Che cos'è il numero di metano e perché è importante per il motore a biogas?

Il numero di metano (MN) è una misura della resistenza di un combustibile gassoso alla combustione con battito in un motore ad accensione comandata: più è alto, minore è il rischio di battito. La scala è definita da miscele di riferimento: il metano puro ha un MN pari a 100, mentre l'idrogeno ha un MN pari a 0. Il numero di metano di un gas in esame è pari alla percentuale volumetrica di metano nella miscela con idrogeno che presenta la stessa tendenza al battito in condizioni di prova stabilite. Analogamente al numero di ottano per la benzina.

Cosa lo aumenta e cosa lo diminuisce

Il gas naturale, che contiene impurità di idrocarburi superiori, ha un numero di metano inferiore rispetto al metano puro. Il biogas, composto principalmente da metano e da elevate quantità di CO₂, presenta solitamente un MN più alto rispetto al gas naturale. Un biogas con composizione tipica ha un MN nell'ordine di 120–140 nei calcoli; l'intervallo dipende dal contenuto di CO₂ e dal metodo di calcolo, quindi si tratta di un valore indicativo. Questo valore supera la scala 0–100, poiché il numero calcolato per gas con un'elevata percentuale di gas inerti può superare 100.

Come si determina

La misurazione diretta richiede un motore di prova specializzato, quindi in pratica l'MN viene calcolato in base alla composizione del gas (cromatografia). Esistono diversi metodi di calcolo: uno di questi è descritto nell'allegato alla norma EN 16726 relativa alla qualità del gas del gruppo H, mentre i produttori di motori utilizzano metodi propri che forniscono risultati diversi per la stessa composizione. Per questo motivo, quando si confrontano i valori, è necessario sapere quale metodo è stato utilizzato. Non esiste una definizione universale unica per i calcoli, e il produttore del motore può richiedere il proprio metodo.

Importanza per il motore CHP

Il motore a gas ha un intervallo di numero di metano accettabile definito dal produttore. Se il gas ha un MN troppo basso, il motore è esposto alla combustione con battito, che danneggia pistoni e cuscinetti. In tale situazione, il sistema di controllo riduce il carico, ritarda l'accensione o impoverisce la miscela. Per il biogas, il rischio di un MN basso è ridotto, poiché la CO₂ agisce come zavorra. Un problema più frequente è il basso potere calorifico, le impurità (acido solfidrico, silossani, umidità) e la variabilità della composizione; si veda Variabilità della composizione e della quantità di biogas e Manutenzione dei motori CHP.

Dove il numero di metano ha importanza pratica

• Miscelazione del biogas con un altro gas, ad esempio l'aggiunta di propano al biometano per raggiungere il potere calorifico richiesto per l'immissione in rete; ciò può modificare l'MN.
• Alimentazione dei motori CNG con biometano. La norma EN 16723-2 (combustibile CNG per il trasporto) contiene requisiti, tra cui quelli per il numero di metano; si veda Biometano nei trasporti.
• Idrogeno aggiunto al gas. L'aggiunta di H₂ riduce l'MN, il che è rilevante per i motori stazionari.
• Variazione della composizione in caso di guasto della desolforazione o durante disturbi del processo. Una diminuzione del metano con aumento della CO₂ generalmente aumenta l'MN.

Cosa fare in pratica

1. Conoscere l'intervallo di MN ammesso dal produttore del motore e il metodo secondo cui è indicato.
2. Effettuare la misurazione della composizione del gas (analizzatore continuo o cromatografia periodica) e calcolare l'MN con lo stesso metodo.
3. In caso di cambio di combustibile o di additivo (ad es. idrogeno, propano), consultare il produttore riguardo all'impatto sull'MN.
4. Registrare i sintomi di battito (rumore, calo di potenza, registrazione del rilevatore di battito) e correlarli con la composizione del gas.

Esempio: come la composizione del gas influisce sull'MN

Una miscela di metano con aggiunta di etano o propano ha un numero di metano inferiore rispetto al metano puro, mentre l'aggiunta di CO₂ lo aumenta. Pertanto, due gas con lo stesso potere calorifico possono avere MN diversi se differiscono nella composizione. Il biogas proveniente da un digestore, i cui componenti principali sono CH₄ e CO₂, si comporta in questo senso diversamente dal gas di rete, in cui sono presenti idrocarburi superiori. Dopo l'upgrading a biometano, la maggior parte della CO₂ viene rimossa, quindi il numero di metano scende a un livello simile a quello del metano puro, e se viene eventualmente aggiunto propano per correggere il potere calorifico, si riduce ulteriormente. Nei motori alimentati a biometano è quindi importante conoscere la composizione finale del gas, non solo la percentuale di metano.