Impianti GPL/Metano

La valutazione di questo autore:   

Vantaggi:	Ecologiche, risparmiose
Svantaggi:	Distribuzione carburante poco capillare, costo dell'impianto, prestazioni

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Opinione completa

In questo periodo di grande crisi economica, soprattutto per il settore automobilistico in cui lavoro ed opero da una decina di anni a livello di R & D, grazie agli incentivi dei vari governi è stato rilanciato in maniera intensiva il mercato delle vetture a GPL ed a metano, e si è tornato a guardare alla “vettura del futuro”, ossia quella che utilizza idrogeno o energia solare, per non parlare dei vari approcci ibridi attualmente esaminati.
Non voglio dilungarmi su questi ultimi tipi di vetture, su cui ho comunque lavorato, altrimenti rischio di finire fuori tema: mi riservo di farlo il giorno in cui verrà aperta l’apposita sezione…
Metano e GPL, dunque…
Dopo 10 anni nel settore, ed essendo abbastanza ferrato nel ramo (“ho la faccia da muratore, ma si vede che ho studiato”, diceva lo chansonnier torinese Gipo Farassino in uno dei suoi più riusciti monologhi), mi sto rendendo sempre più conto di come molta gente parli di questi sistemi di propulsione sull’onda di quanto sente dire in giro invece di preoccuparsi di acquisire informazioni in maniera autonoma, invece di cercare di capire in di persona prima di esprimere giudizi che finiscono, inevitabilmente, per essere parole al vento.
Mi è venuta, pertanto, la voglia di scrivere qualcosa sull’argomento, anche per soddisfare le curiosità di un utente che, prima di altri, ha intuito dai miei commenti ad altre opi che probabilmente in materia ne sapevo, se non parecchio, abbastanza e che mi ha spronato a pronunciarmi in merito, anche correndo il rischio di passare per “quello che se la tira”.
L’ho detto in altre sedi, lo ripeto: io sono un elettronico, progetto e sviluppo soprattutto le centraline che su queste vetture svolgono il fondamentale compito del controllo del ciclo motore; va da sé che per essere all’altezza di quanto mi è richiesto professionalmente ho dovuto anche acquisire e rispolverare nozioni di chimica e di fisica, nozioni che devono essere un minimo conosciute per comprendere le differenze tra i due sistemi e che cercherò di semplificare il più possibile anche per chi con queste materie ha poca dimestichezza…
Cominciamo, dunque…

Metano e GPL: composizione chimica

Il GPL (acronimo di Gas di Petrolio Liquido e non Gas Propano Liquido) è una miscela di idrocarburi paraffinici, anche detti alcani, a basso peso molecolare di cui spesso il propano è il componente principale.
Il “metano”, chiamato anche Compressed Natural Gas (CNG), è di fatto una miscela di idrocarburi leggeri quali lo stesso metano, il butano, il propano ed altri gas contaminanti, quali ad esempio l’acido solfidrico (quello che puzza di uova marce per capirci).
La principale differenza tra i due si ha dal punto di vista dell’inquinamento e dal punto di vista energetico.
Entrambi i carburanti bruciano producendo bassissime quantità di anidride carbonica e di nitriti (i temuti NOx), ma a parità di volume il GPL ha una maggiore densità di energia stivabile.
Questo perché il GPL è di fatto un liquido nella bombola, ad alta pressione, ma diventa un gas a pressione e temperatura atmosferiche, mentre il metano resta sempre e comunque in forma gassosa, almeno nelle condizioni che ne permettono il trasporto in bombola…
Giusto per dare un rapporto, dato un qualsiasi volume e stivando i due combustibili nelle medesime condizioni, il GPL ha un potere energetico 3 volte superiore a quello del metano.
Perché il metano, allora?
Beh, la risposta è alquanto semplice: il metano, tra tutti i gas, presenta il miglior rapporto tra energia ricavabile e quantità di anidride carbonica emessa, ed è quindi maggiormente futuribile dal punto di vista ecologico.

Metano: tecnologia recente o no?

La storia delle vetture a metano, sebbene sembri recentissima, comincia in pieno ventennio fascista, per la precisione a metà degli anni ‘30.
Mussolini, avendo particolare a cuore la questione dell’autarchia, ossia dell’indipendenza energetica italiana, spinse e sovvenzionò la ricerca di nuovi carburanti che consentissero lo svincolo dal petrolio.
Nel 1973, in piena “austerity”, la vettura a metano ricevette nuova linfa, ma venne nuovamente e pesantemente stoppata dal governo Craxi a metà degli anni ’80 con l’introduzione del super bollo su vetture diesel ed a gas.
A partire dal 1996, BMW e Volvo cominciano a mettere in circolazione veicoli a CNG, seguiti l’anno dopo dall’Italia, dalla Marea Bi-Power commercializzata da Fiat.
A partire dal 2006, anche veicoli commerciali pesanti (Iveco Daily) hanno cominciato ad essere equipaggiati con questa tecnologia.
Parecchi comuni stanno cominciando a sostituire il loro parco di veicoli adibiti al trasporto pubblico con automezzi a solo metano, anche detto “monovalenti” o “monofuel”.

Confronto prestazionale tra GPL e metano

I più evidenti vantaggi del GPL sul metano sono la maggiore quantità di energia ottenibile da un medesimo quantitativo di carburante e la maggiore autonomia per i lunghi viaggi, ma non sono gli unici.
Ne esiste un altro molto importante.
La miscela di metano che viene usata sui veicoli CNG contiene parti importanti di metanolo ed etanolo, due composti che sono corrosivi e che quindi richiedono lo sviluppo di componenti, iniettori in particolare, maggiormente resistenti.
Maggiore potenza ottenibile si traduce immediatamente in un discorso prestazionale: con il GPL perdo qualcosa rispetto al tradizionale motore in termini di ripresa, con il metano perdo molto (circa il 10% di potenza, anche se la max velocità raggiungibile resta invariata), anche perché essendo un gas molto leggero risulta molto difficile da comprimere e risente, quindi, delle brusche accelerate che si traducono in un calo di pressione nel rail di iniezione e che richiedono tempo per essere compensate dal controllo motore.
Basti pensare che, attualmente, il riduttore che “scala” la pressione di serbatoio a quella del rail lavora in maniera proporzionale, ossia risente del cosiddetto “effetto bombola”. Se il target di pressione attualmente richiesto è di 9 bar (le generazioni future lavoreranno verso i 6 bar, per scendere via via fino ai 2.5 bar su cui stanno già lavorando i giapponesi), a bombola piena ne avremo qualcuno più di 10, a bombola scarica saremo sotto gli 8 bar. E’ evidente che il tutto si riflette sulle prestazioni della vettura (i sorpassi sono più lenti) ed è un problema non risolvibile fintanto che non si riuscirà a stabilizzare la pressione in altri modi.
Va detto che il metano potrebbe garantire prestazioni molto migliori di quelle di qualsiasi altro carburante attualmente in uso, poiché il suo numero di ottani è molto elevato ed offre quindi un rendimento ottimale, ma, per essere davvero efficiente, richiede motori con rapporto di compressione di molto superiore a quello presente in gran parte dei motori attualmente in uso, predisposti essenzialmente per lavorare con l’approccio “bi-fuel” e che devono essere, quindi, compatibili anche con il funzionamento a benzina. Se, tuttavia, il motore “nasce” già pensato per un utilizzo monofuel a metano, il rendimento sarà sicuramente migliore di qualsiasi motore a benzina proprio per il discorso degli ottani.
A favore del metano, pesa anche il discorso per cui l’Italia è uno dei paesi in cui la distribuzione del gas è più capillare e permettere, pertanto, lo sviluppo di una rete capillare di distributori in grado di avere un continuo rifornimento di carburante, mentre per il GPL la distribuzione è più problematica e richiede ancora l’utilizzo di trasporto su gomma o, ahimé, su rotaia (vedasi Viareggio).
Il motivo per cui sia ancora così difficile trovare distributori di metano è legato essenzialmente alla necessità di trovare luoghi “adatti” e sufficientemente sicuri. Le norme di sicurezza prescrivono, infatti, che attorno ad un distributore di metano ci debbano essere almeno 150 metri senza costruzioni abitate, e questo rende immediatamente evidente il motivo per cui quasi tutti i distributori si trovino nelle periferie o sulle autostrade.
Nonostante ciò, l’Italia è il Paese europeo con il maggior numero di distributori di metano.
Qualche giorno fa, un utente lamentava la mancanza di distributori self-service.
Il motivo è molto semplice: essendo un gas molto volatile, è indispensabile che ci sia una persona a conoscenza delle norme di comportamento addetta al rifornimento delle vetture.
Tenete anche conto che, mentre il GPL viene venduto a circa 12 bar, il metano viene erogato a 220 bar, una pressione enorme!
Un vantaggio non indifferente è comune ad entrambi gli approcci: il risparmio!
Con un kg di metano si possono percorrere circa 20 km, contro i circa 14 che si percorrono con un litro di carburante, ed il costo alla pompa del metano è parecchio inferiore (si parla di circa 1€/kg).
Qui occorre fare una precisazione.
Mentre la benzina, essendo un liquido, risente minimamente delle condizioni esterne, per il metano vale la legge dei gas di Boyle: il suo volume, e quindi il suo peso, dipendono dalla temperatura e dalla pressione esterna.
Pertanto, tra un pieno fatto d’estate ed un fatto d’inverno ci possono essere differenze di peso anche dell’ordine del 15%.
Fattore non secondario di cui bisogna tenere conto è che l’Italia, non possedendo grossi giacimenti di gas naturale, compra buona parte del suo fabbisogno da altri Paesi, e le caratteristiche della miscela cambiano a seconda del fornitore. SNAM, la società che gestisce l’erogazione del gas a livello nazionale, garantisce che il gas italiano e quello russo contengono percentuali di metano non inferiori al 98%, mentre quello proveniente da Olanda e Algeria può scendere fino all’80% di purezza.
Un grosso problema delle vetture a metano è che raramente riescono ad avere autonomie superiori ai 400-450 km con un pieno (parlo solo di gas, poi c’è il serbatoio della benzina), e questo è un limite se comparato con i kilometraggi raggiungibili con il GPL o con altri carburanti.
Le bombole sono molto ingombranti, è difficile stivarne molte su vettura, e richiedono un’attenta manutenzione: la normativa europea ECE/R110 prescrive la revisione ogni 4 anni o in caso di incidenti che ne compromettano la funzionalità e la sicurezza.
Il maggiore inconveniente legato al GPL è la sua densità allo stato gassoso: essendo molto più pesante dell’aria, tende ad accumularsi verso il basso. Anche se aromatizzato per renderlo percepibile all’olfatto umano (di per sé è inodore!), quando si avverte la sua presenza l’ambiente rischia di essere già saturo ed una minima scintilla può essere sufficiente per innescare un’esplosione.
Per questa ragione, i veicoli equipaggiati con impianti a GPL realizzati dopo il 2002 possono parcheggiare in box situati fino il primo livello interrato, mentre quelli antecedenti possono sostare solamente in posti esterni non comunicanti con il sottosuolo (normativa ECE/ONU 67/01).
In caso di viaggio in traghetto è indispensabile comunicare che la vettura è a GPL affinchè le sia riservato un posto in una zona adeguata.
Le bombole vanno sostituite dopo 10 anni.

Metano: impianto e funzionamento

Il costo di realizzazione di un impianto a metano si aggira tra i 1500-1800€ per il tradizionale, di 2200-2600€ per il sequenziale.
Cambiando vettura è possibile recuperare parte dell’impianto, anche se ultimamente è indispensabile montare impianti sequenziali per evitare conflitti con le altre centraline elettroniche presenti a bordo (specie su vetture Euro 3 ed Euro 4).
Solitamente, l’avviamento del motore viene effettuato a benzina e viene commutato successivamente sul metano, poiché l’accensione a gas richiede un funzionamento eccessivamente prolungato del motorino di avviamento ed entra anche in conflitto con quelle che sono le strategie di accensione presenti sulle centraline.
Il metano brucia molto meno rapidamente della benzina: a questo scopo, è indispensabile tenere sempre sotto controllo lo stato delle parti elettriche della vettura (fili, bobine, candele,…).
Quando un gas si espande, come quando scende da una pressione di 220 bar ad una di una decina circa, si raffredda proporzionalmente. Il salto termico è davvero rilevante e può portare alla formazione di ghiaccio sul riduttore che opera lo scalamento di pressione, con conseguenti possibili guasti. Fortunatamente, su vettura è sempre presente il circuito di raffreddamento ad acqua del motore che è termostatato, salvo guai di altra natura, ad una temperatura di 90C che, opportunamente deviato, permette di mantenere in temperatura il riduttore e previene possibili malfunzionamenti.
E se volessi passare da GPL a metano o viceversa?
Beh, la cattiva notizia è che gran parte dei componenti, specialmente quelli meccanici, vanno buttati. Le bombole GPL sono assolutamente inadeguate per il metano, che viene stivato ad una pressione di un ordine di grandezza superiore. Le uniche parti intercambiabili sono, di fatto, la centralina elettronica e l’indicatore di livello, il cui costo è però talmente trascurabile rispetto a quello dell’impianto che si preferisce cambiarli comunque…

Cosa dire d’altro?
Beh, la cosa che prima di tutte risulta evidente è che impianti di questo genere si ripagano da soli con il tempo.
Ad una spesa di qualche migliaio di euro iniziale fa riscontro un risparmio sui rifornimenti non indifferente, specialmente per quanto riguarda il metano.
Sensazione mia è che il costo di questi carburanti “alternativi” andrà via via aumentando a mano a mano che sempre più gente si orienterà verso questi propulsori, un po’ come successe una ventina di anni fa quando il diesel smise di essere motore per camion e furgoni e cominciò ad essere utilizzato massivamente anche sugli autoveicoli, ma per ora è assolutamente conveniente, anche se va tenuto in conto il costo di sostituzione periodica delle bombole.
Onestamente, ho avuto modo di provare parecchie vetture a metano, sia su pista che su strada, e devo dire che, a meno che non si voglia guidare come dei piccoli Schumacher, le prestazioni non sono poi così male, specialmente quando si pensa che con una Multipla siamo andati in 6 da Torino a Bologna a 130km/h e abbiamo fatto il pieno solo a Parma. Come detto, si avverte soprattutto la mancanza di ripresa, ma non è detto che sia un difetto insormontabile con le prossime generazioni di motori che lavoreranno a pressioni di rail inferiori e che aggireranno in qualche modo il problema del “buco” di pressione sulle accelerate brusche.
Qualche mese fa ho seriamente preso in considerazione l’ipotesi di acquistare una Panda a metano, visto che ho un distributore proprio fuori dalla ditta dove lavoro. Ipotesi poi decaduta proprio perché, alla fine, la vettura era per mia moglie, che gira più che altro in città e che quindi avrebbe avuto problemi con i rifornimenti.
Beh, concludo dicendo che spero di non avere urtato la sensibilità di nessuno per volere sembrare troppo saccente e che spero di avervi chiarito almeno un pochino le idee su questi motori di cui tanto si discute, ma di cui davvero troppi sanno troppo poco.

A Kaiser!