normativa
maggio 2017

CNG e biometano: la norma europea

Flavio Mariani

Dopo aver parlato, nello scorso numero di Metauto Magazine, delle nuove norme europee su requisiti e metodi di prova per il biometano idoneo all’iniezione nei metanodotti, completiamo il discorso occupandoci delle norme sul CNGCol varo della Direttiva 2014/94/EU (DAFI, direttiva per lo sviluppo dell’infrastruttura dei carburanti alternativi), la Commissione Europea ha incaricato l’Europa di predisporre anche un quadro normativo riguardante i carburanti alternativi, nel quale rientrano le specifiche di qualità. Il CEN/TC 408, per far fronte a a questo provvedimento (mandato CE M/475), ha pubblicato nel 2016 una specifica su requisiti e metodi di prova per il biometano idoneo all’iniezione nei metanodotti, la EN 16723-1(1), specifica di cui ci siamo occupati nello scorso numero di Metauto Magazine.

Sempre in ottemperanza del mandato della DAFI, il CEN/TC 408 a marzo di quest’anno ha pubblicato anche la EN 16723-2(2), la norma europea sulla specifica del CNG e del biometano come carburanti auto. Essa si applica ai due carburanti, indipendentemente dallo stato compresso o liquefatto; e si aggiunge a quelle già esistenti per i carburanti liquidi; le principali sono:

  • EN 228 benzina
  • EN 590 gasolio
  • EN 589 Gpl

 

Lacune colmate

Gli esperti del CEN hanno colmato una lacuna normativa lamentata da anni dalle autorità, secondo le quali la capacità di esprimere norme e specifiche armonizzate come questa è un sintomo della maturità tecnologica di un settore.
Nella preparazione della specifica, il gruppo di lavoro del CEN ha saputo trovare le soluzioni proponibili anche per alcuni aspetti impegnativi, come la tendenza a una certa divaricazione tra le esigenze del settore auto e quelle dell’industria del gas nei riguardi delle caratteristiche del gas naturale. Queste due anime del settore NGV sono alleate nella sua promozione e sviluppo. Ma il loro punto di vista su alcuni aspetti della formulazione delle specifiche non è sempre in sintonia. In Europa l’industria del gas naturale ha un consumo globale nei vari settori d’impiego di circa 440 miliardi di m3/anno (stima 2015; pari a ~4.660 TWh pcs). Il gas naturale proviene da vari giacimenti, localizzati all’interno e all’esterno del territorio europeo. Perciò la composizione del gas prodotto è soggetta ad una certa variabilità; ma esso accede ai gasdotti solo subordinatamete al rispetto dei Codici di rete, che ne decretano l’intercambiabilità. L’impiego come carburante auto, al di là della mera intercambiabilità, tende a focalizzare le esigenze qualitative su aspetti quali il potere indetonante, il tenore di zolfo (contenuto in alcuni odorizzanti), il contenuto di umidità. Nel caso del gas naturale si tende a porre l’accento anche sul potere calorifico, nonostante le specifiche degli altri carburanti non ne facciano accenno. Il lavoro del CEN in questo ambito è anche consistito nella ricerca del miglior compromesso tra le esigenze dei due settori.

 

Più in dettaglio

Il potere indetonante dei carburanti gassosi è espresso dal numero di metano (MN), perché il numero di ottano (MON o RON), usato per le benzine, è troppo basso per il gas naturale. Infatti, un MN 100 equivale in pratica ad un numero di ottano “virtuale” di oltre 130. Il MN è direttamente proporzionale al contenuto di metano (CH4), che è il principale componente del gas naturale e del biometano. Il metano puro ha il valore più elevato; componenti minori, quali ad esempio etano, propano, butano, pur possedendo un potere calorifico più elevato (maggiore energia contenuta in ogni metro cubo) hanno potere indetonante un po’ più basso, anche se è sempre più alto della benzina. Ai progettisti di motori a gas, l’alto potere indetonante consente la progettazione di motori a maggiore rapporto di compressione, con maggiore rendimento ed emissioni minime. Lo zolfo tende ad influenzare l’efficienza dei catalizzatori. Le impurità come ad esempio i silossani (silice) possono avere effetti negativi sulle parti in movimento dei motori, e alterare il comportamento di candele di accensione, sonde di analisi dei gas di scarico e catalizzatori. Queste impurità quindi vanno ridotte quanto possibile se presenti all’origine nel biogas. Il potere calorifico determina la percorrenza assicurata da ogni pieno. Il contenuto di umidità potrebbe avere effetti sulla durata delle parti metalliche, in particolare i serbatoi in acciaio. E potrebbe provocare la formazione di ghiaccio nei condotti; soprattutto alle latitudini maggiori.

 

Un prodotto pulito

L’industria del gas naturale garantisce un prodotto intercambiabile e pulito, attraverso le operazioni di filtrazione generalmente effettuate a bocca pozzo, quando necessarie. Il gas naturale non subisce quindi trattamenti di raffineria, e dopo la filtrazione è immesso in rete per l’erogazione ai clienti dei vari settori: industria, chimica, residenziale, termoelettrico, commerciale, autotrazione, ecc. Le sue caratteristiche sono salvaguardate come già visto attraverso il rispetto dei Codici di Rete. Esso è quindi idoneo a tutte le applicazioni, ma l’impiego motoristico renderebbe appetibili specifiche più severe, ad esempio nei riguardi del MN, soprattutto nel caso dei motori delle ultime generazioni. Ma la modifica delle sue specifiche nei riguardi di questo e altri parametri legati alla composizione, si scontra con la fattibilità tecnica su vasta scala, e costi oggi non giustificabili, anche in considerazione della ridotta fetta di mercato dei NGV, la cui media in Europa è inferiore al punto percentuale, e solo in Italia supera il 2%. Anche a livello mondiale è intorno al 2%. Un altro punto di attenzione a questo riguardo è il fatto che il gas naturale è in genere trasportato dalla rete dei metanodotti, con l’ovvia eccezione per l’LNG. La rete è unica e interconnessa per tutto il territorio europeo, e in generale, salvo poche eccezioni, non consente la creazione di tratti dedicati a forniture particolari di gas con specifiche diverse da quelle oggi presenti nella rete.

Il biometano è prodotto attraverso processi di purificazione del biogas di varia complessità, che almeno in teoria consentono una maggiore flessibilità in termini di caratteristiche e composizione finali del carburante. Anche in questo caso tuttavia è necessario tenere conto degli aspetti legati ai costi del processo di digestione anaerobica e del successivo trattamento di purificazione; e anche nel caso del biometano la severità delle specifiche ha un effetto diretto sui costi di produzione, influenzati dall’effetto di scala.

 

I requisiti

La EN 16723-2 nella parte normativa riporta i requisiti del CNG e biometano per impiego come carburante auto.
Alcuni dei requisiti principali della EN 16723-2,
• condizioni di riferimento (ISO): 15 °C e 101,325 kPa (1 bar assol.).
• densità relativa: 0,555 ÷ 0,7; come EN 16726 (3)
• minino numero di metano MN: 65; come EN 16726
• contenuto massimo di silice: 0,3 mgSi/Sm3
• contenuto massimo di zolfo S: 30 mg/Sm3 compreso odorizzante; come EN 16726
• contenuto massimo di Ossigeno O2: 1% vol
• contenuto massimo di idrogeno H2: 2 % vol (UNECE R 110)
• contenuto massimo di anidride carbonica CO2: 2,5% vol
• massimo punto di rugiada acqua: la norma fissa tre zone climatiche, con un punto di rugiada da -10°C a -30°C a 200 bar secondo la zona. [corr. tra punto di rugiada e contenuto in mg/Sm3: EN ISO 18453]
Come per la EN 16723-1 (immissione biometano nella rete dei gasdotti), anche per la EN 16723-2 il biometano deve essere libero da impurità, ed i contenuti di olio proveniente dai compressori e di polveri devono essere sufficientemente bassi da non rendere il carburante inaccettabile per il trasporto e l’impiego in tutte le applicazioni finali.
L’inchiesta pubblica per la FprEN 16723-2, iniziata nell’ottobre 2016, si è conclusa nel marzo 2017 con voto positivo per il 100% dei 19 paesi votanti, com’era avvenuto nel 2016 per la EN 16723-1. Il CEN ha stabilito di effettuare ulteriori ricerche su alcuni dei componenti, ed ha preso contatti col GERG a questo scopo.
La norma riporta anche una serie di specifiche più severe, applicabili volontariamente a livello locale. Tali requisiti sono indicati in una tabella aggiuntiva, nella parte informativa del documento (informative annex).

Requisiti principali della specifica locale volontaria (dedicated grade)
• Zolfo totale S: 10 mg/Sm3
• MN minimo: 70
• Potere calorifico inferiore minimo: 44 MJ/kg
• Indice di Wobbe minimo: 41,9 – 49 MJ/ Sm3
• Massimo contenuto di olio (compressor oil): 15 mg/ Sm3

Note

(1) EN 16723-1 “NG and bio-methane for use in transport and bio-methane for injection in the natural gas network – Part 1: Specifications for bio-methane for injection in the natural gas network”.

(2) EN 16723-2 “Natural gas and bio-methane for use in transport and bio-methane for injection in the natural gas network – Part 2: Automotive fuels specification.”

(3) EN 16726 Natural Gas – Quality of natural gas – Type H.

 

Acronimi

CEN = Comitèe Europèen de Normalisation, Comitato Europeo Norme

CNG = Compressed Natural Gas, gas naturale compresso; in Europa, gas naturale distribuito in genere a 200 bar

GERG = Group Europèen de Recerche Gaziere, Gruppo Europeo per la ricerca sui combustibili gassosi

LNG = Liquified Natural Gas, gas naturale liquefatto; gas naturale distribuito in forma liquida, a pressioni basse (1 ÷ 20 bar relat.) e temperature estremamente basse (-160 ÷ -130°C)

MN = Methane Number; corrisponde alla percentuale di metano (CH4) in una miscela gassosa binaria di metano e idrogeno, che in un motore di prova ha le stesse caratteristiche di detonazione del carburante gassoso in esame.

MON = Motor Octane Number; valore del Numero di Ottano misurato con motori speciali a rapporto di compressione variabile.

RON = Research Octane Number; valore del Numero di Ottano calcolato.

NGV = Natural Gas Vehicles

Pcs = potere calorifico superiore.