Veicoli a gas naturale
Il gas naturale compresso a two hundred twenty bar (CNG – Compressed Natural Gas, da distinguersi dal GPL – Gas di Petrolio Liquefatto) viene usato come alternativa meno inquinante ad altri carburanti per automobili e autocarri. In Italia viene comunemente chiamato "metano" anche se in realtà è una miscela di gas, composta effettivamente in gran parte da metano, ma anche da altri idrocarburi leggeri come propano, butano e tracce di altri gas e contaminanti (ad esempio acido solfidrico).
Nel 2008, gli Stati con il maggior numero di veicoli a gas in circolazione erano Pakistan, Cina, Argentina, Brasile, Iran, India e Italia. [1]
Indice
Il risparmio economico a parità di percorrenza ottenibile con un’auto a metano è di circa il 60% rispetto alla benzina. Infatti, con l’energia contenuta in one kg di metano si percorre in media 1,Five/1,6 volte la strada che si può percorrere con one litro di benzina. Ciò significa che se una vettura percorre in media fourteen km/l a benzina, essa percorrerà circa 21/22 km con un kg di metano [senza fonte] ; in più il prezzo al distributore di un kg di metano è notevolmente inferiore a quello di un litro di benzina.
Inoltre il gas naturale possiede, fra tutti i combustibili fossili, il rapporto più elevato tra energia sviluppata e quantità di anidride carbonica emessa e dunque contribuisce in maniera minore al riscaldamento globale. La combustione di un metro cubo di gas naturale produce circa thirty eight MJ (Ten,6 kWh) di energia.
I distributori di metano prelevano il gas direttamente dalla rete che fornisce anche le utenze domestiche e industriali, e non sono rifornite da autocisterne come avviene per i carburanti liquidi (benzina-gasolio-gpl).
Grazie alle emissioni inquinanti estremamente ridotte, i veicoli a gas naturale sono in genere esenti dai blocchi e dalle restrizioni del traffico.
Gli svantaggi del gas naturale come combustibile per autotrazione sono di diversa natura.
In primo luogo, le prestazioni del motore sono in genere un poco meno brillanti che con altri carburanti. Tipicamente, la potenza di un motore di piccola-media cilindrata è del 5-10% inferiore quando viene alimentato a gas naturale rispetto a quando è alimentato a benzina, tuttavia la velocità massima raggiungibile resta quasi invariata, anche se si impiega più tempo per raggiungerla. Con l’avanzare, però, della ricerca tecnologica e dei relativi investimenti in questo settore, in particolare l’evoluzione tecnologica dei turbocompressori e soprattutto delle centraline che gestiscono il loro funzionamento, le differenze di prestazioni rispetto ad altri carburanti si riducono fin quasi a scomparire. Attualmente il vero "limite" di un propulsore automobilistico alimentato a gas naturale è quello di essere derivato da un’omologa unità alimentata a benzina. Ciò porta a dei compromessi progettuali che al momento, per ovvie motivazioni economiche legate alle produzioni di scala, vedono "perdente" il gas naturale. Ma da un punto di vista puramente teorico non vi è motivo di pensare che, analogamente a quanto successo negli ultimi anni per le motorizzazioni a gasolio, un domani grazie a motorizzazioni sviluppate appositamente per questo carburante non possa venir meno nel pensiero comune l’idea che "gas naturale = minori prestazioni". Se un’auto venisse alimentata esclusivamente a metano, potrebbe avere un rapporto di compressione molto maggiore (il metano ha un numero di ottano pari a circa 120), che a parità di cilindrata porterebbe il motore ad avere il rendimento e prestazioni migliori.
Il secondo problema è l’ingombro del serbatoio (bombole) di gas naturale. Questo porta, su vetture di medie dimensioni, a una consistente limitazione dello spazio del bagagliaio rispetto ai serbatoi per combustibili liquidi, senza tuttavia ottenere quantità immagazzinabili di gas naturale che consentano autonomie equivalenti. Esistono anche automobili che, per l’installazione di una delle bombole di gas naturale, sfruttano lo spazio della ruota di scorta, sostituendola con un kit di riparazione e gonfiaggio. Uno dei limiti rimane di conseguenza l’autonomia, che va dai two hundred ai four hundred fifty km a seconda del tipo di vettura (esclusa l’autonomia aggiuntiva del serbatoio di benzina).
Un altro svantaggio può essere la capillarità e la distribuzione delle stazioni di rifornimento, non presenti uniformemente in tutto il territorio europeo, mentre altre aree geografiche ne sono completamente sprovviste. Negli Stati Uniti e nell’intera area NAFTA si sta valutando l’inserimento di questo tipo di alimentazione nel mercato nei prossimi anni.
Importante ricordarsi di fare collaudare le bombole ogni four anni se con normativa europea R110 (normalmente sono così omologate le auto con impianto di serie) – five anni se DGM (normativa italiana, solitamente per impianti aftermarket), per verificare la tenuta delle bombole stesse.
In Europa esistono paesi dove esiste una rete a uso delle auto private ma con pochi distributori (Francia, Spagna, Portogallo); in altri paesi, come la Germania, l’Italia, l’Austria e la Svizzera, il gas naturale viene attualmente promosso e favorito da parte dei governi locali e la rete distributiva è in forte crescita ed è consentito, eccetto che in Italia, il servizio di rifornimento self-service. Quindi in Italia questo può essere considerato uno svantaggio del metano: si può rifornire solo in presenza dell’operatore, che tipicamente non lavora di notte e nei (principali) giorni festivi come capodanno, ferragosto etc.
Nel dopoguerra la rete del metano per auto in Italia ha seguito sviluppi e recessioni dipendenti dalle evoluzioni tecniche e dalle crisi degli altri carburanti, ricevendo una notevole spinta dalla crisi del petrolio del one thousand nine hundred seventy three e poi un considerevole ridimensionamento attorno alla metà degli anni ottanta, in particolare quando, nel 1983, il Governo Craxi introdusse il superbollo anche per le auto a gas.
Negli ultimi ten anni si è riscontrata una inversione di tendenza, con l’incremento del parco circolante a metano come conseguenza dell’abolizione dell’impopolare superbollo per le auto a metano catalitiche (1997) e delle successive scelte legislative a favore dei carburanti meno inquinanti (ecoincentivi).
Nello stesso periodo le case costruttrici, grazie all’evoluzione della tecnica dei kit di trasformazione (introduzione degli impianti a iniezione gassosa sequenziale fasata) hanno iniziato a puntare l’attenzione sul metano come carburante mettendo a listino alcune vetture già predisposte in fabbrica con tale tipo di alimentazione. BMW e Volvo hanno inaugurato questa nicchia di mercato nel 1995/1996, mentre avvenne a fine one thousand nine hundred ninety seven l’entrata in listino della Fiat Marea 1.6 BiPower, prima auto italiana a metano di serie con impianto bifuel sequenziale fasato Metatron, sviluppato in cooperazione con Tartarini Auto, uno dei principali produttori mondiali di kit di trasformazione di auto a gas.
Alla Marea BiPower Fiat ha fatto succedere un anno dopo la Multipla 1.6 Bipower con lo stesso motore, e la Multipla 1.6 BluPower, prima auto di serie a metano monovalente (alimentata cioè solo a metano). La prima Multipla Bipower, essendo sviluppata da una grande casa costruttrice assieme alla Magneti Marelli Powertrain per il controllo motore, presentava dettagli molto innovativi, come ad esempio l’avviamento sempre a metano per evitare di consumare inutilmente benzina a ogni avviamento. Col passare del tempo la Fiat determine di puntare molto sulle versioni a metano delle proprie vetture, arrivando a inserire nella gamma di praticamente tutti i suoi modelli almeno una versione alimentata a metano. Viene creato all’interno dell’azienda un vero e proprio brand che identifica le vetture alimentate con questo combustibile: la famiglia delle Natural Power. Modelli a marchio Fiat che sono o sono stati in commercio con questa denominazione per le loro versioni a metano sono la Punto Classic Natural Power, la Grande Punto Natural Power, la Punto Evo Natural Power, il Doblò Natural Power, la Panda Classic Natural Power, la Punto two thousand twelve Natural Power, la Panda Natural Power e il Qubo Natural Power.
A partire dal two thousand two Opel-GM ha introdotto sul mercato europeo alcuni veicoli di serie a metano caratterizzati da una nuova tipologia di impianto di alimentazione: il sistema Monovalent-Plus. Caratteristiche peculiari di tale sistema sono:
- Una particolare forma della testata e delle valvole del motore tali da aumentare il rapporto di compressione, passando dall’originario Ten,Five:1 del motore a benzina 1,6 litri Ecotec a 12,8:1, in modo che il rendimento del propulsore sia assai più efficiente nell’utilizzo a metano, anziché in quello a benzina come solitamente avviene (nell’utilizzo a benzina il propulsore risulta perciò depotenziato a soli seventy five CV contro i ninety seven CV a metano e tale depotenziamento viene controllato anche dalla centralina motore, in modo da evitare il battito in testa a benzina).
- Una capacità ridotta del serbatoio della benzina a fourteen litri in modo da recuperare spazio nel sottoscocca per l’alloggiamento delle bombole metano e la salvaguardia dell’intera capacità di carico del baule, in modo da poter sfruttare fiscalmente la normativa europea che prevede per le auto bifuel con capacità di serbatoio inferiore a fifteen litri l’equiparazione alle monofuel. Questo consente ad esempio in Italia una riduzione del bollo auto del 75% e in alcune regioni come la Lombardia del 100%.
- L’automobile viene avviata sempre a metano, per poi commutare automaticamente a benzina al raggiungimento di una soglia minima di pressione del gas residuo nelle bombole (pari a nine bar, a differenza degli impianti sequenziali aftermarket che commutano a soli 1,Five bar); l’avviamento a benzina, indipendentemente dalla presenza di metano nelle bombole, avviene solo con temperature inferiori ai -20° Celsius.
Opel ha immesso sul mercato vari modelli, tutti equipaggiati con tale sistema di alimentazione, nel corso degli anni: la Zafira A 1,6 EcoM nell’autunno 2002, l’Astra G 1,6 EcoM nel gennaio 2003, il Combo 1,6 EcoM nel 2004, la Zafira B 1,6 EcoM nell’autunno two thousand six e la Zafira B 1,6 EcoM Turbo (con motore da ben 150CV) nel gennaio 2009.
Dal two thousand six Iveco ha messo sul mercato una versione a CNG del suo Daily, con motore a quattro cilindri da Three.0l e 136CV, i cui valori di emissione si posizionano al di sotto della normativa Euro V. Nello stesso anno fa lo stesso Citroën con la C3 GNV, il Berlingo GNV e la C4 GNV.
Anche la Volkswagen ha immesso sul mercato un veicolo quasi monovalente a metano, la Volkswagen Touran Two.0 Ecofuel, con un motore two litri da one hundred seven CV. Come la Fiat Multipla, anche la Touran ha le bombole sotto il piano del baule, in posizione riparata dagli urti e con molti accorgimenti di sicurezza, che non riducono il normale volume di carico, e con di una riserva di benzina di fourteen litri. Dal two thousand nine VW ha immesso sul mercato la Touran 1.Four TSI, Ecofuel con motore turbo da 150CV e la Passat (sia berlina che variant) sempre in versione TSI Ecofuel (la Passat però non ha un serbatoio benzina ridotto a soli fourteen litri e pertanto non è considerata monofuel).
Al fine di dimostrare l’efficacia del gas naturale alcuni Team si sono cimentati nelle competizioni automobilistiche con vetture alimentate a metano
Nel 2012 il Team, diretto dal ds Nicola Ventura, si presenta con una Fiat five hundred Abarth modificata per l’alimentazione a metano con un impianto Cavagna/BIgas e ribattezzata "500 EcoAbarth" [Two] . Alla guida l’esperto Massimo Liverani, mentre nel ruolo di navigatore si alternano Valeria Strada, Alessandro Talmelli e Fulvio Ciervo. Il fourteen ottobre 2012, al termine del 7° EcoRally SanMarino – Vaticano, con three vittorie ed un secondo posto (su four gare), il Team si è aggiudicato i titoli italiani CSAI Energie Alternative Piloti e Navigatori [Trio] . Il twenty eight ottobre 2012, dopo aver corso in seven nazioni europee collezionando three vittorie, two secondi posti e portando sempre a punti la vettura, il team si è aggiudicato i titoli mondiali FIA Energie Alternative Piloti e Costruttori [Four] [Five] [6] . Per la prima volta nella storia dell’automobilismo una vettura alimentata a metano vince un titolo mondiale FIA.
Nel 2013 il Team si ripresenta al via dei Campionati FIA e CSAI. La stagione è dominata dalla "500 EcoAbarth" di ecomotori.net che conquista five titoli su five a disposizione. Grazie al lavoro del team, Abarth torna a vincere un Titolo Costruttori dopo forty six anni di digiuno. [7] [8]
Il Team partecipa al Campionato Italiano "Formula Challenge".
Nel 2012 il Team porta al debutto una Peugeot two hundred seven alimentata a metano che si dimostra ben presto molto competitiva ma a causa di inconvenienti e rotture non arrivano i risultati sperati.
Nel 2013, la two hundred seven ribattezzata 20C (CO2 scritto al contrario per sottolineare le basse emissioni inquinanti anche nelle competizioni), sembra aver risolto i problemi facendo registrare già four vittorie sulle prime four gare del Campionato a Cremona [Ten] , Osimo [11] , Franciacorta [12] e Reggio Emilia [13] .
Per quanto riguarda la tipologia più classica e diffusa di auto bifuel metano-benzina, l’installazione dell’impianto in aftermarket consente di avere un’auto ibrida che si muove a benzina oppure a metano, e la selezione del carburante viene effettuata tramite un apposito commutatore. Altra soluzione relativamente recente è l’applicazione della doppia alimentazione Gasoli-Metano, ma caratterizzata da un uso contemporaneo di metano e gasolio e non con il solo metano come avviene nei motori ad accensione comandata [14] .
Il metano è commercializzato allo stato gassoso e, a differenza di quanto avviene per gli altri carburanti (che sono stoccati in appositi serbatoi nelle stazioni di servizio), viene erogato direttamente dalla rete, compresso alla pressione di two hundred sixteen bar nominali, per riempire le bombole installate sulla vettura (posizionate solitamente nel baule per le vetture trasformate successivamente alla costruzione e sotto il pianale per le vetture già concepite per il funzionamento a metano). Il sistema misura la massa del gas che viene erogato, e per questo il prezzo del metano è calcolato in funzione non del volume ma della massa, a differenza dei carburanti liquidi. A settembre two thousand sixteen il prezzo medio al distributore è di circa 0,97 €/Kg [15] . Un kg di metano equivale all’incirca a 1,Five litri di benzina.
L’autonomia della vettura dipende dalla capacità delle bombole installate e può variare considerevolmente; mediamente per un’auto di segmento "B" con carrozzeria a two volumi la capacità in litri installabile varia da sixty a eighty litri, con una capacità di carica espressa in kg di circa Ten/13 kg di metano compresso, un costo di circa 8/11 € a pieno e un’autonomia intorno ai 200/300 km. Le auto di taglia maggiore (station wagon o monovolume) possono arrivare a caricare twenty o più kg di metano compresso, per un’autonomia che può variare tra i three hundred fifty e i 450/500 km a seconda del consumo, del percorso e dello stile di guida dell’autista.
Siccome il metano viene sempre erogato allo stato gassoso, tra un pieno e l’altro ci possono essere differenze considerevoli di carica in kg: ciò dipende dalla temperatura, dalla densità del metano stesso e dalla taratura della pressione di stacco dell’erogatore; maggiore è la temperatura e minore sarà la carica in kg in quanto il gas tende a essere meno denso, in quanto la maggiore temperatura è più vicina al punto di condensazione. D’estate perciò si carica tendenzialmente di meno e d’inverno si carica tendenzialmente di più, con variazioni anche del 15% tra le due stagioni.
Un altro fattore che influisce sulla densità del metano erogato e pertanto sulla carica finale al distributore è la provenienza e la purezza del gas naturale. Il gas naturale non è costituito solo da metano puro, ma solitamente include anche, in percentuali trascurabili, altre tipologie di gas mescolati assieme: etano, butano, propano sono i più frequenti.
I gas di produzione italiana o russa sono i più puri tra quelli immessi nella rete nazionale di gasdotti: dati SNAM indicano un’elevata percentuale di metano, intorno al 98/99%. I gas di provenienza olandese o algerina invece hanno un contenuto percentuale di metano inferiore, che si aggira sull’87/90% per l’olandese e tra l’80 e l’85% per l’algerino.
Il costo dell’installazione di un impianto per metano aftermarket è di circa 1500/1800 € per un sistema tradizionale (aspirato) e di circa 2200/2600 € per un sistema sequenziale.
Quando si cambia auto si può recuperare una parte dell’impianto (ad esempio le bombole e le valvole delle stesse), con un risparmio fino al 30% sulle nuove installazioni; per questo in teoria il costo maggiore si avverte al primo montaggio, ma questo solo fino a un certo punto, infatti le auto più recenti (dalle Euro3 in poi]) richiedono quasi obbligatoriamente l’installazione di impianti sequenziali fasati per evitare conflitti con l’elettronica di bordo e relativi malfunzionamenti dell’impianto a gas.
Esistono anche vetture alimentate a solo metano, dette "monovalenti", o con un piccolo serbatoio di riserva di benzina di capacità inferiore a fifteen litri, in effetti bivalenti ma che per la normativa europea vengono ugualmente classificate come "monovalenti". Questa soluzione è stata introdotta da Opel con la Zafira EcoM per poter classificare la vettura come monovalente pur lasciando la praticità di viaggiare anche a benzina anche in zone non servite dalla rete di distribuzione CNG, e sta prendendo piede anche per altri modelli tedeschi (Astra EcoM, Combo EcoM, VW Touran EcoFuel, VW Up EcoFuel, Caddy Ecofuel), infatti le vetture monovalenti godono di esenzioni fiscali: in Italia viene scontato del 75% il bollo auto.
Le vetture "bivalenti" invece vengono fiscalmente trattate come i corrispondenti modelli a benzina, in quanto per il fisco italiano fa fede la potenza massima dichiarata, che è quella con alimentazione a benzina, appunto.
Esistono anche progetti per portare il metano sui mezzi a due ruote, nel two thousand fourteen l’esperimento riminese avvia la procedura di omologazione in Italia [16]
Un’auto alimentata a metano raggiunge la stessa velocità di una alimentata a benzina. Il metano è leggermente penalizzante nelle prestazioni di una guida sportiva nel tempo che impiega l’auto a passare da zero a one hundred km/h. Infatti, la ripresa da fermo o cambiando marcia è più lenta. Teoricamente il metano potrebbe dare prestazioni migliori della benzina, poiché è maggiore il suo numero di ottano (pari a 120) e dunque ha un maggior rendimento, come accade anche nelle centrali elettriche alimentate a metano (turbogas); ciò richiederebbe però motori con un rapporto di compressione maggiore di quello dei motori attuali, predisposti con un rapporto di compressione adatto alla benzina. Questo non avviene ovviamente per i motori che sono già pensati per il funzionamento a gas naturale, il cui rapporto di compressione è più alto. Questi motori hanno prestazioni maggiori nel funzionamento a gas naturale rispetto a quello a benzina.
Un discorso a parte meritano i motori turbocompressi: se debitamente programmata, la centralina del motore può fare in modo che durante il funzionamento a metano la pressione di sovralimentazione data dalla turbina sia superiore a quella raggiunta durante il funzionamento a benzina. In questo modo si aumenta il rapporto di compressione effettivo, per via della maggiore pressione in entrata, e quindi aumenterà l’efficienza e la potenza del motore, che in questo caso sarà maggiore a metano piuttosto che a benzina.
Solitamente l’avviamento del motore viene mantenuto a benzina, perché questa ha un potere detonante maggiore e dà la scocca alla scintilla d’accensione con maggiore facilità. Quasi tutti i costruttori di kit prevedono l’avviamento a metano, ma viene sconsigliato il suo utilizzo perché l’accensione a metano richiede un uso più prolungato del motorino d’avviamento e non consente alla centralina della benzina di utilizzare le strategie di iniezione corrette che sono previste all’avviamento. Nelle auto a carburatore l’avviamento a metano è invece possibile quasi sempre, salvo condizioni climatiche avverse, come temperature molto basse. In questo tipo di auto se si tenta l’avviamento a metano spingendo troppo l’acceleratore può verificarsi talvolta un accumulo di gas nella camera d’accensione che ingolfa il motore e può impedire i successivi tentativi di avviamento. Spesso la soluzione per avviare l’auto è quella di commutare a benzina e avviare con essa il motore, per poi ricommutare a metano una volta stabilizzata la temperatura d’esercizio.
Ogni four anni [17] per le auto a metano dotate di bombole realizzate secondo la normativa europea ECE/R110 è obbligatoria la revisione delle stesse. La revisione è obbligatoria anche in caso di incidente che comporti il danneggiamento delle bombole. In entrambi i casi il collaudo (o la sostituzione) delle bombole è gratuita e viene finanziata da una piccola tassa sul carburante. Per effettuare la revisione è necessario rivolgersi agli installatori di impianti, che come prezzo chiederanno la sola manodopera di montaggio-smontaggio delle bombole. Per le auto con impianto realizzato secondo la normativa italiana la scadenza del collaudo bombole è ogni five anni.
Occorre chiarire le differenze esistenti tra il gas naturale (CNG) e il gas di petrolio liquefatto (GPL): il GPL viene venduto in fase liquida e in pressione a twelve bar nominali, contro i two hundred twenty bar in fase gassosa del metano, ne consegue che per i due combustibili occorrono impianti diversi, tra loro incompatibili. Le differenze dei componenti dell’impianto rispetto al GPL riguardano soprattutto il miscelatore e il tipo di bombola, le uniche parti potenzialmente intercambiabili sono le centraline elettroniche e il commutatore-indicatore di livello, ma, vista l’esiguità del loro costo rispetto al resto dei componenti, solitamente se viene disinstallato un impianto di un tipo e reinstallato un impianto dell’altro tipo vengono anch’esse sostituite.
Con il GPL si ha una penalizzazione sulle prestazioni quasi nulla, mentre con il metano si ha normalmente una perdita di potenza all’incirca del 7/10% qualora non venga utilizzata la centralina anticipatrice della fase d’accensione, la quale fa aumentare ulteriormente l’anticipo d’accensione della centralina di serie del motore, mentre in caso di sua presenza e corretta taratura non vi sono cali di potenza. L’alimentazione a metano consente, in virtù delle minori scorie di combustione generate nel motore, un allungamento degli intervalli di cambio olio fino a 40.000 km. Non è raro vedere macchine circolanti a metano con 350.000 – 400.000 km, in alcuni casi si arriva anche a 500.000 km.
Sulle auto con questo tipo di alimentazione sono da tenere sotto controllo le parti elettriche (candele, fili, bobina, batteria) in quanto il metano brucia assai meno rapidamente della benzina e necessita quindi che dette componenti siano sempre mantenute in ottimo stato.
Il riduttore di pressione (detto anche "polmone") del metano necessita di essere riscaldato durante il funzionamento in quanto il gas riducendo la propria pressione si raffredda, e alle basse temperature si potrebbe congelare il riduttore di pressione stesso. Allo scopo di evitare questo inconveniente esso viene collegato al circuito di raffreddamento del motore per mezzo di una derivazione.
Questo collegamento – se non eseguito a regola d’arte – aumenta la possibilità di perdite di liquido di raffreddamento, con possibili conseguenze negative sulla guarnizione della testata (che può bruciarsi) in caso di esaurimento del liquido stesso. Nella manutenzione periodica occorre pertanto verificare con cura questa parte del motore e i livelli dei liquidi.
La distribuzione del metano avviene in centri autorizzati alla presenza di un operatore. In Italia non esiste il self-service, mentre in altri paesi è consentito. Il metano è prelevato dalla rete che fornisce anche le utenze domestiche per il riscaldamento.
L’Italia è uno dei Paesi più "metanizzati", con la più estesa e capillare rete di distribuzione al mondo. Dal dopoguerra per circa forty anni ha detenuto il primato mondiale del numero di autostazioni per il rifornimento di metano e per i volumi di forniture.
Nel 2010, le città con la maggior percentuale di auto a metano sul totale del parco automobile sono: Ancona (7,5%), Parma (6,9%), Bologna (Four,7%), Modena (Four,4%) e Foggia (Four,3%). [Legal]
Rete dei distributori di metano per auto in Italia Modifica
Suddivisione italiana su base regionale della rete di distribuzione del metano per autotrazione aggiornata al 12/04/2017: [Nineteen]