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pubblicato il 1 agosto 2006

Il GPL e il Metano

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Il prezzo di benzina e gasolio alle stelle, i blocchi della circolazione nelle grandi città a causa dell'inquinamento, il rinnovo degli incentivi statali, una sana e matura attenzione verso le problematiche ambientali ed energetiche, tutti questi motivi stanno spingendo sempre più automobilisti verso le motorizzazioni a gas. E proprio di gas, in particolare di metano e GPL, vi parliamo ora.

Il metano è il più semplice degli idrocarburi, non derivato da processi di raffinazione del petrolio, la cui molecola è formata da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno (la formula chimica è CH4). E' anche il principale costituente di quello che è noto come gas naturale, ricavabile sia da giacimenti nel sottosuolo che attraverso la decomposizione di alcune sostanze organiche, ed è perciò classificato come biogas.
Il GPL è l'acronimo di Gas di Petrolio Liquefatto (e non, come alcuni dicono, di Gas Propano Liquido) in quanto è una miscela formata, in proporzioni variabili, essenzialmente da propano e butano, e come dice il nome deriva dal petrolio, pertanto non può essere considerato una fonte energetica rinnovabile.
Entrambi presentano interessanti aspetti per applicazioni automobilistiche: la loro combustione è "pulita" sia perché non contengono sostanze estranee e nocive (come lo zolfo, composti del piombo, idrocarburi aromatici), sia perché si miscelano molto bene con l'aria, essendo già in forma gassosa e non dovendo passare, quindi, attraverso la fase intermedia di evaporazione, come accade per i combustibili liquidi (benzina e gasolio); consentono una forte riduzione di tutte le sostanze inquinanti, sia di quelle già regolamentate che non, e limitano la formazione del cosiddetto "smog estivo" che causa la produzione di ozono; infine, hanno un basso costo e, nel caso del metano, può essere approvvigionato da fonti diverse e rinnovabili. Diversa è l'unità di misura adottata: litri per il GPL, chilogrammi per il metano.

Il maggior ostacolo alla diffusione di questi combustibili gassosi, senza scomodare, in questa sede, gli interessi delle "solite" lobby, è dovuto, dal punto di vista tecnico, a problemi relativi all'immagazzinamento e al trasporto. Sotto questo aspetto, la natura gassosa è uno svantaggio: infatti un gas ha una densità molto inferiore a quella di un liquido, cioè a parità di volume occupato c'è meno "materia" (ad esempio, un litro di benzina pesa circa 740 grammi, un litro di metano o GPL circa mille volte meno) e quindi anche meno "energia" da utilizzare in un motore, ed è pure sensibile alla temperatura (riscaldandolo si espande e la sua densità diminuisce ancora, e perciò in estate si riesce a caricarne meno),. Per poter garantire un'autonomia ragionevole ad una automobile (almeno 300 km), bisogna far entrare tanto gas in volume di circa 100 litri (come quello delle normali bombole) e il modo più efficacie è quello di comprimerlo: nel caso del metano, si arriva ad una pressione molto elevata, fino a 200 atmosfere, che necessita di robuste e pesanti bombole (realizzate in acciaio o in costosi materiali compositi), ed anche così l'"energia" disponibile è la metà rispetto a quella ottenibile dallo stesso volume di benzina. In teoria è possibile portare il metano allo stato liquido e a pressioni molto più basse, ma sarebbe necessario raffreddarlo fino ad una temperatura di -160 °C, il che implica difficoltà tecniche anche superiori. Sotto questo punto di vista, il GPL si trova in una situazione di vantaggio: infatti, può essere facilmente liquefatto a pressioni relativamente basse (8-10 atmosfere), sempre a temperatura ambiente, e immagazzinato in serbatoi più semplici e leggeri, e quindi meno costosi, che possono assumere forme tali da non sottrarre spazio al bagagliaio, come nel caso delle bombole toroidali (cioè a "ciambella") alloggiate al posto della ruota di scorta. I serbatoi per il metano, invece, per ragioni di sicurezza sono di forma cilindrica.
Un altro aspetto negativo, soprattutto per gli automobilisti, è la carenza di distributori, ancora piuttosto pochi, specie per il metano, anche se, in futuro, si potrebbe sfruttare la capillare rete che già porta il gas domestico nelle case (immaginate che comodità fare il pieno nel proprio box...); il GPL, invece, essendo presente da molti anni sul mercato italiano (chi non ha mai sentito la classica "puzza" di gas?), può contare su una rete di distribuzione che, sebbene ancora limitata, è senz'altro più estesa di quella del metano (il numero di stazioni di servizio è, ad oggi, quattro volte maggiore, e lo squilibrio cresce sulle autostrade).
Tutti questi fattori, quindi, sommati al costo non trascurabile per la trasformazione, al "fastidio" per il maggior tempo richiesto per un pieno (qualche minuto), alla limitata autonomia e ad una certa iniziale diffidenza verso queste potenziali "bombe" (ma vedremo che questo, oggi, è un pericolo infondato), ha ostacolato in passato il diffondersi di queste intelligenti, oggi più che mai, fonti di energia.

Mentre l'adozione di un impianto GPL sulla propria autovettura a benzina è stata una pratica piuttosto diffusa in passato e che continua ancora, da qualche anno cominciano ad essere disponibili nei listini di molti costruttori modelli con doppia alimentazione benzina-GPL o benzina-metano: in alcuni casi la trasformazione avviene direttamente in fabbrica, in altri le industrie si appoggiano ad aziende esterne specializzate (come la Opel con la Landi Renzo). Ciò tutela l'automobilista sia dal punto di vista della bontà della trasformazione, sia dal punto di vista della conservazione della garanzia che altrimenti, qualora il montaggio dell'impianto fosse effettuato da un installatore non autorizzato, decadrebbe immediatamente, in tutto o in parte.
Gli impianti a GPL e a metano sono concettualmente molto simili (abbiamo già parlato in passato delle varie tipologie e delle caratteristiche), la maggiore differenza risiede nelle bombole che nel caso del metano sono più robuste e pesanti, dovendo sopportare una pressione molto più alta. In ogni caso, tutti i serbatoi devono essere sottoposti a test di omologazione e, nel caso del GPL, prevedere la presenza di ben tre valvole di sicurezza: una che si chiude in caso di incidente bloccando l'alimentazione al motore, e comunque ogni volta che si toglie la chiave dal quadro, un'altra che si apre automaticamente se la pressione sale oltre i 27 bar facendo sfogare il gas per evitare sovrappressioni, l'ultima che in caso di incendio o di temperature oltre i 120°C libera in maniera controllata il gas che può bruciare senza causare danni più gravi (come una esplosione); è presente, infine, un dispositivo per non permette di caricare le bombole oltre l'80% del volume disponibile, per evitare un eccessivo aumento della pressione a causa, ad esempio, di un riscaldamento che tende a far dilatare il gas. Tutte queste precauzioni sono dovute al fatto che una perdita di GPL dalla bombola è potenzialmente molto più pericolosa di una perdita di metano, poiché il GPL è più pesante dell'aria e tende a ristagnare in basso, mentre il metano, più leggero, tende a disperdersi nell'atmosfera. Per questo motivo, fino all'introduzione obbligatoria, nel 2001, delle bombole moderne, era vietato il parcheggio alle autovetture alimentate a GPL nei box o nei garage interrati (invece sempre consentita se l'alimentazione è a metano), perché il gas eventualmente fuoriuscito poteva appunto formare un vero e proprio lago estremamente infiammabile. Oltre alla sua "leggerezza", il metano possiede altre caratteristiche fisiche tali da renderlo più sicuro rispetto ai combustibili liquidi e al GPL stesso in caso di fughe: per bruciare spontaneamente richiede temperature doppie e una miscelazione con l'aria in concentrazioni molto alte. Una eventuale perdita di gas è comunque avvertibile poiché, pur essendo per loro natura inodori, vengono entrambi "odorizzati".
Un altro aspetto legato alla sicurezza riguarda la scelta della posizione dove collocare le bombole all'interno dell'automobile. In un test svolto in Germania dall'ente tedesco di certificazione Dekra, sono stati valutati i rischi, in caso di incidente, per gli occupanti dell'abitacolo derivanti dalle bombole poste nel bagagliaio. L'auto oggetto del test è stata una Opel Vectra Station Wagon, nel cui vano bagagli sono stati collocati tre serbatoi per metano, quindi estremamente robusti, ed è stato simulato il tamponamento da parte di un pesante veicolo. I risultati sono allarmanti: le rigide bombole, indeformabili, sebbene saldamente ancorate, vengono spinte contro lo schienale del divano posteriore, scaricando sui malcapitati passeggeri delle sollecitazioni anche doppie rispetto a quelle che si avrebbero su un'auto normale; nessun rischio, invece, per i passeggeri anteriori. Appare logico, quindi, preferire le soluzioni che prevedono il posizionamento delle bombole sotto al pianale, dove non possono nuocere agli occupanti, ed infatti molti modelli realizzati direttamente dalle Case seguono questa strada.

Dal punto di vista motoristico, una delle caratteristiche più importanti dei nostri gas è l'elevato numero di ottano: per entrambi abbiamo un NO superiore a 100 (addirittura fino a 120-130 per il metano), contro 95 di una benzina, che consentirebbe di adottare rapporti di compressione molto più alti che nei motori a benzina, senza incorrere nel rischio di detonazione, con benefici effetti sul rendimento del motore (e quindi su prestazioni e consumi); purtroppo, la necessità di mantenere anche l'alimentazione a benzina a causa della scarsità di distributori, non rende praticamente percorribile questa strada, anzi limita il pieno sfruttamento delle potenzialità di questi combustibili. Sebbene, quindi, un motore a gas sia teoricamente più efficiente di un suo simile a benzina, nella realtà dei fatti quando si passa dall'alimentazione a benzina a quella a gas si avverte un calo delle prestazioni di circa il 10% con il metano e del 2-3%, quindi pressoché inavvertibile, con il GPL negli impianti più moderni; dal lato consumi, con il GPL si ha un aumento di circa il 20% (a causa della minor quantità di energia disponibile rispetto alla benzina a parità di volume, 10000 kcal/kg contro 10300) mentre con 1 kg di metano, grazie a un contenuto energetico di 11600 kcal/kg, si percorrono gli stessi chilometri che si percorrerebbero con 1,7 litri di benzina o 2 litri di GPL.
Un esempio pratico di come un motore ottimizzato per funzionare solo a gas non sia inferiore, in termini di prestazioni, al motore a benzina da cui deriva, è stato dato nel 1992 da una Bugatti EB110 alimentata a metano che erogava 60 CV in più del modello a benzina, permettendole di stabilire il record mondiale di velocità per auto di serie sul circuito di Nardò con 344,7 km/h. Senza avere tali velleità, una soluzione tecnica per migliorare il rendimento di un propulsore a gas è quella di adottare alti rapporti di compressione (13 e oltre), ad esempio anche tramite un turbocompressore, che permettono di sfruttare l'elevato numero di ottano del gas, e ritardare il momento in cui scocca la scintilla (il cosiddetto anticipo dell'accensione) attraverso la centralina quando si va a benzina, per evitare il rischio di detonazione. Ovviamente, un motore così concepito sarà più prestante ed efficiente a gas che a benzina, una ragione in più per avere le bombole sempre piene...Il massimo si avrebbe abbinando alla sovralimentazione l'iniezione diretta nei cilindri (una specie di common-rail a gas), e in questa direzione stanno lavorando sia molte Case sia le aziende che producono gli impianti, segno che ci sono ancora molti margini su cui lavorare e molte difficoltà tecniche da risolvere prima di riuscire a sfruttare pienamente le potenzialità del gas.
Per quanto riguarda la salute del motore, adottare un impianto a gas porta molteplici vantaggi: la combustione è ottimale, si riducono le incrostazioni e i depositi carboniosi e l'olio motore dura di più, non essendo inquinato dagli inevitabili trafilamenti di benzina attraverso le guarnizioni del pistone. Ma c'è un inconveniente: il gas non esercita alcuna azione lubrificante sugli organi meccanici e ciò, unitamente alle più elevate temperature raggiunte in fase di combustione, stressa in particolare le valvole e le loro sedi (cioè quelle superfici su cui si poggiano per "chiudere" ermeticamente il cilindro) che dopo qualche migliaio di km necessitano di una costosa revisione. Tali problemi non si verificano generalmente se l'impianto è ben regolato né sui motori già pensati con la doppia alimentazione. E' buona regola, tuttavia, specie con le vetture più anziane, percorrere di tanto in tanto qualche km a benzina, per dar una "oliata" al motore.
Un'interessante applicazione del metano riguarda i motori Diesel dei mezzi pubblici: questi propulsori possono essere modificati per avere un'alimentazione mista, con il gas mescolato all'aria che entra nei cilindri e una piccola iniezione di gasolio (10-25% del totale) che avvia la combustione, oppure per essere alimentati esclusivamente a gas e in tal caso il Diesel è trasformato in motore ad accensione comandata sostituendo gli iniettori con delle candele. Si ottiene così una notevole riduzione degli inquinanti, soprattutto particolato, e una minore rumorosità.

L'installazione di un impianto a gas è una spesa onerosa, una autovettura che esce già dalla fabbrica con la doppia alimentazione costa almeno un 10% in più dell'analogo modello a benzina, e allora affinché questi carburanti, sottolineiamolo ancora, ecologici si diffondano sempre più, è importante che il loro prezzo d'acquisto, già lievitato notevolmente in questi ultimi anni, non raggiunga valori tali da rendere la loro adozione anti-economica e vani gli studi e le ricerche portati avanti dalle Case. Sarebbe veramente un'occasione persa per migliorare l'aria che respiriamo...

Autore: Alessio Ciarnella

Tag: Tecnica , gpl , metano , carburanti alternativi


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