Carburanti per autotrazione: tipologie, normative, utilizzi

Premessa

L’Unione Europea, tramite apposite direttive, ha iniziato già dal 1992 un programma di miglioramento della qualità dell’aria: tra i vari aspetti affrontati dalle commissioni di ricerca vi è anche l’inquinamento ambientale causato dal traffico stradale.

Gli strumenti che l’Unione ha scelto per la riduzione dell’inquinamento ambientale da autoveicoli sono: il miglioramento delle tecnologie per il controllo delle emissioni (in collaborazione con i costruttori di auto), il progressivo “svecchiamento” del parco auto circolante (tramite apposite campagne di rottamazione) ed il miglioramento degli standard qualitativi dei carburanti per autotrazione (in collaborazione con le compagnie petrolifere).

Questo articolo ha lo scopo di chiarire agli automobilisti tutti gli aspetti legati all’utilizzo dei carburanti per autotrazione, le varie tipologie dei carburanti, le normative vigenti in materia ed i possibili utilizzi dei carburanti nelle differenti motorizzazioni.

Tipologie dei carburanti

Prima di tutto un cenno sulla produzione dei carburanti comunemente usati in campo automobilistico.

I combustibili tipici per motori a combustione interna – a ciclo Otto o Diesel – sono miscele di idrocarburi, ottenuti dalla raffinazione del petrolio sia per distillazione sia attraverso processi di trasformazione chimica.

Nel processo di raffinazione i combustibili che via via si ottengono dalla distillazione del petrolio greggio sono nell’ordine: il GPL (gas di petrolio liquefatto), le benzine, il kerosene, i gasoli, la nafta, gli oli combustibili e lubrificanti, infine i catrami e gli asfalti (che ovviamente non sono combustibili).

I composti piú leggeri (GPL e benzine) distillano a bassa temperatura e vengono separati per primi dal greggio, mentre per separare i piú pesanti (nafta ed oli) è necessario riscaldare il greggio a temperature maggiori, fino a oltre 400 °C, nelle torri di distillazione.

Una volta separati i diversi tipi di combustibili, questi verranno diretti alle rispettive lavorazioni: separazione dei composti indesiderati o nocivi (composti azotati, solforati, paraffine, acqua, ecc.), filtraggio, purificazione ed additivazione, per farli rispondere alle specifiche produttive richieste.

Ai nostri fini terremo conto nella trattazione solo di GPL, benzine e gasoli: gli unici combustibili (oltre al metano) usati nel campo automobilistico.

GPL

È la parte piú volatile del petrolio, gassosa appunto. È composta essenzialmente da idrocarburi leggeri, con numero di atomi di carbonio da C₃ a C₄, a cui vengono mischiati altri gas, piú o meno pregiati, provenienti da altre lavorazioni di raffineria, per poi essere avviati alla commercializzazione dopo opportuna purificazione dai composti inquinanti.

A causa della variabilità della sua produzione in raffineria, la composizione del GPL può essere di volta in volta differente, cosí come il suo potere calorifico, per cui nei diversi acquisti alle pompe l’automobilista potrà avvertire leggere differenze nel rendimento del motore. Non v’è rimedio a questo inconveniente, se non quello di rivolgersi ad un altro rivenditore che offra un prodotto qualitativamente migliore.

Il GPL, per la presenza di gas pesanti, solforati, mercaptani, ecc., non è tra i carburanti piú ecologici in assoluto ma pone comunque pochi problemi ai motoristi per i vantaggi che offre: minori incrostazioni delle valvole e delle camere di combustione, minor inquinamento dell’olio lubrificante, migliore combustione; per contro impone gli svantaggi dell’impianto di alimentazione supplementare (bombola, tubazioni, riduttore, ecc.) pesante ed ingombrante, della riduzione delle prestazioni del motore (dell’ordine del 5-6%), e delle difficoltà di reperimento sul territorio (nel sud Italia è quasi introvabile).

Benzina

La benzina è la seconda frazione piú volatile del petrolio, dopo il GPL. La sua volatilità è necessaria per consentire la piú intima miscelazione con l’aria nella camera di combustione, al fine di ottenere una combustione completa ed uniforme.

La benzina è composta essenzialmente da idrocarburi leggeri, con numero di atomi di carbonio da C₅ a C₁₁, subisce diversi trattamenti (reforming, cracking, ecc.) per poi essere trattata con additivi ed avviata alla commercializzazione, dopo opportuna purificazione dai composti inquinanti.

La benzina super, detta anche benzina rossa, deve soddisfare specifiche di fabbricazione, in termini di composti inquinanti, meno restrittive rispetto alla verde; richiede quindi una base meno raffinata, inadatta per la produzione della verde.

La tendenza odierna negli impianti di raffinazione è di unificare le linee produttive delle benzine, cosí da produrre una sola base che verrà poi trattata con additivi per migliorarne le caratteristiche antidetonanti: per la super vengono usati essenzialmente additivi a base di piombo (piombo tetraetile), mentre per la verde idrocarburi aromatici ed ossigenati (benzene, MTBE). Una delle caratteristiche fondamentali della benzina per impiego automobilistico è infatti la sua capacità antidetonante, comunemente indicata con il numero di ottano: esso indica la capacità di una benzina di non autoaccendersi durante la compressione nel cilindro, cosí da evitare fenomeni di autoaccensione, comunemente conosciuti come “battito in testa”, dannosi per il motore.

Attualmente la benzina verde ha un numero di ottano di 95 RON, mentre la super di 98 RON; all’estero la benzina verde è disponibile anche nella versione 98 RON, la cosiddetta “super senza piombo”.

L’utilizzo nei motori automobilistici dei due differenti tipi di carburante non può essere casuale: i motori progettati per l’utilizzo di benzina super possono dare problemi di auto accensione (battito in testa) e di possibile usura delle sedi valvola se utilizzati con la verde. Viceversa i motori progettati per l’utilizzo di benzina verde seri problemi d’inquinamento e precoce “esaurimento” del catalizzatore se utilizzati con la super.

Catalizzatore

Durante la combustione l'alta temperatura in gioco fa sí che si formino monossidi, altamente aggressivi in quanto instabili: tipicamente CO ed NO (rispettivamente monossido di carbonio e di azoto); oltre a questi, naturalmente, vengono prodotti anche i corrispondenti biossidi (biossido di carbonio, meglio noto come anidride carbonica CO₂ e biossido di azoto NO₂), piú stabili e meno aggressivi.

Per ridurre le emissioni inquinanti, si ricorre allora ai catalizzatori. Ne esistono due tipi: il primo, di concezione piú vecchia, è noto anche come catalizzatore a due vie: è solo ossidante e si limita a completare le ossidazioni dei monossidi a biossidi, abbattendo quindi le emissioni degli estremamente tossici NO e CO trasformandoli in NO₂ e CO₂; il piú moderno è invece detto a tre vie: oltre ad essere ossidante ha potere riducente, ovvero è capace – ad esempio – di rompere la molecola di NO₂ e formare da questa N₂ e O₂, ovvero azoto e ossigeno, assolutamente innocui.

Tutte queste reazioni chimiche devono avvenire in un ambiente chimicamente controllato, affinché possano svolgersi in modo corretto; si è quindi reso necessario l’utilizzo dei moderni sistemi di accensione ed iniezione elettronica che, controllando costantemente tutti i parametri di funzionamento del motore (temperatura e pressione dell’aria aspirata, temperatura del motore, rapporto lambda, temperatura dei gas di scarico, ecc.) gestiscono la combustione in maniera ottimale, permettendo il corretto funzionamento del catalizzatore.

La compatibilità di utilizzo dei differenti tipi di benzine (super e verde) nelle automobili circolanti sarà trattata piú avanti, nel capitolo Utilizzo dei carburanti, dove viene proposta una tabella riassuntiva dei modelli in circolazione, che possono utilizzare già da oggi la benzina verde al posto della super.

Gasolio

Una volta separato il GPL, le benzine, il kerosene (che trova utilizzo come carburante in campo aeronautico e nel riscaldamento), la successiva frazione estratta dal petrolio greggio è il gasolio. È composto essenzialmente da idrocarburi medio ‑ pesanti, con numero di atomi di carbonio da C₁₁ a C₂₀; subisce un trattamento di raffinazione per poi essere trattato con additivi ed avviato alla commercializzazione, dopo opportuna purificazione dai composti inquinanti.

Uno dei suoi trattamenti piú importanti è la desolforazione, cioè la separazione dei composti a base di zolfo – una sostanza particolarmente inquinante – la cui percentuale è rigidamente regolamentata dalle normative europee antinquinamento.

Il gasolio, a differenza della benzina, deve avere buone caratteristiche di autoaccensione per garantire una corretta combustione nei motori ad accensione per compressione (motori diesel); l’indice che descrive questa caratteristica è il numero di cetano: indica la velocità di autoaccensione. Attualmente il gasolio per autotrazione venduto alle pompe ha un numero di cetano di almeno 51 (valore stabilito dalla Direttiva Comunitaria, in vigore dall’1 gennaio 2000).

Altra importante caratteristica del gasolio per autotrazione è il punto di congelamento, che viene opportunamente abbassato tramite additivi aggiunti nei mesi invernali già dalle compagnie petrolifere; in tal modo per l’automobilista non è piú necessario, com’era invece un tempo, provvedere in proprio all’aggiunta di questi additivi ad ogni pieno, spesso con costi elevati e con dubbi risultati in termini di funzionalità e di inquinamento atmosferico.

Metano

Anche se non è un derivato del petrolio, il metano ha comunque una certa importanza per il suo utilizzo nell’autotrazione. Innanzitutto il semplice nome metano è improprio: il suo vero nome è gas naturale, visto che si tratta di una miscela di vari gas combustibili, di cui il metano vero e proprio è solo la frazione maggiore ma non l’unica (vi sono anche una parte di etano, propano, butano ed altri gas, in proporzioni variabili a seconda della regione di provenienza: principalmente Algeria, Russia ed Olanda). Esso è presente nei giacimenti sotterranei (spesso insieme al petrolio) e viene estratto, filtrato, odorizzato ed immesso direttamente nella rete di distribuzione.

Oltre agli stessi pregi e difetti che condivide con il GPL (niente incrostazioni, niente inquinamento dell’olio, combustione perfetta, ma anche bombole ingombranti, riduzione della potenza del motore del 10% e difficile reperimento in alcune regioni, ad esempio nel sud Italia), il gas naturale ha però il grande vantaggio di essere il carburante piú ecologico in assoluto: la totale assenza di composti solforati, mercaptanici, azotati, ecc. ne fanno un combustibile quasi perfetto ecologicamente parlando.

In questi anni diversi costruttori europei, FIAT in testa, compiono ricerche nel campo dell’autotrazione a gas naturale, realizzano prototipi di auto alimentati a gas (veicoli a bicombustibile) e collaborano con la Commissione Europea per la creazione di nuovi e piú severi standard ecologici.

Normative vigenti

La Commissione Europea, nell’ambito del programma per il miglioramento della qualità dell’aria di cui si accennava nella premessa, ha stabilito i requisiti minimi che devono soddisfare i carburanti per autotrazione. Questi requisiti riguardano soprattutto la qualità dei carburanti, per soddisfare le sempre piú severe richieste dei moderni motori automobilistici, e le sostanze inquinanti disciolte nei carburanti (zolfo, piombo, benzene, ecc.); tali requisiti dovranno via via assecondare un programma di graduale miglioramento delle emissioni dagli autoveicoli.

La Direttiva Europea che regolamenta la qualità dei carburanti è la 98/70/CE del 28/12/1998: stabilisce in modo inequivocabile le caratteristiche fisico-chimiche che i carburanti devono rispettare, imponendo due scadenze successive con limiti sempre piú severi: 1/1/2000 e 1/1/2005.

Valori massimi ammessi per le benzine

Come si può notare, a fronte di un numero di ottano che dovrà restare costante (95), i contenuti delle principali sostanze inquinanti subirà una drastica riduzione nelle quantità ammesse, da qui al 2005. Il piombo, secondo le Direttive Europee, non dovrà piú essere presente in nessun tipo di carburante per autotrazione; questo costituisce di fatto il divieto di vendita su tutto il territorio comunitario di benzina super. I governi italiano, greco e spagnolo hanno ottenuto una proroga per l’applicazione di questi limiti, permettendo di fatto la vendita della benzina super per altri due anni. I limiti sopra esposti pertanto saranno validi a partire dall’1/1/2002.

Anche nei gasoli per autotrazione la situazione è migliorata: è stato imposto un numero di cetano via via sempre piú elevato, che implica nei motori diesel miglior accendibilità ed un contenuto di zolfo e di poliaromatici molto minore, a vantaggio delle emissioni inquinanti allo scarico.

Valori massimi ammessi per i gasoli

Questi sono i limiti progressivi che la Comunità Europea ha stabilito in seguito ad un’indagine campione eseguita nelle principali città europee (l’Aia, Atene, Colonia, Lione, Londra, Madrid e Milano) che ha preso il nome di “Auto-Oil”, ha dato i risultati alle commissioni di ricerca ed in seguito sono stati emanati i limiti progressivi sopra riportati. È già in corso una nuova indagine, l’Auto-Oil 2, al cui termine i risultati faranno prendere alle commissioni di ricerca nuovi provvedimenti per la salvaguardia della qualità dell’aria dal 2005 in poi.

È bene specificare che non esiste alcun disegno di legge né alcun progetto di normativa europea volto a vietare la circolazione di autoveicoli non catalizzati, sia benzina che diesel. I divieti involvono solo la vendita dei carburanti, non il loro utilizzo. La Comunità Europea, per la lotta all'inquinamento ambientale, ha sempre sostenuto la strada dell'inasprimento delle normative sulle emissioni degli autoveicoli nuovi (collaborando con i costruttori d’auto europei alla creazione di standard sempre piú severi), del progressivo ricambio del parco auto (tramite gli eco incentivi alla rottamazione), e del progressivo miglioramento della qualità dei combustibili in commercio (appunto con la normativa 98/70/CE in questione). La Comunità Europea non ha mai sostenuto la strada del divieto totale alla circolazione degli autoveicoli piú vecchi (non catalizzati), e nessun Governo locale potrà prendere autonomamente questa decisione, dovendo essi sottostare alla Comunità Europea per le normative ambientali. Gli unici provvedimenti di questo genere sono i blocchi temporanei del traffico, che i Sindaci possono attuare nei casi di superamento dei limiti delle sostanze inquinanti nell’aria.

Utilizzi dei carburanti

Uno dei problemi di recente attualità è il dubbio, insorto a molti automobilisti, circa la possibilità di utilizzare i nuovi carburanti nelle loro vecchie automobili non catalizzate.

Diesel

Innanzitutto chiariamo che nelle automobili diesel di qualsiasi età non c’è alcun problema nell’utilizzo del “moderno” gasolio: la sua nuova formulazione, con meno zolfo e con un numero di cetano piú elevato, non porterà altro che benefici a tutti i motori diesel circolanti (e all’aria che respiriamo).

Benzina con catalizzatore

Per le automobili a benzina catalizzate (ed anche con retrofit), quindi già alimentate con benzina verde, non ci sarà nessuna conseguenza: la nuova formulazione della benzina verde, con meno aromatici, benzene e zolfo, porterà solo vantaggi in termini di inquinamento, senza variazioni nel rendimento dei motori.

Benzina senza catalizzatore

Per le automobili a benzina non catalizzate potrebbero insorgere problemi (risolubili) nell’utilizzo della benzina verde in luogo della super.

La benzina super è trattata con additivi con composti a base di piombo, per farle raggiungere un elevato potere antidetonante (numero di ottano 98) e renderla cosí adatta ai motori con un piú elevato rapporto di compressione: l’utilizzo della benzina verde di 95 RON in questi motori può causare fenomeni di autoaccensione (battito in testa), risolvibili nella maggioranza dei casi con una riduzione dell’anticipo di accensione di 2÷4 gradi, operazione rapida e poco costosa, e con un po’ di cautela nell’uso del mezzo.

L’altro importante compito svolto dal piombo nella benzina super è la lubrificazione delle parti meccaniche con cui viene a contatto nel motore, in particolar modo le sedi delle valvole. Alcuni motori di produzione antecedente il 1988 hanno sedi valvola in ghisa, ricavate nella testata, anziché riportate in acciaio: questi motori possono manifestare usura delle sedi valvola dopo 20.000÷30.000 km percorsi con benzina senza piombo. Le compagnie petrolifere, al momento della scomparsa della benzina super, metteranno in vendita speciali additivi da aggiungere alla verde per sostituire la funzione lubrificante del piombo.

Compatibilità

Riportiamo di seguito le tabelle, tratte da Quattroruote, che mostrano la compatibilità dei vari tipi di motore, indicando additivo, anticipo e ok a seconda delle necessità.

I modelli e le motorizzazioni non specificatamente citate non richiedono alcun accorgimento nell’uso della benzina verde.