MBUSTIBILI ED INQUINAMENTO. La ricerca:obiettivi, metodologie ed evidenze scientifiche A. Fiumara
- Combustibili gassosi: - Combustibili liquidi: gas naturali gas manifatturati GPL (gas di petrolio liquefatti) gasolio olio combustibile combustibili innovativi (biodiesel, emulsioni, miscele varie)
Gas naturali: costituente principale è il metano CH 4 (p.c.s. c.ca 9.000 kcal/nm 3 ) GPL: idrocarburi saturi a 3 o 4 atomi di carbonio C 3 H 8 e C 4 H 10 idrocarburi insaturi dalla formula CnH2n dove n 2 (p.c.s. c.ca 20.000 kcal/nm 3 ) Alla temperatura di 15 C e pressione atmosferica - i primi 4 termini della serie sono gassosi, hanno un p. e. non lontano da 0 C e possono essere mantenuti allo stato liquido a temperatura ambiente sotto pressioni modeste; - dal C 5 al C 14 sono liquidi - sono commercializzati in bombole di capacità variabile (10,20,25 kg) o in speciali serbatoi nei quali coesistono la fase liquida e la fase gassosa.
I gas manifatturati sono oggi quasi scomparsi a seguito dell avvento del gas naturale: erano preparati a partire da frazioni petrolifere di scarso interesse per il mercato automobilistico con processi continui o ciclici di cui uno con brevetto SSC di larga diffusione soprattutto in Europa
Per verificare gli effetti della combustione sull inquinamento atmosferico, è stato realizzato con il patrocinio del Ministero Ambiente uno studio dal titolo Sperimentazione Combustibili allo scopo di fornire informazioni sicure sul comportamento dei combustibili per uso civile per quanto riguarda le emissioni inquinanti, i costi e i rischi associati al loro impiego.
L Assopetroli è stata, sostenendo un notevole impegno economico, uno dei partecipanti a tale ricerca iniziata nel maggio 2002 e conclusa nel dicembre 2005 con il risultato di: - avere determinato l influenza dei combustibili e dei sistemi di combustione sulle emissioni inquinanti - di avere considerato gli effetti dei combustibili innovativi - di aver effettuato, per quanto possibile, l analisi di parametri sensibili (sicurezza,trasporto, stoccaggio, facilità di impiego e costi, interni ed esterni)
Hanno partecipato allo studio: - Regione Lombardia - Regione Piemonte - Comitato Termotecnico Italiano (CTI) - Stazione Sperimentale per i Combustibili (SSC) - Consorzio Ingegneria per l Ambiente e lo Sviluppo Sostenibile (IPASS) Unità operativa dell Università di Perugia - Unione Petrolifera - Enea - Assocostieri - Assopetroli
La sperimentazione si è svolta in due modi diversi: in laboratorio mettendo a punto presso la SSC apparecchiature di combustione ad hoc, rappresentative del mercato attuale in campo, scegliendo 23 impianti localizzati in Lombardia, Piemonte, Liguria, Veneto, Emilia Romagna.
I combustibili presi in considerazione sono stati: gas naturale (che copre più del 65% delle richieste energetiche del settore civile) gasolio (che copre il 15% della richiesta energetica per uso civile) olio combustibile BTZ (il cui consumo si è ormai ridotto all 1,1%) emulsione gasolio-acqua emulsione olio combustibile BTZ-acqua biodiesel miscela olio combustibile BTZ-biodiesel (che coprono il rimanente a 100).
Classificazione degli impianti termici in funzione della potenza nominale Potenza nominale dell impianto termico Classe <75 kw 75 kw 200 kw >200 kw I II III
INQUINANTI MISURATI Anidride carbonica 2 Monossido di carbonio Ossidi di azoto NO x Ossidi di zolfo SO x Composti Organici Volatili CH 4,VNM Particolato Solido Totale PST (PM 10, PM x )
FATTORI DI EMISSIONE Per fattore di emissione si intende la quantità di inquinante emesso, in grammi, per kilogrammo di combustibile bruciato ossia g/kg; esso può essere anche riferito al potere calorifico del combustibile e quindi viene espresso in o essere espresso in altri modi ad es. in kg/tep (ton. di petrolio equivalente).
I fattori di emissione trovati in laboratorio e in campo sono per tutti gli inquinanti in accordo tra loro e molto lontani da quelli consentiti dalle normative vigenti; dal confronto tra le emissioni del gas naturale e del gasolio in impianti di classe I,II,III non sono state rilevate differenze sensibili, anzi in qualche caso le emissioni sono a sfavore del gas naturale
Sono state eseguite misure inerenti ai regimi transitori (accensione e spegnimento) mai realizzate finora a causa delle difficoltà sperimentali. Per tutti i combustibili esaminati queste fasi producono una quantità di inquinanti maggiore di quella in regime stazionario, sia pure per tempi molto brevi: ne discende che minore è la frequenza di alternanza, minore è la quantità di inquinanti prodotta.
Valori Classe I Regime stazionario N. Combustibile Polveri () PM10 () NOX () () 2 (k) SO2 () T () O2 ( % vol.) 1a gas nat. * 97,46 31,13 60,18 n.d. 2,17 14,20 2a gas nat. 57,51 19,11 56,26 n.d. 0,70 7,80 3a gas nat. 8,68 28,58 57,92 n.d. 0,36 5,30 4a gasolio 0,29 36,83 4,86 70,22 45,3 0,40 4,10 5a biodiesel 30,29 9,50 67,31 1,36 1,63 4,10 * ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento **) valore non misurato
Valori Classe II Regime stazionario N. Combustibile Polveri () PM10 () NOX () () 2 (k) SO2 () T () O2 ( % vol.) 2a gasolio * 51,34 1,60 73,02 41,29 0,11 3,10 3a gasolio emul. 0,18 0,20 46,95 1,02 74,08 15,30 0,29 3,00 4a biodiesel 0,19 41,72 0,83 71,55 1,38 3,20 5a ol. comb. 5,79 4,83 166,53 3,50 72,12 101,48 0,11 5,20 6a ol. comb.emul. 2,84 3,25 144,01 10,93 76,53 102,75 0.44 5,30 7a ol.comb/biod. 3,40 3,03 158,25 3,51 73,36 96,03 5.40 * ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento **) valore non misurato
Valori Classe III Regime stazionario N. Combustibile Polveri () PM10 () NOX () () 2 (k) SO2 () T () O2 ( % vol.) 1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a gas nat. gasolio gasolio emul. 0,83 biodiesel ol. comb. 5,88 ol. comb.emul.1,62 ol.comb./biod. 2,67 0,80 2,90 1,68 2,67 23,63 51,40 38,18 42,94 162,26 136,29 143,92 1,03 2,00 5,02 2,24 3,15 2,35 1,71 53,06 1,39 71,84 39,35 78,26 13,76 70,11 1,38 71,06 105,82 75,03 107,13 72,80 90,29 0,20 0,26 0,12 0,11 0,17 0,17 0,25 3,10 3,10 2,90 3,00 4,40 5,40 5,30 * ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento **) valore non misurato
60 50 Emissioni di particolato misurate in campo mg/nm 3 40 30 5 20 17 14 11 18 19 10 0 1 2 3 4 6 Gasolio Emuls. Gasolio Olio Comb 7 Olio comb Emuls 13 15 12 8 Biodiesel Gas nat Olio Comb Biodiesel 9
Valori Classe I Regime transitorio Combustibile 1 ciclo/h T 2 cicli/h T 6 cicli/h T 10 cicli/h T Gasolio 39,00 7,00 46,90 11,30 78,60 28,40 110,30 45,80 Biodiesel 5,60 4,50 11,10 7,40 33,20 18,60 55,30 29,10 Gas nat. tipo B st. 45,30 1,70 46,00 2,30 48,90 4,60 51,90 61,00 Gas nat. tipo C st. 25,00 2,70 24,80 4,90 23,90 13,70 23,00 22,70 Gas nat. tipo C microf. 44,90 3,80 44,90 7,20 45,10 21,10 45,30 35,20
Valori Classe II Regime transitorio Combustibile 1 ciclo/h T 2 cicli/h T 6 cicli/h T 10 cicli/h T Gasolio 1,60 1,70 0,19 1,90 0,42 2,10 0,62 Biodiesel 1,30 0,08 1,40 0,10 1,90 0,20 2,30 0,30 Gasolio emul. 1,20 0,13 1,30 0,15 1,70 0,22 2,00 0,28 Gas naturale 1,20 0,42 1,50 0,83 2,60 2,44 3,60 4,07 Olio combust. 0,34 3,60 0,16 4,10 0,26 4,70 0,36 Ol. comb. emul. 6,10 0,42 6,70 0,47 9,00 0,64 11,20 0,84 Ol.comb./biod. 2,50 0,38 2,70 0,44 3,40 0,63 4,20 0,83
Valori Classe III Regime transitorio Combustibile 1 ciclo/h T 2 cicli/h T 6 cicli/h T 10 cicli/h T Gasolio 3,30 0,36 3,50 0,41 4,10 0,61 4,70 0,79 Biodiesel 3,10 4,90 0,22 11,70 0,56 18,60 0,90 Gasolio emul. 6,30 0,50 7,90 0,89 14,10 2,42 20,40 3,98 Gas naturale 1,40 1,78 1,50 3,28 2,00 9,28 2,50 15,26 Ol. combust. 3,20 0,29 3,40 0,35 4,10 0,55 4,80 0,79 Ol. comb, emul. 2,50 0,31 2,80 0,37 4,10 0,66 5,40 0,98 Ol.comb./biod. 3,00 0,31 3,40 0,40 5,10 0,86 6,80 1,34
I combustibili innovativi, quali le emulsioni gasolio-acqua, olio combustibile-acqua, biodiesel, miscele olio combustibile-biodiesel hanno dato in caldaie di classe II e III emissioni inquinanti comparabili e in qualche caso inferiori a quelle del gas naturale sia in condizioni stazionarie sia in regimi transitori. Anche l olio combustibile emulsionato o in miscela con il biodiesel ha dato emissioni inquinanti decisamente inferiori rispetto a quelle consentite dalle normative regionali.
Il miglioramento della combustione per il gasolio emulsionato è dovuto alla cosiddetta atomizzazione secondaria: le gocce del combustibile conglobano al loro interno un numero elevatissimo di microgocce di acqua, che a causa del flash termico in camera di combustione provocano una miriade di microesplosioni (l acqua aumenta il suo volume di ~ 1700 volte)
La sperimentazione eseguita ha permesso di rilevare : lo scarso impatto ambientale del riscaldamento civile rispetto alle altre forme di inquinamento il maggior contributo all inquinamento atmosferico dei periodi transitori, specialmente nelle caldaie monofamiliari, anche se i dati ottenuti sono inferiori a quelli ammessi dalle normative vigenti l assenza degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), notoriamente cancerogeni non si è riscontrata alcuna differenza tra gas naturale e gasolio né in regime transitorio né in regime stazionario, anzi in qualche caso le emissioni sono a sfavore del gas naturale.
La ricerca ha messo in evidenza che il gasolio risulta un combustibile di eccellenza giacchè: richiede apparecchiature semplici e quindi di costo relativamente modesto è molto stabile essendo molto fluido anche a basse temperature, non ha bisogno di alcun preriscaldamento avendo viscosità molto bassa può essere misurato in contatori volumetrici e pompato senza difficoltà non presenta problemi particolari di sicurezza
Le recenti tensioni nelle forniture del gas naturale hanno messo in luce la fragilità del nostro sistema energetico e la rigidità dei sistemi di approvvigionamento nazionali: l indirizzo verso un unico combustibile per il riscaldamento civile si dimostra essere un errore dal punto di vista strategico. Il gasolio risulta in questo settore una valida alternativa, vantaggiosa dal punto di vista tecnico (utilizzazione e sicurezza) ma fortemente penalizzata per il costo sempre più proibitivo rispetto al gas naturale.