L’esperienza dei veicoli alimentati a GN è iniziata per i mezzi pesanti attraverso la conversione di camion dal funzionamento diesel al funzionamento in modalità dual fuel (diesel e NG). In figura 1.16 è visibile la distribuzione iniziale dei veicoli alimentati a LNG mentre in figura 1.17 è visibile l’andamento della diffusione dei veicoli LNG in Italia. Oggi nel mercato sono invece presenti veicoli NG di fabbrica, con stoccaggio di combustibile nel serbatoio in forma liquida. Ne sono di esempio modelli Stralis IVECO e modelli SCANIA con motori a scoppio dedicati per l’alimentazione 100% a GN e VOLVO con motori dual fuel con GN al 70%.
Figura 1.16: Distribuzione della popolazione dei camion del 2013, di fabbrica o convertiti, alimentati a metano liquido in europa [12].
È importante considerare che nelle tecnologie odierne, un motore alimentato a LNG non è così diverso da uno a CNG. L’unica modifica del sistema è lo stoccaggio di un fluido con densità energetica superiore, ma dal punto di vista funzionale il combustibile è ancora iniettato solo in fase gassosa. I serbatoi criogenici sono dei contenitori di acciaio inossidabile con l’isolamento prodotto dal vuoto tra la camera interna e quella esterna. Possono essere mantenuti leggermente in pressione, per permettere uno stoccaggio con temperature meno rigide, ma comunque ben al di sotto dei valori delle pressioni delle bombole per il CNG. Una volta abbandonato il serbatoio criogenico, il combustibile entra in uno scambia- tore di calore dove viene vaporizzato. In seguito al passaggio di fase un regolatore di pressione modifica le condizioni in modo da renderle adatte a quelle richieste in ingresso del motore. L’immagine 1.18 descrive in termini generali i principali dispositivi coinvolti in entrambe le tecnologie: la tecnologia LNG sul lato sinistro e la tecnologia CNG nel lato destro. Le condizioni di iniezione dei due tipi di alimentazione sono esattamente le stesse. Non ci sono al momento, se non in via puramente sperimentale, applicazioni di iniezione diretta o indiretta di metano liquido.
Figura 1.17: Andamento della presenza di veicoli LNG nella flotta di mezzi pesanti italiana.
I motori per camion alimentati a GN sono costruite secondo diverse tecnologie che soffrono più o meno le differenze nella qualita’ dei gas. In generale i motori dual fuel sono più sensibili alla variazione delle specifiche del gas rispetto ai motori a scintilla in temini di detonazione, per questo è bene che vengano standardizzate al più presto le caratteristiche dl LNG da fornire nelle stazioni di servizio.
Inoltre i motori, a seconda della progettazione, operano sotto diverse condizioni. Si individuano tre principali tipologie di motori:
• Motori ad accensione comandata alimentati a gas naturale in modalità di combustio- ne stechiometrica: sono caratterizzati da una miscela aria combustibile omogenea stechiometrica, mantenuta tale mediante il controllo di un sensore lambda sui gas di scarico.
• Motori ad accensione comandata alimentati a gas naturale in modalità di combustione magra: sono caratterizzati dall’alimentazione stratificata. Richiede l’utilizzo di una precamera di combustione in cui viene iniettata una miscela stechiometrica nella quale far avvvenire la prima pare della combustione che invece prosegue con un forte eccesso d’aria nella camera di combustione del cilindro. In alternativa l’iniezione diretta deve essere condotta con induzione di turbolnza per velocizzare il processo, che altrimenti risulterebbe troppo lento.
• Motori ad accensione spontanea dual fuel (NG-Diesel). Questa tipologia di motori ha la capacità di bruciare due combustibili differenti nel medesimo momento, utilizzando il diesel come innesco della combustione per il gas naturale. La percentuale della sostituzione del diesel in questi motori varia molto con la tipologia e con le condizioni di funzionamento.
In generale si parla di efficienze maggiori e minori emissioni allo scarico per i motori a combustione magra rispetto a quelli con combustione stechiometrica. Tuttavia, questi
ultimi sono spesso dotati di catalizzatori a tre vie (TWC), che ossidano il CO e HC mentre riducono NOx e possono lavorare ad alta efficienza solo con le condizioni operative imposte da una combustine stechiometrica. A causa del forte eccesso di aria i TWC non possono essere usati nei motori a combustione magra, dove invece sono utilizzati catalizzatori ossidanti, per CO e HC in combinata con altri sistemi per trattare gli NOx. Per i motori dual fuel, invece, le norme antinquinamento prevedono l’installazione a bordo di strumentazioni per l’abbattimento delle emissioni similari a quelli installati nei veicoli con motori diesel, quindi riduttori catalitici selettivi (SCR), ossidatori catalitici e filtri antiparticolato.
In ogni caso i motori alimentati a GN, equipaggiati da piccoli impianti ausiliari, riescono a mantenere il livello di emissioni di NOx inferiore ai limiti imposti dall’EURO IV.
Figura 1.18: Confornto tra i dispositi coinvolti nell’alimentazione CNG o LNG di un motore per camion [12]: 1-Serbatoio Criogenico per LNG; 2-Vaporizzatore; 3-Regolatore di pressione; 4,7-Iniettori NG; 5-Serbatoi in pressione per CNG; 6-Regolatore di pressione; 8-ECU (Electronic Control Unit).
Stazioni di rifornimento LNG Le stazioni di rifornimento possono essere di tipo LNG
o C-LNG. La differenza tra i due risiede nella tipologia di prodotto disponibile alla pompa, ovvero nel primo caso essenzialmente LNG, mentre nel secondo CNG o LNG a seconda della necessità.
Le stazioni a LNG sono composte principalmente da un vaporizzatore, un serbatoio criogenico LNG e da un distributore. La capacità dell’area di servizio è generalmente una funzione del suo utilizzo: può andare da 10 a 70 m3di GNL per sopperire al rifornimento
da 30 a 200 camion, con pressioni di esercizio da 3 a 20 bar.
Una stazione L-CNG è una classica stazione CNG con la differenza che il gas provie- ne da un serbatoio di GNL. Il liquido viene compresso a più di 200 bar quindi, una volta pressurizzato, è vaporizzato e riscaldato per ottenere gas ad alta pressione. Il gas viene
odorizzato (se richiesto in base alle normative nazionali) e conservato in recipienti ad alta pressione prima di essere consegnato. Un secondo modo per ottenere CNG da un serbatoio LNG è la diretta vaporizzazione in uscita dal serbatoio, per poi essere odorizzato e infine compresso mediante un compressore standard. Nello stesso sito è possibile parallelamente rifornirsi di LNG.
Il primo distributore di LNG nato in Italia è quello di Piacenza inaugurato nel 2014 precedendo di poco la stazione analoga di proprietà ENI a Pontedera nell’area di servizio Eni sulla Firenze-Pisa-Livorno. Altre stazioni già esistenti in Italia sono quelle di Gera Lario(Como), Novi Ligure (Alessandria), Castel San Pietro (Bologna), e Macerata.
Figura 1.19: Struttura di una stazione di rifornimento C-LNG[11].
Oggi sono presenti diverse stazioni di rifornimento che operano secondo svariate variazioni impiantistiche. Nasce di conseguenza la problematica di come gestire il rifornimento delle aree di servizio che in prospettiva di una rete sempre più fitta possono distare dai terminale dei GNL anche diversi chilometri. La capillarità delle stazioni di rifornimento LNG può essere non eccessivamente estesa e non considerare la totalità del territorio nazionale, considerando l’elevata autonomia dei mezzi e che questi affronteranno viaggi sulle principali direttrici stradali tralasciando quasi del tutto il traffico su strade minori.
Le zone più prossime ai terminali di importazione vengono rifornite con camion carichi di LNG prelevato dalla costa. In Italia tuttavia non esiste ancora un vero e proprio terminal portuale capace di accogliere la totalità di LNG da importare; si preferisce rigassificare il metano in impianti offshore collegati a terra tramite condotte dovendo così rifornire molte stazioni (Piacenza) tramite camion provenienti dalla Spagna.
Le stazioni di rifornimento più distanti, sotto le adeguate valutazioni economiche conside- rando anche le efficienze di impianti di piccola scala, possono pensare di rifornirsi di metano gassoso dalla rete nazionale e liquefarlo successivamente con piccoli impianti locali. Questa soluzione si colloca alla perfezione all’interno delle filiere di BLG che possono alimentare trattori e mezzi di servizio nella zona di produzione delle biomasse, e rifornire allo stesso tempo stazioni di servizio periferiche.
LNG Blue Corridors Nell’identificazione delle posizioni strategiche delle stazioni di
delle distanze, delle direttrici principali di viabilità garantendo la presenza, all’interno delle distanze percorribili con un pieno, di altre stazioni di rifornimento.
Questo progetto, partito nel maggio del 2013, terminerà nel 2018 dopo alcune fasi di sviluppo, standardizzazione e messa in opera di un rete di trasporto stradale basata su mezzi pesanti alimentati a metano liquido. Il progetto prevede 4 arterie principali che si snodano nel Nord-Europa visibili nell’immagine 1.20. Il progetto si concentra nella ricerca di sviluppi nell’uso di questa tecnologia, attività dimostrative, ma soprattutto nella definizione di parametri standard per incentivare l’ampliamento del relativo mercato.
Figura 1.20: Lo sviluppo geografico delle quattro principali direttrici di sviluppo del progetto LNG Blue Corridors.