I Combustibili alternativi
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Motori onnivori? Motori che digeriscono qualsiasi cosa venga buttata nei serbatoi? Beh, non siamo arrivati ancora a questi livelli fantascientifici, ma qualcosa si sta muovendo nella direzione di affrancarsi, almeno in parte, dalla schiavitù del petrolio e dai suoi "capricci" (economici e ambientali). E paradossalmente è proprio da Madre Natura, che abbiamo tanto avvelenato, che giungono le soluzioni più interessanti. OmniAuto.it vi offre una panoramica dei più promettenti carburanti di origine vegetale e, più in generale, alternativi.

BIOETANOLO
In Brasile va alla grande da molti anni, in Svezia è in continua crescita, cos'è? E' un alcool, etanolo (o alcool etilico) per l'esattezza, e il suo prefisso "bio" sta ad indicare che deriva dalla fermentazione delle biomasse, cioè di prodotti agricoli ricchi di zuccheri e carboidrati quali i cereali, la canna da zucchero, la barbabietola, la frutta, le vinacce, le patate...; detto per inciso, è lo stesso alcool presente in birra, vino e liquori (ma non fateci il pieno alla macchina...). La grande varietà di risorse di partenza da cui si ricava ci fa subito capire come sia una fonte energetica rinnovabile e producibile praticamente, in maniera diversa, in ogni angolo del mondo, esattamente il contrario di quanto accade con i combustibili fossili, disponibili solo in pochi Paesi.

All'inizio abbiamo nominato il Brasile: questo Paese è stato il precursore nell'utilizzo dell'alcool etilico come carburante, sin dalla crisi petrolifera degli anni Settanta, estratto dalle sue sterminate piantagioni di canna da zucchero, che ne rendono la produzione concorrenziale rispetto alla benzina. Inoltre, tutta la benzina brasiliana, nota come gasolina, già contiene un 20% di alcool. Dopo un periodo di crisi a metà degli anni Novanta, dovuto al basso costo del petrolio e alla variabilità della produzione e del prezzo della canna da zucchero, il bioetanolo brasiliano sta conoscendo una seconda giovinezza grazie all'introduzione nel 2003, da parte della Magneti Marelli, del sistema di alimentazione "FlexFuel", che permette al motore di funzionare indifferentemente con gasolina, etanolo o una loro qualsiasi miscela: visto che questi due carburanti, come vedremo, hanno proprietà differenti, la centralina elettronica modifica i parametri di funzionamento del motore (come il rapporto aria/combustibile e l'istante ottimale di accensione) in funzione del combustibile utilizzato, garantendo sempre le migliori prestazioni. La recente evoluzione di questi sistema è il "TetraFuel", che non si accontenta solo di gasolina brasiliana ed etanolo, me digerisce pure benzina e gas naturale.
Nel Vecchio continente, la Svezia è il Paese che più sta scommettendo sul bioetanolo e sui combustibili rinnovabili in generale, attraverso una serie di agevolazioni fiscali e facilitazioni per gli automobilisti (tasse ridotte, parcheggi gratuiti in città...), ponendosi l'ambizioso obiettivo di liberarsi dal petrolio entro il 2020.

Il bioetanolo è una valida e concreta alternativa alla benzina e può essere utilizzato sia puro sia miscelato, generalmente nella proporzione di 85% di alcool e 15% di benzina, assumendo il nome di E85. La presenza di una piccola percentuale di benzina è necessaria per consentire l'avviamento a freddo, poiché al di sotto dei 15°C l'alcool evapora con difficoltà non consentendo l'innesco della combustione: questo inconveniente può essere risolto utilizzando un riscaldatore.
Dal punto di vista chimico, l'etanolo è molto simile agli idrocarburi, con la differenza che contiene anche atomi di ossigeno che permettono di innalzarne il numero di ottano, con benefici effetti sull'efficienza del motore: infatti, la miscela E85 ha NO 104, contro 95-98 della benzina. Ciò permette di "spremere" qualche CV in più dal motore, senza pericolo del battito in testa: ad esempio, la Saab vende in Svezia la 9-5 Bio Power, alimentabile a benzina o E85 o in una qualsiasi loro miscela, che, grazie alla variazione dell'anticipo dell'accensione gestito dalla centralina elettronica, eroga 30 CV in più quando alimentata ad etanolo. Con l'iniezione diretta nel cilindro, si potrà utilizzare anche l'alcool puro, poiché iniettandolo nell'aria scaldata nella fase di compressione verranno meno tutti i problemi legati alla difficoltosa evaporazione a bassa temperatura. Inoltre, l'etanolo, in virtù delle sue proprietà anti-detonanti, è utilizzato per la preparazione del metil-terziario-butil-etere (MTBE), un additivo ad alto numero di ottano per le normali benzine.
Per contro, l'etanolo ha un potere calorifico inferiore rispetto alla benzina di circa il 40% (ogni kg ha una quantità di energia di 6400 kcal contro 10300 kcal), richiede una carburazione più "grassa" (rispetto alla benzina, a parità d'aria aspirata c'è più combustibile), il che si traduce in un aumento dei consumi di circa il 35% e in una leggera riduzione delle prestazioni se non si interviene su altri parametri di funzionamento. E' ovvio, quindi, dal punto di vista puramente economico, che l'alimentazione a bioetanolo (puro o miscelato) convenga fino a quando il suo prezzo resta sensibilmente al di sotto di quello della benzina. Attualmente il costo di produzione dell'etanolo è circa il doppio di quello della benzina, ma risulta ancora conveniente grazie alle agevolazioni fiscali e ai finanziamenti governativi di cui gode per via della sua caratteristica di "rinnovabilità" e per il basso impatto ambientale.
A livello di meccanica, bisogna tener conto del fatto che l'etanolo è molto corrosivo, pertanto si devono usare gomme speciali ed acciaio inox per l'impianto di alimentazione, e che non presenta proprietà lubrificanti, a differenza della benzina, il che richiede sedi valvole (cioè quelle superfici su cui si poggiano le valvole per "chiudere" ermeticamente il cilindro) più resistenti. Già oggi, comunque, tutti i motori sono progettati per poter funzionare con benzine "allungate" con piccole percentuali di etanolo (intorno al 5%), e molti costruttori dichiarano di poter sostenere valori di alcool fino al 20%.
La presenza dell'ossigeno nella molecola dell'etanolo permette di ridurre notevolmente tutti quegli inquinanti che si formano a seguito di una combustione incompleta, come il monossido di carbonio o il finissimo particolato dei motori a benzina. Inoltre, bisogna considerare che quando l'alcool è ricavato da sostanze vegetali, si ottiene il pareggio del cosiddetto "bilancio delle emissioni dell'anidride carbonica": in pratica, quando l'etanolo brucia emette, come ogni combustibile, dell'anidride carbonica (CO2), sostanza non tossica ma responsabile dell'effetto serra, in quantità uguali a quelle assorbite dalla pianta durante la sua crescita.


BIODIESEL
Il biodiesel è una fonte energetica rinnovabile di origine vegetale, utilizzabile nei motori a ciclo Diesel, che deriva dall'olio estratto dai semi di colza, girasole e soia (ma anche da grassi animali) dopo un processo chimico di raffinazione detto transesterificazione che elimina la glicerina, dannosa per tali propulsori, che viene poi recuperata e utilizzata in molte applicazioni. E' tutt'altra cosa, quindi, rispetto all'olio di colza, un comune olio per uso alimentare che va bene per la cucina degli uomini ma non per i motori.
Da un ettaro di coltivazioni di queste piante (circa due campi da calcio) si ricavano due tonnellate e mezzo di semi dal cui olio si estraggono mille litri di questo combustibile. La resa è però inferiore rispetto a quella del "cugino" bioetanolo, poiché si utilizzano solo i semi e non l'intera pianta.
Attualmente, in Italia, non è in vendita nei distributori di carburanti, ma è già utilizzato in quanto i normali gasoli venduti da alcune Compagnie Pertrolifere ne contengono fino al 5%, assumendo il nome di B5: in realtà, potrebbe essere miscelato fino al 25-30% nel gasolio senza che i motori, vecchi e nuovi, manifestino alcun problema. Può essere utilizzato anche puro (denominato B100), ma in questo caso è opportuno verificare che il costruttore dell'auto lo consenta espressamente, pena eventuali guasti al motore non coperti da garanzia.

I vantaggi per l'ambiente nell'uso di questo combustibile sono molti. Innanzitutto è naturalmente privo di zolfo, principale responsabile delle emissioni di anidride solforosa, la cui eliminazione dal gasolio di origine fossile è molto costosa; inoltre, senza lo zolfo i catalizzatori e filtri anti-particolato lavorano meglio (ad esempio si abbassa la temperatura alla quale si possono bruciare le polveri intrappolate), non vengono "avvelenati" (si possono così utilizzare gli speciali ma delicati catalizzatori "DeNOx" per abbattere gli ossidi di azoto) e durano di più. Le emissioni di particolato diminuiscono significativamente, fino al 65%, così come quelle di tutti gli altri inquinanti (monossido di carbonio, idrocarburi incombusti), mentre la riduzione di anidride carbonica è di circa l'80%, cioè ne viene emessa una quantità, dopo la combustione, di poco superiore a quella assorbita dalle piante, e quindi sottratta dall'atmosfera, durante il loro ciclo di vita (siamo vicini al pareggio del "bilancio delle emissioni dell'anidride carbonica"). Come ciliegina sulla torta, il biodiesel è oltretutto biodegradabile fino al 98%, quindi se disperso nel terreno o nell'acqua si dissolve in pochi giorni.
A livello motoristico, il biodiesel perde qualcosa rispetto al gasolio in termini di potere calorifico, fornendo circa 9600 kcal/kg contro 10300 kcal/kg, il che comporta un lieve aumento dei consumi a parità di potenza richiesta, ma si prende la rivincita con un un numero di cetano più alto, circa 56 contro 51, che velocizza la combustione del carburante iniettato nel cilindro: all'atto pratico, la differenza di prestazioni tra l'alimentazione a gasolio e quella a biodiesel è trascurabile.
Una delle più importanti proprietà del biodiesel è il suo elevato potere lubrificante, parametro di vitale importanza (nel senso letterale...) per i moderni motori Diesel: miscelando nei gasoli di origine fossile ma privi di zolfo (sostanza lubrificante) un 2% di biodiesel si restituisce un adeguato potere lubrificante, che migliora ancora se si arriva al 5%, cosa che viene attualmente fatta, come anticipato, con molti gasoli commerciali.
Un inconveniente che presenta il biodiesel è il maggior potere solvente rispetto al gasolio, cioè la capacità di "sciogliere" i materiali con cui viene a contatto, che potrebbe danneggiare, se usato puro e sui motori meno recenti e non appositamente progettati, alcuni elementi dell'impianto di alimentazione, come tubi e guarnizioni di gomma: l'eventuale gomma sciolta può infatti depositarsi e intasare l'impianto.


COMBUSTIBILI SINTETICI
La ricerca verso motori a basso impatto ambientale ed efficienti si sta muovendo in una nuova direzione che prevede una profonda rivisitazione dei principi di funzionamento dei motori, oltre a richiedere combustibili di nuova concezione, con caratteristiche che non si ritrovano né nei carburanti di origine fossile né in quelli rinnovabili attualmente utilizzati. Parliamo dei propulsori "CCS" (Combined Combustion System), che fondono il meglio del ciclo Diesel e il meglio del ciclo a benzina per ottenere motori intrinsecamente puliti: in alcuni momenti il motore funziona come una benzina (l'accensione della miscela avviene tramite scintilla), in altri come un diesel (accensione spontanea), ma sempre a bassa temperatura (sotto i 1800 °C) così da minimizzare ogni sostanza inquinante allo scarico. Un motore siffatto avrà bisogno, perciò, di una nuova generazione di combustibili, a metà strada tra un gasolio e una benzina: un processo chimico per ottenere questi carburanti "di sintesi" è quello di Fischer-Tropsch, noto da decenni, che consente di ricavare, con elevato rendimento, combustibili liquidi a partire dal gas metano, dalle biomasse (non solo vegetali, anche legname e rifiuti organici) e dal carbone. Questi combustibili, anzi biocombustibili, potranno trovare utilizzo anche sui motori tradizionali.

Le promesse portate dai carburanti rinnovabili di origine vegetale sono molte, e vanno anche al di là delle immediate e ovvie considerazioni sulla riduzione dell'inquinamento prodotto, sul risparmio economico per gli automobilisti e sull'affrancamento dalla schiavitù del petrolio. L'utilizzo di varie specie vegetali può avere importanti ripercussioni sociali, promuovendo lo sviluppo di coltivazioni in terreni aridi e inadatti per le colture destinate all'alimentazione, o abbandonati, o scarsamente utilizzati, dando così nuova linfa e nuove opportunità al mercato del lavoro locale, specie se si considera che spesso queste produzioni avvengono in Paesi scarsamente sviluppati. Inoltre i sottoprodotti che si originano dalla raffinazione non sono scarti difficili e pericolosi da smaltire, ma prodotti che si prestano a numerosi impieghi.
Molte sono anche le critiche rivolte ai carburanti di origine vegetale, riguardo sia all'aspetto economico sia all'aspetto ecologico. Il bioetanolo e soprattutto il gasolio vegetale hanno un costo di produzione più elevato rispetto ai loro omologhi ricavati dal petrolio, e risultano conveniente solo grazie alla minore tassazione a cui sono soggetti. Le valutazioni sul pareggio delle emissioni di anidride carbonica sono state spesso criticate perché non tengono conto del bilancio di tutta la filiera produttiva (impiego di macchine agricole, raffinazione...) che porta dalla produzione del bio-carburante al suo utilizzo. Stesse considerazioni sono rivolte all'impatto ambientale complessivo dei bio-combustibili, tenendo conto dell'impiego di acqua, pesticidi, fertilizzanti.
Dopo aver osannato i vantaggi di bioetanolo e biodiesel, non vogliamo certo mangiarci ora la parola, poiché trattasi di fonti energetiche rinnovabili e certamente meno inquinanti, ma semplicemente osservare come questo sia solo un valido ed efficace punto di partenza verso un futuro in cui i motori a combustione interna, ulteriormente evoluti sotto ogni punto di vista, saranno ancora protagonisti.

Autore: Alessio Ciarnella

Tag: Tecnica


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