Metano

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Nome IUPAC
Metano

metano
Nomi alternativi
gas di palude grisou
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	CH₄
Massa molecolare (amu)	16,04
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	74-82-8
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.n.)	0,71682
Solubilità in acqua	0,024 g/l a c.n.
Viscosità cinematica (mPa*s, a x°C)	10,3 mPas a 0°C 13,7 mPas a 100°C
Temperatura di fusione (K)	90,8 (-182,7°C)
Δ_fusH⁰ (kJ·mol^-1)	1,1
Temperatura di ebollizione (K)	111,8 (-161,4°C)
Δ_ebH⁰ (kJ·mol^-1)	8,17
Punto triplo	90,67 K (-182,48°C) 1,17 × 10⁴ Pa
Punto critico	190,6 K (-82,6°C) 4,6 × 10⁶ Pa
Proprietà termochimiche
Δ_fH⁰ (kJ·mol^-1)	-74,6
Δ_fG⁰ (kJ·mol^-1)	-50,5
S⁰_m(J·K^-1mol^-1)	186,3
C⁰_p,m(J·K^-1mol^-1)	35,7
Indicazioni di sicurezza
Flash point (K)	85 (-188°C)
Temperatura di autoignizione (K)	873 (600°C)
Limiti di esplosione	5,3 - 14% vol.
frasi R: R 12 frasi S: S 2-9-16-33 Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela. Leggi il disclaimer
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Il metano è un idrocarburo semplice (alcano) formato da un atomo di carbonio e 4 di idrogeno, la sua formula chimica è CH₄, si trova in natura sotto forma di gas.

La molecola ha forma tetraedrica; l'atomo di carbonio è al centro di un tetraedro regolare ai cui vertici si trovano gli atomi di idrogeno.

Il metano è il principale componente del gas naturale, ed è un eccellente carburante. Bruciando una molecola di metano in presenza di ossigeno si forma una molecola di CO₂ (anidride carbonica), due molecole di H₂O (acqua) e si libera una quantità di calore:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O [+ 891 kJ]

Il legame covalente carbonio-idrogeno nel metano è uno dei più forti tra tutti gli idrocarburi, per questo motivo il suo uso come materia prima in chimica è limitato. La ricerca di un catalizzatore che possa facilitare l'attivazione del legame C-H nel metano e negli altri alcani leggeri è un'area di ricerca con importanti risvolti industriali.

Il metano è un gas serra con un potenziale di riscaldamento globale di 21 (significa che il suo potere di riscaldamento è 21 volte quello dell'anidride carbonica).

Il metano è il risultato della decomposizione di alcune sostanze organiche in assenza di ossigeno. È quindi classificato anche come biogas.

Le principali fonti di emissione di metano nell'atmosfera sono:

decomposizione di rifiuti organici
fonti naturali (paludi): 23%
estrazione da carburanti fossili: 20% Vedi estrazione di metano da letto di carbone
processo di digestione degli animali (bestiame): 17%
batteri trovati nelle risaie: 12%
riscaldamento o digestione anaerobica delle biomasse.

L'80% delle emissioni mondiali è di origine umana. Esse derivano principalmente dell'agricoltura e da altre attività umane. Durante gli ultimi 200 anni, la concentrazione di questo gas nell'atmosfera è raddoppiata passando da 0,8 a 1,7 ppm (parti per milione).

Per rimozione di un atomo di idrogeno il metano forma il corrispondente radicale, il metile (CH₃·).

Il metano è inodore, incolore ed insapore, quindi per essere distribuito nelle reti domestiche deve essere "odorizzato" mediante un processo di lambimento di un liquido dal caratteristico "odore di gas" - spesso si tratta del tetraidrotiofene. Questo procedimento si rende indispensabile in modo da rendere avvertibile la presenza di gas nell'ambiente e diminuirne la pericolosità.

Indice

1 Scoperta del metano
2 Estrazione del metano in Italia
3 Utilizzo come combustibile per autotrazione
4 Collegamenti esterni

[modifica] Scoperta del metano

Nell'autunno del 1776 Alessandro Volta studiò un fenomeno noto anche in epoche più lontane, segnalatogli da Carlo Giuseppe Campi: in un'ansa stagnante del fiume Lambro, avvicinando una fiamma alla superficie si accendevano delle fiammelle azzurrine.

Questo fenomeno era già stato studiato separatamente da Pringle, Lavoisier, Franklin e Priestley pochi anni prima ma lo classificarono semplicemente come un'esalazione di aria infiammabile, di origine minerale.

Volta volle andare più a fondo della questione quindi si recò presso gli stagni di Angera dove provò a smuovere il fondo con l'aiuto di un bastone e vide che risalivano delle bolle di gas e le raccolse in bottiglie. Diede a questo gas il nome di aria infiammabile di palude e scoprì che poteva essere incendiato sia per mezzo di una candela accesa che mediante una scarica elettrica, dedusse che il gas si formava nella decomposizione di sostanze animali e vegetali.

Per ulteriore conferma della sua tesi, si recò nel 1780 a Pietramala sull'Appennino toscano dove vi erano dei celebri fuochi fatui. La corretta composizione del gas fu determinata da Thomas Henry nel 1805.

Agli esperti è noto che circa due terzi del metano estratto non viene utilizzato perché il costo del trasporto del gas naturale nei gasdotti è quattro volte superiore a quello del petrolio, perché la densità del gas è molto minore. Il metano è presente normalmente nei giacimenti di petrolio (ma esistono anche immensi giacimenti di solo metano).

Quando si estrae il petrolio, risale in superficie anche il metano, in media in quantità pari allo stesso petrolio. Se i giacimenti sono lontani dai luoghi di consumo o situati in mare aperto, risulta quasi impossibile usare quel metano, che pertanto viene bruciato all'uscita dei pozzi senza essere utilizzato in alcun modo.

[modifica] Estrazione del metano in Italia

Nel giugno del 1949 in Italia, presso Lodi, una perforazione dell'ENI, allora presieduta da Enrico Mattei, scopre il primo giacimento profondo dell'Europa Occidentale.

Successivamente si iniziano i rilevamenti nel Mare Adriatico, le prime due perforazioni dettero esito negativo, così l'Eni abbandonò l'idea preferendo destinare le risorse a perforazioni nel Mar Rosso. In attesa delle autorizzazioni da parte del governo egiziano, l'Eni decise una terza trivellazione al largo di Ravenna che diede esito positivo, nel 1959 iniziò le operazioni la prima piattaforma metanifera. Al largo di Crotone, le piattaforme dell' ENI estraggono circa il 15 percento del consumo di metano sia per uso civile che industriale.

[modifica] Utilizzo come combustibile per autotrazione

Il metano è utilizzato in Italia come combustibile per autotrazione sin dagli anni '30 quando la politica dell'Autarchia spinse la tecnica del momento a cercare nuove soluzioni per l'utilizzo di carburanti alternativi come il gasogeno e, appunto, il metano. Nel dopoguerra la rete del metano per auto ha seguito sviluppi e recessioni dipendenti dalle evoluzioni tecniche e dalle crisi degli altri carburanti, ricevendo una grossa spinta dalla crisi del petrolio del 1973 e poi un considerevole ridimensionamento attorno alla metà degli anni '80 allorquando il Governo Craxi introdusse il superbollo per le auto a gas. Negli ultimi 10 anni si è riscontrata una inversione di tendenza con l'incremento del parco circolante a metano come conseguenza dell'abolizione del superbollo per le auto a metano catalitiche (1997) e delle successive scelte legislative a favore dei carburanti meno inquinanti (ecoincentivi). Nello stesso periodo le Case costruttrici grazie all'evoluzione della tecnica dei kit di trasformazione (introduzione degli impianti a iniezione gassosa sequenziale fasata) hanno iniziato a puntare l'attenzione sul metano come carburante mettendo a listino alcune vetture già predisposte in fabbrica con tale tipo di alimentazione. BMW e Volvo hanno inaugurato questa nicchia di mercato nel 1995/1996 , mentre è della fine 1997 l'entrata in listino della Fiat 1,6 Marea BiPower, prima auto italiana a metano di serie con impianto bifuel sequenziale fasato Metatron, sviluppato in cooperazione con Tartarini Auto, uno dei primi produttori mondiali di kit di trasformazione di auto a gas. Alla Marea BiPower Fiat ha fatto succedere un anno dopo la Multipla 1,6 Bipower con lo stesso motore e la Multipla 1,6 BluPower, prima auto di serie a metano monovalente (alimentata cioè solo a metano).

Tornando alla tipologia più classica e diffusa di auto bifuel metano-benzina, l'installazione dell'impianto a posteriori consente di avere un' auto ibrida che si muove a benzina, oppure a metano (attivando un apposito pulsante). Il metano è commercializzato allo stato gassoso e viene erogato compresso alla pressione di 216 bar nominali con cui vengono riempite le bombole installate sulla vettura (solitamente nel baule). Il sistema misura la massa del gas che viene erogato e per questo il prezzo del carburante è espresso in funzione non del volume ma della massa. Attualmente (settembre 2006) il prezzo medio al distributore è di circa 82 centesimi di euro al kg. L'autonomia della vettura dipende dalla capacità delle bombole installate e può variare considerevolmente, mediamente per un'auto di segmento "B" con carrozzeria a 2 volumi la capacità in litri installabile varia da 60 a 80 litri, con una capacità di carica espressa in kg di circa 10/13 kg di metano compresso, un costo di circa 8/11 € a pieno e un'autonomia intorno ai 200/300 km. Le auto di taglia maggiore (SW-monovolume) possono arrivare a caricare 20 o più kg di metano compresso per un'autonomia che può variare tra i 350 e i 450/500 km a seconda del consumo, del percorso e dello stile di guida dell'autista. Siccome il metano è un gas e sempre allo stato gassoso viene erogato, tra un pieno e l'altro ci possono essere differenze considerevoli di carica in kg: ciò dipende dalla temperatura, dalla densità del metano stesso e dalla taratura della pressione di stacco dell'erogatore, maggiore è la temperatura e minore sarà la carica in kg in quanto il gas tende ad essere meno denso. D'estate perciò si carica tendenzialmente di meno e d'inverno si carica tendenzialmente di più, con variazioni anche del 15% tra le 2 stagioni. Un altro fattore che influisce non poco sulla densità del metano erogato e pertanto sulla carica finale al distributore è la provenienza del gas naturale. Il gas naturale non è costituito solo da metano puro, ma solitamente include anche altre tipologie di gas mescolatiassieme: esano, butano, propano sono i piu' frequenti. I gas di produzione italiana o russa sono i piu' puri tra quelli immessi nella rete nazionale di gasdotti: dati snam indicano un'elevata percentuale di metano, intorno al 98/99%. I gas di provenienza olandese o algerina invece hanno un contenuto percentuale di metano inferiore, che si aggira sull'87/90% per l'olandese e tra l'80 e l'85% per l'algerino.

A tutto ciò si aggiunge per il neo-metanista il costo dell'impianto che è di 1500 euro per il tradizionale (aspirato) per salire a circa 2200 per il sequenziale. Al cambio macchina si può recuperare una parte dell'impianto (le bombole e le valvole delle stesse, ad es.) con un risparmio fino al 30% sulle nuove installazioni; per questo in teoria il costo maggiore si avverte al primo montaggio, ma questo solo fino ad un certo punto, infatti le auto più recenti (Euro3/Euro4) richiedono quasi obbligatoriamente l'installazione di impianti sequenziali fasati per evitare conflitti con l'elettronica di bordo e relativi malfunzionamenti dell'impianto gas.

Esistono anche vetture alimentate a solo metano, dette "monovalenti" o con una piccolo serbatoio di riserva di benzina di capacità inferiore a 15 litri, in effetti bivalenti ma che per la normativa europea vengono ugualmente classificate come "monovalenti". Questa soluzione è stata introdotta da Opel con la Zafira EcoM per poter classificare la vettura come monovalente pur lasciando la praticità di viaggiare a benzina anche in zone poco servite dalla rete di distribuzione CNG, e sta prendendo piede anche per altri modelli tedeschi (Astra EcoM, Combo EcoM, VW Touran EcoFuel, Caddy Ecofuel), infatti le vetture monovalenti godono di esenzioni fiscali: in Italia viene scontato del 75% il bollo auto. Le vetture "bivalenti" invece vengono fiscalmente trattate come i corrispondenti modelli a benzina, in quanto per il fisco italiano fa fede la potenza massima dichiarata, che è quella con alimentazione a benzina, appunto.

L'auto a metano raggiunge quasi la stesse velocità del motore alimentato a benzina. Il metano è leggermente penalizzante nelle prestazioni di una guida sportiva nel tempo che impiega l'auto a passare da 0 a 100 km/orari. Infatti, la ripresa da fermo o cambiando marcia è leggermente più lenta. Teoricamente il metano potrebbe dare prestazioni migliori della benzina poiché è maggiore il suo numero di ottani (che è pari a 120), e dunque un maggior rendimento come accade anche nelle centrali elettriche alimentate a metano (turbogas); ciò richiederebbe però motori con un rapporto di compressione molto maggiore di quello dei motori attuali, predisposti con un rapporto di compressione adatto alla benzina.

Per tale motivo, il metano è più adatto ai motori di grossa cilindrata, che hanno un rapporto di compressione e quindi un rendimento più elevati (e consumi minori).

In alcuni motori è possibile un'avviamento con iniezione di metano. Più spesso l'iniezione è di benzina, perché ha un potere detonante maggiore e da la scocca alla scintilla d'accensione con maggiore facilità. Un'accensione a metano richiede un uso più prolungato del motore d'avviamento, rischinado di scaricare la batteria. Un accumulo di metano nella camera d'accensione richiede di aumentare il tenore di benzina; se l'auto non ha un pulsante (starter) per iniettare più benzina quando ci sono problemi d'accensione, un deposito residuo anche di metano può impedire la partenza. Ciò accade se per qualche motivo si spegne improvvisamente il motore: rilascio brusco della frizione, oppure esaurimento del pieno di metano.

Un altro problema sono le basse temperature: il diesel a temperature inferiori -10° diventa denso in una misura da rendere difficile la partenza dell'auto. Una cosa simile accade ad altri gas combustibili che diventano più densi e liquidi alle basse temperature (la loro stessa decompressione dalla bombola è accompagnata da una discesa di temperatura).

I vantaggi che un alimentazione a metano offre sono un costo inferiore del 65-70% a quello della benzina (contro un risparmio del 30% del gasolio e del 15-20% sul GPL). Con un kg di metano si percorrono di media 20 km contro 10 km per un litro di benzina. La perdita è evidente in ripresa soprattutto con motori piccoli (1000 1200 cc) e si attesta intorno ad un 10% in quanto con un kg di metano un auto è in grado di muoversi per 20 km.

Ogni 5 anni è obbligatoria la revisione delle bombole e, in caso di danneggiamento, la sostituzione delle bombole è gratuita (non la manodopera per svolgere il lavoro).

Rispetto al GPL sono differenti il miscelatore e il tipo di bombola. Perciò, per i due combustibili occorrono impianti diversi, tra loro incompatibili. Il GPL è compresso a 6-7 atmosfere; il metano a 220 atm. Il GPL ha una penalizzazione sulle prestazioni quasi nulla, mentre con il metano è quasi nulla l'usura del motore e si allungano i cambi olio anche dopo 40000 km. Non è raro vedere macchine circolanti a metano con 350.000-400.000 km, arrivando addirittura a 500.000 km.

Viceversa sono da tenere sotto controllo le parti elettriche (candele, fili, bobina, batteria) in quanto il metano brucia assai meno rapidamente della benzina e necessita quindi che dette parti siano sempre in ottimo stato.

Il riduttore di pressione del metano necessita di essere riscaldato durante il funzionamento in quanto il gas riducendo la propria pressione si raffredda, e alle basse temperature si potrebbe congelare il riduttore di pressione stesso. Allo scopo di evitare questo inconveniante esso viene collegato al circuito di raffredamento del motore per mezzo di una derivazione. Questo collegamento - se non eseguito a regola d'arte - aumenta la possibilità di perdite di liquido di raffredamento, con possibili conseguenze negative sulla guarnizione della testata (che può bruciarsi) in caso di esaurimento del liquido stesso. Nella manutenzione periodica occorre pertanto verificare con cura questa parte del motore.

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