LA DIFFERENZA TRA GAS E BENZINA

IL GAS

Un gas è un aeriforme la cui temperatura è superiore alla temperatura critica; di conseguenza, i gas non possono essere liquefatti senza prima essere raffreddati, al contrario dei vapori. Un gas è un fluido che non ha volume proprio (tende ad occupare tutto il volume a sua disposizione) e che è facilmente comprimibile.

Nell’uso comune, il termine gas indica spesso lo stato della materia aeriforme.

L’esempio più immediato di gas è costituito dall’aria, nella quale i gas più abbondanti sono l’azoto e l’ossigeno. Molti gas sono incolori anche se si ricordano tra le eccezioni il cloro (verde paglierino chiaro), lo iodio (porpora) e il diossido di azoto (quest’ultimo un composto, di color marrone).

Inoltre i gas hanno importanza economica fondamentale nell’industria: come esempi ci sono l’ossigeno, usato nell’industria siderurgica per ossidare le impurezze del ferro nella produzione dell’acciaio, e l’azoto per la produzione dell’ammoniaca.

Inoltre i gas hanno importanza economica fondamentale nell’industria: come esempi ci sono l’ossigeno, usato nell’industria siderurgica per ossidare le impurezze del ferro nella produzione dell‘acciaio, e l’azoto per la produzione dell’ammoniaca.Nel linguaggio corrente si dice che una data sostanza “è un gas” quando la sua temperatura di ebollizione è molto al di sotto della temperatura ambiente, cioè quando si trova normalmente allo stato di gas sulla Terra. Per esempio è normale dire che “il metano è un gas mentre il ferro non lo è”, sebbene il metano possa benissimo trovarsi allo stato liquido (raffreddato al di sotto di −161 °C, ovvero 112 K) e il ferro allo stato gassoso (riscaldato oltre i 2750 °C, ovvero 3023 K). A temperatura ambiente sono 11 gli elementi chimici che si trovano allo stato di gas: oltre ai già citati azoto e ossigeno, hanno rilevanza l’elio, il neon, l’argon (tutti gas nobili) e il radon, anch’esso gas nobile ed unico elemento tra quelli  naturalmente radioattivi a trovarsi in uno stato non solidonaturalmente radioattivi a trovarsi in uno stato non solido.^[5]

I GAS PREFERITI

In fisica e in termodinamica si usa generalmente l’approssimazione detta dei gas perfetti: un gas per essere perfetto o ideale deve sottostare alle cosiddette ipotesi meccaniche della teoria cinetica molecolare:^[7][8]

• le dimensioni delle molecole del gas sono considerate trascurabili rispetto al volume del recipiente; ciò comporta che gli urti molecola-molecola e gli urti tra molecola e pareti del recipiente sono praticamente assenti. Ciò si può riassumere dicendo che il gas è rarefatto
• il moto delle molecole è dettato dalle leggi della meccanica, ed è casuale: il gas non tende a depositarsi in un punto particolare del recipiente (sul fondo o verso il tappo)
• le molecole vengono considerate indistinguibili
• gli urti delle molecole con le pareti del recipiente, quando avvengono, sono elastici: l’unico effetto dell’urto è l’inversione della velocità della molecola.

Queste approssimazioni conducono a formulare la legge nota come equazione di stato dei gas perfetti, che descrive, in condizioni di equilibrio termodinamico, la relazione fra pressione, volume e temperatura del gas:

{displaystyle pV=nRT}

dove p è la pressione, V il volume occupato dal gas, n la quantità di sostanza del gas, R la costante universale dei gas perfetti e T è la temperatura. Per esempio, una mole di gas perfetto occupa 22,4 litri a temperatura di 0 °C e pressione di 1 atmosfera.

Da questa legge discendono:

• la legge di Boyle;
• la prima legge di Gay Lussac;
• la seconda legge di Gay Lussac.

Oltre alle leggi summenzionate, per i gas perfetti vale anche la legge di Avogadro: a pari condizioni di temperatura e pressione, se due gas occupano lo stesso volume hanno la stessa quantità di sostanza.

LA BENZINA

La benzina è un prodotto che viene ottenuto dalla distillazione del petrolio grezzo a temperature comprese fra i 35 e i 215 °C^[4]. È un liquido altamente infiammabile, trasparente, di colore giallo chiarissimo, oleoso e dall’odore acuto. Di un litro di petrolio, solo il 10% diventa benzina dopo la prima semplice distillazione. Utilizzando le frazioni più pesanti (gasolio pesante e residui di distillazione) si possono ottenere molecole più piccole adatte a essere usate come benzina, grazie a un trattamento detto cracking catalitico, attraverso il quale gli idrocarburi di maggior peso molecolare vengono frammentati in presenza di un catalizzatore.

Nell’Unione europea fino al 2000, anno del bando dell’uso di composti del piombo come antidetonanti, era addizionata con piombo tetraetile. Successivamente, la benzina esente da piombo è stata identificata col nome di benzina verde, colorata in verde per aggiunta di pigmenti specifici.

LA PREPARAZIONE DELLA BENZINA

Il petrolio grezzo viene lavorato nelle raffinerie e comincia il suo percorso entrando in una colonna di distillazione. Qui viene separato nei suoi componenti che sono leggeri come i GPL (gas di petrolio liquefatti) e pesanti come i residui. Prodotti intermedi sono la benzina (ancora da considerarsi non impiegabile per l’autotrazione), il kerosene e il gasolio leggero e pesante.

La benzina estratta dalla colonna di distillazione è presente in percentuali molto variabili, in quanto ogni greggio è diverso dagli altri e perciò può formare una miscela di prodotti particolare. La benzina semilavorata che esce dalla colonna di distillazione, deve essere trattata in un impianto di desolforazione con idrogeno. Lo zolfo infatti danneggerebbe il catalizzatore dell’impianto successivo in cui verrà trattata per incrementarne il numero di ottano.

La benzina che esce dall’impianto di desolforazione va quindi a un impianto detto reformer che deve incrementare il numero di ottano grazie all’azione di un catalizzatore di platino che lavora in atmosfera di idrogeno. In uscita si ha una benzina con un numero di ottano molto più alto di quello in ingresso (questo fenomeno è dovuto alla formazione di aromatici nel processo di reforming) e l’entità dipende dal tipo di benzina che è stata usata come carica e anche da come è stato esercito l’impianto (severità). Si può ottenere facilmente una benzina con numero di ottano RON = 100. Il RON è un indice rappresentativo del potere antidetonante della benzina; più è alto più la benzina in camera di combustione del motore brucia senza dare luogo al fenomeno del “battito in testa“, decisamente dannoso per il motore.

La benzina (ora detta riformata) non ha ancora tutte le caratteristiche previste dalla legge per essere commercializzata; queste infatti sono ottenute operando un mix (blending) con altri prodotti della lavorazione del greggio come per esempio la benzina di cracking catalitico detta LCN, la benzina isomerizzata ottenuta in impianti di isomerizzazione dei componenti più leggeri C5/C6, l’alchilata. Anche l’MTBE prodotto da impianti petrolchimici e petroliferi è molto usato nel mix per ottenere le specifiche di legge per la sua commercializzazione.

TIPI DI BENZINA

A seconda del processo utilizzato per il suo ottenimento, si possono identificare i seguenti tipi di benzina:^[10]

• benzina di reforming.
• benzina di cracking termico: è utilizzata come componente per benzine di autoveicoli o per oli combustibili;
• benzina di polimerizzazione: è ottenuta tramite polimerizzazione di composti idrocarburici insaturi liquidi; è utilizzata come componente per le benzine di autoveicoli;
• benzina di alchilazione: presenta un numero di ottano più elevato (≥ 100); si utilizza come componente per la benzina di motori aeronautici e come componente di benzina per autoveicoli.

Questi tipi vengono utilizzati come componenti di miscele più complesse, a cui si aggiungono anche particolari additivi, per ottenere vari tipi commerciali di benzina che si distinguono in base all’utilizzo a cui sono destinati, tra cui:

• benzina rossa (o benzina con piombo): una volta universalmente adottata per i veicoli stradali, oggi d’impiego limitatissimo e proibita quasi in tutto il mondo per la tossicità del piombo tetraetile ad essa aggiunto come antidetonante
• benzina verde (o benzina senza piombo): viene usata nei motori a scoppio o come combustibile; è la più prodotta e utilizzata nel mondo in ambito automobilistico;
• Superplus 98: simile alla benzina verde, ma con numero di ottano superiore;
• benzina avio (o AvGas in inglese): è utilizzata per i motori aeronautici e per i motori dei veicoli da corsa (ad esempio nei motori di MotoGP).

In ambito automobilistico, in Italia è attualmente disponibile la benzina senza piombo con numero di ottano 95 (detta anche “Eurosuper”), che tutti i paesi dell’Unione europea hanno l’obbligo di adottare. Inoltre in quasi tutta l’Unione esiste la Superplus con numero di ottano pari a 98. In Italia è adottata dalla IES e da compagnie locali, ed è resa meno inquinante grazie ad alcuni additivi. In Italia è inoltre disponibile benzina con numero di ottano 100, commercializzata da Shell, Tamoil, Eni e IP (quest’ultima ha aumentato gli ottani). Le benzine con numero di ottano 98 o superiore spesso vengono integrate con altri agenti in grado di mantenere pulite le parti interne del motore evitando la formazione di depositi carboniosi che possono influire negativamente su prestazioni e consumi.

Queste particolari benzine sono indicate soprattutto per i motori con elevati rapporti di compressione e per quelli di vecchia concezione. Le auto progettate alcuni decenni fa, infatti, non beneficiavano del know-how odierno riguardo alle geometrie delle camere di combustione e alla loro influenza sui fenomeni di detonazione, mentre gli spinterogeni fornivano la corrente alle candele con una precisione del momento di accensione assai modesta e nemmeno lontanamente paragonabile agli attuali sistemi elettronici; questi limiti tecnologici portavano, a pari rapporto di compressione (cui è legata l’efficienza della combustione, quindi il rapporto prestazioni/consumi), a una richiesta ottanica superiore ai motori attuali, e infatti la super a 98/100 ottani era la benzina più diffusa, soprattutto dagli anni Settanta in poi.