Soluzioni per il rifornimento dei veicoli a GNC – Informazioni sul GNC e sui VGN
Che cos’è il gas naturale?
Il gas naturale è un idrocarburo presente in natura formatosi in milioni di anni dalla scomposizione di materiale organico vegetale e animale.
Si trova normalmente intrappolato sotto terra in serbatoi che possono essere costituiti da sacche di gas o substrati di sabbia o petrolio. Esso viene estratto come sottoprodotto del petrolio o in modo dedicato come gas grezzo.
Il componente principale del gas naturale è il metano, e normalmente compone circa il 90 percento del gas naturale di "qualità standard (pipeline)". Altri idrocarburi che si possono trovare in piccole quantità sono etano, propano e butano.
La maggior parte del gas naturale consumato nel Regno Unito è prodotto internamente, nel Mare del Nord. I flussi di gas prodotti dai serbatoi contengono gas naturale, liquidi e altri materiali. È necessario un trattamento per separare il gas dai liquidi e per rimuovere i gli agenti contaminanti. Per prima cosa il gas viene separato dai liquidi liberi come olio grezzo, idrocarburi condensati, acqua e particelle estranee. Il gas separato viene quindi ulteriormente trattato per soddisfare le specifiche. Un impianto di disidratazione controlla il contenuto di acqua; un impianto di trattamento del gas rimuove alcuni componenti di idrocarburi a seconda della temperatura di condensazione e un impianto di addolcimento del gas rimuove il solfuro di idrogeno ed altri composti di zolfo quando presenti. Il gas naturale è inodore, per cui vengono aggiunti degli odori per dargli il tipico odore di “gas”.
Che cos’è il GNC?
GNC è un acronimo che significa Gas Naturale Compresso ed è il termine usato per il mentano o il gas naturale pressurizzato a pressioni elevate (di solito 250 bar). Il gas naturale resta sempre allo stato gassoso durante il processo di pressurizzazione.
Per massimizzare la quantità di gas immagazzinato all’interno di un dato volume (per esempio un serbatoio del carburante) il gas viene pressurizzato e immagazzinato in bombole speciali.
Il gas viene compresso tramite compressori alternativi (a stantuffo) per alta pressione.
Che cosa sono i VGN?
VGN è l’acronimo di Veicoli a Gas Naturale. Si tratta di veicoli standard che sono stati modificati per poter funzionare con alimentazione a gas naturale compresso (GNC).
Ci sono tre tipi di VGN: Dedicati, Bi-Fuel e Dual Fuel. I veicoli dedicati funzionano solo a gas naturale. I veicoli Bi-Fuel funzionano con GNC, mantenendo però la possibilità di funzionare a benzina come combustibile di riserva. Il motore può funzionare con entrambi i combustibili, ma non con contemporaneamente. Il rapporto di compressione del motore deve restare ad un rapporto adatto per la benzina. Attualmente questo tipo di motori viene usato quasi esclusivamente per veicoli al di sotto dei 3,500 kg. I motori Dual Fuel sono derivati dai motori diesel. Viene conservata una piccola quantità di gasolio come fonte di accensione pilota. Il gas naturale costituisce l’alimentazione principale e viene miscelato con l’aria in ingresso. L’accensione spontanea propria dei motori Dual Fuel viene raggiunta tramite la compressione del motore e non necessita di candele di accensione.
 Carrello a forche alimentato a GNC – Deposito di carico Qantas,Australia |
Il gas naturale compresso viene immagazzinato a bordo del veicolo all’interno di bombole installate nella parte posteriore, inferiore o superiore del veicolo stesso. Il gas naturale viene alimentato nel motore tramite una valvola di regolazione ad alta pressione (il più delle volte posizionata nel cofano motore), in cui la pressione viene ridotta. Nei motori a carburatore, la benzina entra nel carburatore (attraverso uno speciale miscelatore aria/combustibile) a pressioni prossime a quelle atmosferica attraverso un miscelatore speciale per gas naturale dove viene correttamente miscelato con aria. Nei motori ad iniezione il gas naturale entra negli iniettori a pressioni relativamente basse (fino a circa 6 bar, 90-100 psi). In entrambi i casi, il gas naturale entra poi nella camera di combustione del motore e viene acceso per creare la potenza necessaria per mettere in movimento il veicolo. Delle speciali elettrovalvole impediscono che il gas entri all’interno del motore quando questo è spento. |
 Camion per la raccolta dei rifiuti alimentato a GNC – Parigi, Francia |
Nei veicoli bi-fuel, un selettore del carburante controlla il flusso sia del gas naturale sia della benzina. (In alcuni sistemi, la commutazione viene fatta automaticamente quando il gas naturale è terminato). Un indicatore di livello del carburante viene fornito sul cruscotto o è incorporato nel normale indicatore di livello della benzina in modo che il conducente possa stabilire la quantità di gas naturale residua nei serbatoi.
Che cosa sono le stazioni di rifornimento per GNC?
Per stazione di rifornimento per GNC si intende l’installazione necessaria per rifornire un veicolo che utilizza gas naturale compresso, ed è composta principalmente da alimentazione del gas, compressore di gas, bombole di magazzinaggio, pannello di priorità e distributore.
Le stazioni GNC possono assumere diverse forme e dimensioni, ma tutte contengono questi componenti di base.
Le stazioni di rifornimento si possono dividere in due gruppi principali, Rifornimento a tempo (o Rifornimento lento) e Rifornimento rapido.
Le stazioni di rifornimento a tempo usano il compressore per rifornire direttamente il veicolo su un periodo di tempo, normalmente mentre il veicolo resta parcheggiato durante la notte. Queste stazioni non necessitano quindi di costosi distributori elettronici, ma hanno la limitazione che non possono essere destinate al rifornimento pubblico o alle aree di servizio.
Questo tipo di stazione è adatta ai grandi depositi di autobus dove ogni notte tutti i veicoli tornano ad un’unica base nota.
I rifornimento rapido rappresenta invece il metodo più comune per i veicoli leggeri come le automobili e i taxi ed è adatto per le aree di servizio.
Per queste stazioni il gas viene distribuito da bombole di magazzinaggio statiche che contengono il gas ad alta pressione (250 bar). I compressori di gas mantengono la pressione del gas attaccandosi e staccandosi periodicamente ed intervenendo quando necessario ripristinare il gas rifornito da ciascun veicolo.
Questa configurazione si adatta in modo ideale alle stazioni di rifornimento pubbliche o laddove è necessario un rifornimento veloce ed il veicolo deve spostarsi in un altro luogo distante dalla stazione del gas.
Le stazioni a rifornimento veloce sono adatte per automobili, taxi, furgoni, veicoli per la raccolta rifiuti e HGV, ma qualsiasi tipo di veicolo può essere rifornito in questo modo.
Sicurezza
Il GNC, che è sempre un gas, è più sicuro del combustibili liquidi tradizionali come la benzina ed il gasolio, per una serie di motivi. Innanzitutto, nel caso di perdite nel serbatoio, il gas si disperde rapidamente verso l’alto, mentre i combustibili liquidi creano una pozza sul terreno creando un rischio potenziale di incendio.
In secondo luogo, il GNC ha una temperatura di accensione più elevata dei combustibili liquidi (580 °C, mentre per la benzina è di 220 °C), quindi è meno probabile che ci siano delle fonti di calore di tale entità in caso di perdite di gas.
Terzo, il GNC ha un ristretto campo di infiammabilità a, accendendosi con concentrazioni nell’aria comprese tra il 5 e il 15% (la benzina si incendia con concentrazioni comprese tra l’1 e l’8% in aria).
Inoltre, il gas naturale non è tossico ne’ corrosivo e non contamina le falde acquifere.
La combustione del gas naturale non produce aldeidi o altre tossine nell’aria in quantità significative, che sono un problema della benzina e di alcuni altri combustibili alternativi.
Un altro fattore di sicurezza riguardante i veicoli VGN è che le bombole di magazzinaggio a bordo dei veicoli e presso le stazioni di rifornimento sono fatte di materiale molto resistente e sono protette da valvole di sfiato e da altri dispositivi di sicurezza.
La struttura delle bombole è soggetta a numerosi test severi come prove di incendio, collisione, danni meccanici, ecc.
Anche il processo di rifornimento sulla pompa è molto sicuro poiché l’intero sistema è “sigillato”. Questo impedisce qualsiasi perdita o fuoriuscita di prodotto.
Combustibili alternativi
I combustibili alternativi per il trasporto sono stati presi in considerazione per molti anni.
Non si tratta di nuove tecnologie, ma solo della presa di coscienza che le riserve di greggio sono finite e che la dipendenza dal petrolio ha anche altre implicazioni, come le problematiche di sicurezza dei rifornimenti e di controllo dei prezzi.
I principali combustibili alternativi sono:
- Diesel a bassissimo contenuto di zolfo – Si tratta di un tipo di gasolio che soddisfa sia le specifiche della normativa Euro4 sia le specifiche dei carburante proposte dal Commonwealth per l’implementazione 4 nel 2006. Le specifiche dei carburanti relative alla normativa Euro4 sono state pubblicate nella direttiva 98/70/EC della Comunità Europea nel 1998, e limitano il livello di zolfo a meno di 50 ppm. Questo ha già sostituito il gasolio convenzionale che ha una concentrazione di zolfo maggiore di 1000 ppm e sostituirà il gasolio a basso tenore di zolfo che ora è ampiamente disponibile ma che ha un contenuto di zolfo di<500 ppm.
- Biodiesel e Biogas – Il Biodiesel è un nome generico per indicare i combustibili ottenuti per transesterificazione di un olio vegetale. Questo procedimento produce un combustibile che ha caratteristiche di combustione molto simili al gasolio puro, ma ha una viscosità più bassa. Il termine Biodiesel si riferisce in genere al metilestere di semi di colza (RME), il principale Biodiesel a livello europeo. Negli Stati Uniti, si utilizza principalmente il gasolio di soia, un olio di semi di soia esterificato.
- Gas naturale liquido (GNL) – Anche il GNL è un gas naturale, ma allo stato liquido. Il metano liquefa a –161 °C e viene generalmente refrigerato a –180 °C per la liquefazione e richiede un serbatoio criogenico sottovuoto perché il gas possa mantenere le sue proprietà di magazzinaggio.
- Gas petrolio liquido (GPL) – Il GPL consiste principalmente in propano, propilene, butano e butilene, in varie proporzioni sulla base del suo luogo d’origine. I componenti del GPL sono gas a temperatura e pressione ambiente, ma possono essere facilmente liquefatti per il magazzinaggio. Per fare questo viene aumentata la pressione a circa 8 atm o viene ridotta la temperatura.
- Idrogeno – L’idrogeno è l’elemento chimico con minore peso molecolare e non si trova allo stato libero sulla terra. A causa della sua elevata reattività, è sempre legato ad altre molecole. Il risaltato è che l'idrogeno da usare per la trazione terrestre deve essere fabbricato dall’uomo. I veicoli possono bruciare idrogeno puro in un motore a combustione interna, oppure possono utilizzare una cella a combustibile che alimenta un motore elettrico. L’opzione della a combustibile è considerata in genere preferibile a lungo termine poiché, sebbene richieda delle modifiche più complesse al progetto originale del veicolo, consente di ottenere un’efficienza più elevata e quindi una percorrenza maggiore con la stessa quantità di benzina.
- Elettrico – Sono in uso molti veicoli elettrici come carrelli elevatori, carrelli del latte e alcuni piccoli veicoli passeggeri, ecc. La maggior parte dei veicoli elettrici soffre di un’autonomia limitata e richiede frequenti ricariche. Questo vincolo ne limita l’utilizzo per trasporti interni nelle aree urbane in zone circoscritte. I veicoli ibridi, come elettrici/a gas aiuteranno a incrementare il campo di applicazione di questi veicoli nel futuro.
Tematiche ambientali
 |
Ci sono molti motivi per cui qualcuno potrebbe voler investire in combustibili alternativi, principalmente: ambientali, economici, imprenditoriali e di evoluzione tecnologica. I veicoli funzionanti a gas naturale possono ridurre o eliminare:
|
La riduzione di emissioni nocive può essere significativa:
- Anidride carbonica – riduzione del 22-24% rispetto alla benzina, riduzione del 10% rispetto al gasolio
- Monossido di carbonio – riduzione del 76% rispetto alla benzina; i valori del GNC e del Diesel sono entrambi bassi
- Ossidi di azoto – riduzione dell’83% rispetto alla benzina, riduzione dell’80% rispetto al gasolio
- Idrocarburi – riduzione dell’88% rispetto alla benzina, riduzione dell’80% rispetto al gasolio
- Benzene – riduzione del 99% rispetto alla benzina, riduzione del 97% rispetto al gasolio
- Piombo – riduzione del 100% rispetto alla benzina, non applicabile al gasolio
- Particolato – non applicabile alla benzina, eliminato rispetto al gasolio
- Zolfo – riduzione di quasi il 100% rispetto alla benzina, riduzione di quasi il 100% rispetto al gasolio
Il gas naturale brucia più lentamente rispetto alla benzina o al gasolio, riducendo l’usura del motore ed aumentandone la durata
Non c’è piombo nel gas naturale, per cui l'aggressione delle candele viene eliminata, consentendo una durata maggiore di 2 o 3 volte.
Le grandi stazioni di rifornimento di GNC hanno anche una maggiore giustificazione di spesa relativamente all’infrastruttura delle tubazioni.
Maggiore utilizzazione delle risorse – supporto nazionale per i VGN per ragioni economiche per la sostituzione di un combustibile locale al petrolio.
Il gas naturale compresso costa dal 30% al 60% meno dei combustibili tradizionali
Sicurezza di fornitura – Un Paese che dipende dal petrolio importato può proteggersi in caso di crisi internazionali o del petrolio passando al gas naturale locale per l'alimentazione della sua rete di trasporti.
