Potere calorifico metano: cosa c’è da sapere

Il metano è un gas naturale utilizzato spesso per alimentare auto, produrre energia elettrica, riscaldare casa e cuocere cibi. E, come ogni combustibile, ha un potere calorifico: quello del metano oscilla tra le 8200 e le 9200 kcal.  

Ma cosa si intende per potere calorifico del metano? L’espressione indica la quantità di calore (espressa in calorie) generata dalla combustione di una certa massa (solitamente un chilogrammo) di gas.

Più in generale il potere calorifico di una sostanza si riferisce al calore che un combustibile riesce a produrre. Rappresenta quindi la quantità di energia liberata dalla combustione. Potremmo definirlo come la misura che, meglio di ogni altra, esprime il valore di un combustibile. 

Il potere calorifico dei vari combustibili varia in base ad alcuni fattori che finiscono per influenzarlo, come: 

• la velocità di reazione,  
• la pressione esterna,  
• la presenza o meno di alcune impurità.  

L’unità di misura utilizzata per esprimere questo valore è la chilocaloria, ma, nel sistema internazionale, il potere calorifico è solitamente espresso in Mega Joule (MJ) al metro cubo.

Conoscere il valore del potere calorifico del metano è importante per diversi motivi: 

• valutarne l'efficienza e le prestazioni; 
• stimare la sua qualità; 
• calcolare il rendimento termico di determinati sistemi di combustione.  
• effettuare una pianificazione accurata dei consumi energetici e dei costi associati (sapere quel è il potere calorifico del metano permette, ad esempio, di capire quanto gas sia necessario per riscaldare le nostre abitazioni o quanto ne serva per alimentare certi processi industriali. Se il potere calorifico è troppo basso, servirà una quantità di metano maggiore per produrre una data quantità di energia. Le aziende che utilizzano il metano come combustibile, ad esempio, conoscendone il potere calorifico, avranno la possibilità di regolare le proprie attività); 
• massimizzare l'energia termica prodotta, 
• ridurre gli sprechi, 
• aumentare la resa energetica,  
• gestire in modo più sostenibile le risorse, 
• per stimare le emissioni di gas serra derivanti dalla combustione della sostanza (il gas metano è una fonte di energia pulita che rilascia una quantità ridotta di CO2 nell’ambiente); 
• selezionare le fonti più efficienti ed economicamente convenienti (confrontando il potere calorifico del metano con quello di altre fonti energetiche, infatti, è possibile valutare quale risorsa offra il miglior rendimento energetico per una data quantità di combustibile bruciato).  

Si sa che il potere calorifico del metano è superiore a quello di altri combustibili, come petrolio o carbone. In termini pratici vuol dire che il gas metano può produrre energia in maniera più efficiente. Utilizzare il metano in modo efficiente significa consumare meno combustibile per ottenere la stessa quantità di energia, con ricadute positive in termini energetici ed economici.  

• Nel settore domestico, è una variabile importante per valutare le offerte del gas: per scegliere la migliore non basta infatti soffermarsi solo sul prezzo, ma serve anche considerare il potere calorifico del metano proposto dai vari fornitori, perché a parità di fabbisogno energetico un gas con un potere calorifico inferiore richiederà un consumo maggiore.
   
• Nella costruzione di impianti industriali, invece, la conoscenza del potere calorifico del gas metano è vitale per la pianificazione accurata e la progettazione efficiente degli impianti; questo parametro ne influenza le dimensioni e la capacità necessarie per soddisfare in modo ottimale la domanda energetica prevista.

Il potere calorifico viene indicato con la lettera P e rappresenta la quantità di energia termica che si ottiene bruciando un metro cubo (Smc) di gas metano.  

Per calcolare questo valore si brucia un campione della sostanza (un chilogrammo per i combustibili solidi o un metro cubo nel caso di combustibili gassosi) alla temperatura di 0 gradi centigradi e alla pressione atmosferica. Così facendo si potrà conoscere il calore che il metano riesce a produrre. 

A questo punto, però, è necessario fare una distinzione tra

• potere calorifico inferiore del metano
• potere calorifico superiore del metano 

La differenza tra potere calorifico inferiore (PCI) e potere calorifico superiore (PCS) del metano è quella relativa all'energia liberata o assorbita durante la condensazione dell'acqua prodotta dalla combustione del gas metano. 

• Il potere calorifico inferiore del gas metano (altrimenti detto PCI metano) rappresenta la quantità di energia termica rilasciata dalla combustione del metano senza considerare il calore latente che si disperde per il riscaldamento dei fumi e per l’evaporazione dell'acqua prodotta durante la combustione. Nelle moderne caldaie a condensazione il calore latente, ovvero l’energia necessaria affinché avvenga un cambiamento di stato (da liquido a gassoso o viceversa), viene recuperato e utilizzato per riscaldare l'acqua che vi scorre all'interno. Il PCI del metano non tiene conto di questa quantità di energia; l’unità di misura è il Joule per chilogrammo (J/kg). Il potere calorifico inferiore del metano è di circa 50 MJ/kg, che equivale a 9,27 kWh/smc. Per calcolarlo è necessario recuperare il potere calorifico superiore e sottrarre 2,5 MJ per ogni kg di vapore d’acqua contenuto nei fumi. 
   
• Il potere calorifico superiore metano (anche conosciuto come PCS metano) esprime la quantità totale di energia termica rilasciata (in condizioni standard di temperatura e pressione) dalla combustione del gas metano, tenendo conto anche dell'energia liberata dal calore latente, quello impiegato cioè per far evaporare l'acqua. Di conseguenza il potere calorifero superiore è generalmente maggiore del potere calorifero inferiore. Questo è un dato importante per valutare l’efficienza energetica del combustibile, maggiore è il PCS, infatti, maggiore è la quantità di energia che si può ottenere dalla combustione di una determinata quantità di combustibile. Il potere calorifico superiore metano si riferisce alla quantità di calore che deriva dalla combustione completa della quantità di massa della sostanza utilizzata come combustibile. La quantità che si può ricavare da un metro cubo di gas serve all’Autorità per l’Energia Elettrica per stabilire la qualità del gas prima di distribuirlo e venderlo.  

Per calcolare il potere calorifico superiore metano esistono diversi metodi di misurazione: 

1. il primo è quello del calcolo approssimativo che si ottiene determinando tramite analisi chimica elementare la massa degli elementi combustibili (carbonio, idrogeno e zolfo) presenti in un chilogrammo di gas metano, e successivamente valutando la quantità di calore fornito da ciascuno degli elementi e sommando i risultati; 
2. il secondo metodo per calcolare il PCS del metano è quello della misurazione diretta. Prevede l'uso di appositi strumenti come la bomba calorimetrica di Mahler, nella si fa avvenire una reazione stechiometrica completa tra una quantità ben determinata di gas metano e l'ossigeno. Il calore prodotto dalla reazione viene assorbito da una massa nota di acqua; misurandone la variazione di temperatura si risale alla quantità di calore scambiata; 
3. la terza alternativa è quella rappresentata dalla Formula di Dulong, una formula empirica che combina le principali reazioni di combustione considerando l'energia sprigionata da ciascuna di esse. 

Concludendo, conoscere il potere calorifico del metano è importante nell'ambito dell'energia green e degli impianti di riscaldamento poiché permette di calcolare la quantità di energia prodotta dalla sua combustione. Questo dato è cruciale per valutare l'efficienza degli impianti, stimare i consumi energetici e ridurre le emissioni di CO₂, contribuendo così a una gestione più sostenibile e consapevole delle risorse energetiche.