Volvo LNG: l’era della decarbonizzazione

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Volvo LNG

Volvo LNG: l’era della decarbonizzazione – Alimentati con gas naturale liquefatto i nuovi motori Volvo LNG sono la giusta soluzione per abbattere consumi, emissioni nocive e costi di esercizio nel totale rispetto delle norme di sicurezza.

La situazione odierna

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Le sempre più stringenti normative antinquinamento, le continue limitazioni alla circolazione dei motori a combustione interna e le sempre più severe politiche delle amministrazioni locali hanno spinto tutta la filiera ad apportare numerosi e cospicui cambiamenti nel trasporto regionale di media distanza e in quello internazionale a lungo raggio. In un mondo,infatti, dove ben l’80% del trasporto avviene su gomma e dove di questo 80% ben il 96% è alimentato da combustibili fossili (carbone e olio), l’unica strategia per abbassare le emissioni di anidride carbonica (C02) e limitare l’effetto serra è la “decarbonizzazione” delle fonti energetiche primarie e delle catene energetiche di produzione dei combustibili.

Le alternative future

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Ecco che qui entra in gioco il gas naturale. Un combustibile fossile che, prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico, è formato principalmente dal metano (CH4), cioè un idrocarburo semplice composto da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno, e da altre sostanze come l’etano, butano, propano e altri gas. Grazie al metano i moderni motori a combustione si troverebbero di fronte a una seconda vita. Invece di adottare il gasolio potrebbero essere alimentati a gas naturale così da abbattere ulteriormente le emissioni di anidride carbonica (CO2). Infatti, benché la sua combustione produca gas serra, è il gas più rispettoso dell’ambiente, è sicuro in caso di fuoriuscita perché è più leggero dell’aria e si disperde rapidamente quando viene rilasciato ed ha una velocità di fiamma abbastanza lenta (circa 30 km/h).

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La scelta però potrebbe ricadere o sul gas naturale compresso (CNG) o sul gas naturale liquefatto (LNG). Mentre il gas naturale compresso (GNC) è un combustibile fossile ottenuto comprimendo il gas naturale fino a meno dell’1% del volume che occupa alla pressione atmosferica normale ed è conservato in contenitori duri ad una pressione tra i 200 e i 250 bar, il gas naturale liquefatto (LNG) si ottiene sottoponendo il gas naturale, dopo opportuni trattamenti di depurazione e disidratazione, a successive fasi di raffreddamento e condensazione (liquefazione). Il prodotto che ne deriva si presenta come un liquido inodore e trasparente, non corrosivo e non tossico, avente una temperatura di ebollizione di circa -160 °C a pressione atmosferica e con una densità pari a circa la metà di quella dell’acqua, che viene conservato in contenitori criogenici sottovuoto che lo mantengono a una temperatura compresa tra i -120 e i -140 °C e a una pressione compresa tra i 5 e gli 8 bar.

Il cuore verde

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Volvo Trucks ha da subito creduto in questa nuova tecnologia e tra i primi costruttori ha mosso una zampata verso il futuro del trasporto presentando due nuovi prodotti, il Volvo FH e il Volvo FM, entrambi alimentati a gas naturale liquidi (LNG). Alla base di tutto vi è il nuovo motore D13, un 13 litri 6 cilindri in linea a ciclo diesel. Tale motore, riprogettato in alcuni essenziali componenti per renderlo adatto al funzionamento a gas, garantisce le stesse prestazioni, efficienza, affidabilità, comfort e intervalli di manutenzione della variante diesel. Declinato in due diversi livelli di potenza, 420 CV e 2100 Nm o 460 CV e 2300 Nm, il nuovo motore utilizza una strategia particolare per poter funzionare a gas senza adottare una vera e propria candela di accensione come succede nei motori benzina. Durante, infatti, il normale ciclo lo stesso iniettore è in grado di generare una prima iniezione con un 5% di diesel e successivamente una seconda iniezione con un 95% di gas naturale compresso. Il 5% di diesel iniettato per primo si incendia e funge come una sorta di “candela di accensione liquida” che innescherà il 95% di gas naturale compresso iniettato secondariamente (circa un millisecondo dopo).

La sicurezza in primis

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Il gas naturale liquido (LNG) dopo il rifornimento è stivato all’interno di un serbatoio criogenico sottovuoto ventilato che mantiene il gas allo stato liquido (tra i -120 e i -140 °C e tra i 5 e gli 8 bar). Il serbatoio è composto da due involucri concentrici: quello più esterno costituito da acciaio al carbonio, mentre quello interno da materiale resistente a basse temperature. Inoltre, nell’intercapedine tra gli involucri è eliminata l’aria ed è inserita della perlite per aumentare l’isolamento e diminuire la trasmissione del calore all’interno. Questo serbatoio, progettato per reggere fino a una pressione di 65 bar, ha un range di funzionamento compreso tra gli 1 e i 16 bar e adotta ben due valvole di sicurezza che entrano in azione non appena il serbatoio raggiunge una pressione interna superiore ai 16 bar. Prima della sua messa in commercio il serbatoio criogenico viene sottoposto a severissimi test per valutarne i criteri di sicurezza: caduta libera da un’altezza di 9 metri per il fondo e il lato, caduta libera da 3 metri per la parte frontale, test vibrazionale e test ad alte temperature.

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All’interno del serbatoio vi è inoltre una pompa idraulica che ha il compito di trasformare il gas liquido in gas compresso vaporizzandolo e portandolo alla pressione massima di 300 bar. Finita la trasformazione il gas compresso viene inviato in un buffer della capacità di 5 litri declinato alla stabilizzazione delle variazioni pressorie e successivamente a un modulo con pompa che porta il gas alla giusta pressione d’iniezione (320 bar) prima di inviarlo al rail e successivamente all’iniettore. Al sistema si affianca il piccolo serbatoio del diesel  (170 litri) che è collegato alla pompa del gasolio e al sistema d’iniezione che genera la giusta pressione d’iniezione (300 bar) prima di inviarlo al rail e successivamente allo stesso iniettore deputato all’iniezione del gas naturale compresso (CNG). Il sistema, infine, è progettato per evitare qualsiasi tipo di trafilamento di gas naturale dallo scarico e, nel momento in cui il motore viene arrestato, il sistema provvede a svuotare il circuito dal gas e a reintrodurlo all’interno del serbatoio così da scongiurare qualsiasi tipo di perdita e rendere il complesso sistema estremamente sicuro.

Temperatura e pressione

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Il rifornimento deve essere fatto ad apposite colonnine nelle quali è stivato il gas naturale liquido alla temperatura di -160 °C e alla pressione di 1 bar. Durante il rifornimento all’interno del serbatoio criogenico si vengono a instaurare le ideali condizioni di stoccaggio del gas liquido. Infatti, con il trascorrere dei giorni e con lo svuotamento del serbatoio, il gas liquido contenuto internamente tende a scaldarsi e a trasformarsi in parte in gas compresso. Questo genera un innalzamento di pressione interna al serbatoio che non solo potrebbe causare l’apertura delle valvole di sicurezza ma che al momento del rifornimento impedisce di riempire in modo corretto l’intero serbatoio. Per questo motivo per prima cosa la colonnina del rifornimento aspira il gas compresso in eccesso e lo reintroduce nella rete e solo successivamente introduce nel serbatoio il gas liquido nuovo che, essendo ad una temperatura molto bassa, andrà ad abbassare ulteriormente la temperatura del gas interno al serbatoio, a diminuire la pressione interna e a stoccare quanto più gas liquido possibile.

Amico dell’ambiente

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Tale motore è in grado di offrire le stesse prestazioni, autonomia, produttività, capacità di carico e comfort di guida dei corrispettivi motori diesel ma con un impatto ambientale ridotto e il potenziale per ridurre ulteriormente i costi di carburante. Infatti, l’efficienza di questi nuovi motori LNG è la stessa degli equivalenti motori diesel ma, poiché l’LNG è spesso più economico del diesel, rappresentano un ottimo escamotage per ridurre ulteriormente i costi nel rifornimento di carburante. A questo va aggiunto che non solo questi nuovi motori a gas vantano una riduzione nel consumo di carburante compresa tra il 15 e il 25%, se paragonati con i motori a gas attualmente in circolo, garantendo un ulteriore risparmio nei costi di gestione, ma consentono di ottenere anche  una riduzione nelle emissioni di anidride carbonica CO2 che si attesta intorno al 20% se alimentato con semplice gas naturale ma che può raggiungere addirittura il 100% nel caso in cui il motore venga alimentato con biogas (Bio-LNG) rinnovabile combinato con HVO (Hydrogenated Vegetable Oils).

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Infine, il metano allo stato liquido (LNG = gas naturale liquefatto) ha una densità energetica (potere calorifico per volume occupato) superiore. Condizione che permette quindi il trasporto di una quantità maggiore di carburante sia rispetto al gas naturale compresso (CNG) che rispetto al classico diesel, assicurando così l’autonomia operativa necessaria per trasporti di lungo raggio. Insomma il gas naturale liquefatto è l’alternativa più valida e con maggiore disponibilità di mercato per ridurre l’impatto ambientale e climatico, sia per le attività di trasporto regionali con carico eccezionale che per quelle su lunghe distanze. I veicoli commerciali alimentati a gas naturale liquefatto (LNG) migliorano, infatti, la qualità dell’aria riducendo in misura significativa le emissioni di CO2 e di ossidi di azoto ed eliminando il particolato.