focus / 3
febbraio 2016

Emissioni giù: col metano si può

Flavio Mariani

Circa 30 anni fa il settore dei veicoli a metano iniziava a diffondersi in un novero crescente di paesi, sull’esempio italiano. Il traffico era in forte crescita ovunque, e la molla ambientale era, insieme a quella economica, tra le ragioni principali di questa diffusione. Già allora la trasformazione a metano riduceva drasticamente le emissioni dei veicoliIl traffico su strada è corresponsabile di una importante parte delle emissioni che costituiscono l’inquinamento atmosferico, perciò ai veicoli sono state imposte norme sempre più severe, fino all’attuale Euro VI, e i motori a benzina e gasolio delle ultime generazioni danno emissioni più contenute rispetto al passato. Lo studio di soluzioni tecnologiche più moderne ed efficienti, con un ridotto impatto ambientale ha riguardato tutti i motori a benzina e gasolio, che sono più parchi nei consumi, pur garantendo prestazioni più elevate, e sono più puliti.

I mezzi a metano offrono ancora oggi notevoli vantaggi ambientali. Danno minori emissioni inquinanti (NOx, CO, PM, NMHC), e minori emissioni di gas-serra (es. CO2 e NO2), utilizzando le soluzioni innovative messe a punto dai laboratori dei costruttori, ad esempio:

  • Sovralimentazione,
  • riduzione delle cilindrate unitarie,
  • iniezione sequenziale fasata,
  • distribuzione a fasatura variabile,
  • catalizzatori speciali,
  • sistemi stop-start,
  • iniezione diretta HPDI (4).

 Emissioni di CO2, NOx e particolato confronto tra diesel e metano 2

Benefici concreti

I veicoli a metano consentono di ridurre le emissioni, senza le costose soluzioni per il trattamento dei gas di scarico impiegate dai motori a gasolio (es. SCR, selective Catalitic reactor con iniezione di urea; DPF, diesel particulate filter ecc.). La messa a punto di motori a basso impatto ambientale ha costi inferiori nel caso dei veicoli a metano. I benefici ambientali offerti dai veicoli a metano riguardano in particolare gli aspetti legati a:

  • Particolato (PM): riduzione quasi totale;
  • Inquinanti gassosi (es CO, NOx): riduzione significativa; fino al 70%;
  • Idrocarburi incombusti non metanici (NMHC): riduzione significativa; oltre il 90%;
  • Idrocabruri aromatici ad effetto mutageno (es benzene, toluene, xilene): riduzione quasi totale;
  • Gas a effetto serra (es. CO2, NO2) riduzione significativa: dal 10 al 30% secondo le motorizzazioni;
  • Emissioni acustiche: riduzione significativa; fino al 50%;
  • Disponibilità del carburante da fonti rinnovabili (es. biometano, “power to gas” ptg).

Secondo alcuni dei maggiori costruttori, i veicoli pesanti a CNG danno emissioni di particolato inferiori del 90% ed emissioni di NOx inferiori del 35% (in alcuni casi sono al 70%) rispetto alle norme Euro VI.

La EPA (1 e 2) ha sottolineato in una nota che ad esempio oltre il 95% delle emission globali di NOx negli U.S.A. è prodotto dai mezzi di trasporto, aggiungendo che il gas naturale può ridurre le emissioni clima-alteranti del 30% – 40%.

 Confronto-delle-emissioni-delle-principali-sostanze-inquinanti-tra-benzina-e-metano-2

Impatto sull’effetto serra

L’effetto serra preoccupa molto le autorità. La COP 21 di Parigi ne è un esempio eloquente. Si stima che in Europa il sistema dei trasporti stradali sia responsabile di oltre il 70% di tutte le emissioni di gas serra (3).

Per questo la UE ha fissato i più ambiziosi obiettivi di riduzione delle emission di CO2 dai veicoli. L’industria dell’auto è di conseguenza fortemente impegnata nella riduzione delle emissioni di gas serra di tutti i nuovi modelli posti sul mercato, con massicci investimenti in ricerca e sviluppo. La ricerca riguarda le tecnologie motoristiche, le innovazioni strutturali per ridurre il peso dei veicoli  e dei loro componenti, e i carburanti alternativi. La media delle auto poste in commercio dopo il 2020 dovrà emettere il 40% in meno di CO2 rispetto al 2005.

emissioni giù col metano si può 2Le emissioni di CO2 dei veicoli a metano sono inferiori del 25% rispetto agli equivalenti motori a benzina, e coi modelli più recenti di veicoli a CNG la riduzione si spinge fino al 30%. Quando nel prossimo futuro saranno messi sul mercato modelli di veicoli a metano con motori a iniezione diretta (es. progetto di Daimler e Bosch), la riduzione sarà ancora maggiore. I laboratori di ricerca motoristica mostrano nei motori a ciclo Otto a CNG possibili riduzioni fino al 40-50% di CO2 con le tecnologie avanzate; e ancora maggiori nel caso delle miscele di CNG e idrogeno. La combustione del gas naturale produce il 30% in meno di CO2 anche rispetto alla combustione del gasolio.

Il motore a gasolio però funziona in ciclo Diesel, che vanta ancora rendimenti maggiori di circa il 15% rispetto al ciclo Otto del motore a benzina e a metano. Questo ridimensiona il vantaggio in termini di minore emissione di CO2 allo scarico. Si può comunque contare ancora su una riduzione del 10 – 15% delle emissioni di CO2 del motore a metano anche nel confronto con molte motorizzazioni Diesel. E un vantaggio potenzialmente maggiore sarà conseguito con l’HPDI (4), con cui sarà possibile il ricorso agli elevati rapporti di compressione tipici del ciclo Diesel. In questo caso il rendimento si avvicinerà di più a quello del motore Diesel, ed il risparmio delle emissioni di CO2 potrà aumentare di conseguenza.

 

emissioni giù col metano si può 3

 

La sinergia tra veicoli a metano e biometano

Oggi il biometano e il “Power to gas” amplificano la convenienza degli veicoli a metano. Il loro impiego cresce, avvantaggiandosi dello sviluppo del CNG, di cui condividono l’infrastruttura. Il biometano si miscela col CNG in ogni proporzione, riducendo le emissioni di gas serra fino al 97%, specialmente se prodotto da biomassa di scarto (residui agricoli, stallatico, residui legnosi, sostanze reflue fognarie ecc.), della quale evita anche le emissioni inquinanti dei processi di disgregazione naturale.

emissioni giù col metano si può 4Il processo “Power to gas” (ptg) impiega idrogeno, prodotto da energie rinnovabili (es. fotovoltaica, eolica), fatto reagire con CO2, prodotta ad esempio dalla trasformazione del biogas in biometano. Il processo dà metano di purezza elevata, e sviluppa interessanti sinergie col biometano. L’uso del ptg consente di ridurre le emissioni di CO2 fino all’85%. In Germania, AUDI ha lanciato un primo progetto ptg. La casa fornisce ai clienti dei suoi modelli a gas un sistema che permette il rilievo delle quantità di CNG acquistato. Sulla base dei rilievi, l’impianto produttivo rende disponibili equivalenti quantità di ptg, che sono immesse nella rete del gas naturale.

Si stima che al 2030 queste fonti rinnovabili copriranno il 15-20% del CNG consumato; questo renderà possibile una riduzione fino al 50% delle emissioni di CO2 da parte dei veicoli a metano.

I costruttori di veicoli hanno compreso l’importanza delle opportunità ambientali e strategiche del settore dei veicoli a metano, e offrono sul mercato un numero crescente di modelli progettati dalla fabbrica direttamente a metano.

La Commissione Europea riconosce i benefici ambientali dei veicoli a metano. Infatti ha varato la direttiva 2014/94 (DAFI) sull’implementazione dell’infrastruttura di rifornimento per i carburanti alternativi. Essa impone agli stati membri la creazione di piani di sviluppo entro scadenze prefissate nel breve e medio termine, oltre all’adozione di opportune normative europee entro la fine del 2016.

 

Note

  1. EPA Environment Protection Agency
  2. EPA – US Environmental Protection Agency: “Fuel Efficient Vehicles and Alternative Fuels Smart Choice Guide” – http://www3.epa.gov/region09/climatechange/transportation/fuel.html
  3. European Commission, Climate Action, Reducing emissions from transport http://ec.europa.eu/clima/policies/transport/index_en.htm
  4. HPDI, high pressure direct injection, consente al motore HD funzionante in ciclo Otto di raggiungere circa lo stesso rapporto di compressione, e quindi lo stesso rendimento termodinamico, di un motore Diesel; ciò rende massima la riduzione di emissioni di CO2 del GN rispetto al gasolio (~30%).