Oli combustibili

Gli oli combustibili sono miscele liquide di idrocarburi, con colore variabile dal giallastro al marrone scuro, ottenute dalla raffinazione del petrolio greggio attraverso diversi processi industriali. La loro composizione chimica è complessa e variabile: comprende idrocarburi alifatici ovvero alcani, alcheni e cicloalcani e composti aromatici, con piccole quantità di composti contenenti zolfo, azoto e ossigeno.

Le caratteristiche degli oli combustibili dipendono da numerosi fattori, tra cui la fonte del greggio, i metodi di raffinazione, la presenza di additivi e persino le modificazioni dovute ad agenti atmosferici o processi biologici una volta rilasciati nell’ambiente. Tali differenze determinano proprietà specifiche come gli intervalli di ebollizione, la viscosità e la stabilità, che a loro volta ne condizionano gli impieghi.

Dal punto di vista applicativo, gli oli combustibili trovano largo utilizzo: alimentano impianti di riscaldamento industriale e domestico, vengono impiegati come solventi, come carburante per alcuni motori a combustione interna e come fonte di energia per la produzione di vapore ed elettricità nelle centrali termoelettriche.

Tipi di oli combustibili

Gli oli combustibili possono essere suddivisi in diverse categorie a seconda del processo di produzione, della viscosità e del contenuto di impurità. La classificazione principale distingue tra oli combustibili distillati e oli combustibili residui.

Gli oli distillati derivano direttamente dalla distillazione del petrolio greggio: durante il processo, le frazioni più leggere vengono vaporizzate e successivamente condensate, ottenendo un prodotto con un intervallo di ebollizione ben definito, fluido e relativamente pulito. Questi oli hanno una bassa viscosità, contengono meno impurità e si avvicinano per caratteristiche al gasolio. Proprio per la loro facilità di utilizzo e di combustione, trovano impiego soprattutto nel riscaldamento civile, nei piccoli impianti industriali e nei motori a combustione interna.

Gli oli residui, invece, sono ottenuti dai prodotti pesanti rimasti dopo la distillazione del greggio e spesso anche dal cracking termico. Si presentano come liquidi molto viscosi e densi, con una composizione chimica più complessa e un maggiore contenuto di impurità, in particolare zolfo e metalli pesanti. Per essere pompati e bruciati necessitano spesso di un preriscaldamento, ma in compenso possiedono un elevato potere calorifico. Queste caratteristiche li rendono adatti a impianti di grande scala, come le centrali termoelettriche, i forni industriali e la propulsione navale.

Accanto a queste due categorie principali, si collocano i cosiddetti oli intermedi, che rappresentano una miscela di distillati e residui. Hanno proprietà intermedie, sia in termini di viscosità sia di qualità, e vengono impiegati in applicazioni industriali dove è richiesta una via di mezzo tra le prestazioni dei distillati e il costo contenuto dei residui.

Un’altra distinzione, di tipo più pratico, parla di olio leggero e olio pesante. L’olio leggero corrisponde sostanzialmente agli oli distillati e viene utilizzato in caldaie domestiche, piccoli impianti e motori; l’olio pesante coincide con i combustibili residui e viene destinato agli impieghi più gravosi, come centrali elettriche e grandi motori marini.

Infine, esistono oli speciali, formulazioni a cui vengono aggiunti additivi chimici per migliorarne la stabilità, ridurre le emissioni o adattarli a esigenze particolari, come turbine o processi industriali ad alta efficienza.

Per rendere più chiara questa classificazione, lo standard ASTM D396 suddivide gli oli combustibili in sei classi numeriche. Gli oli combustibili n. 1 e n. 2 appartengono ai distillati leggeri, i numeri 5 e 6 ai residui pesanti, mentre il numero 4 rappresenta una miscela di entrambe le categorie. Questa codifica, adottata a livello internazionale, consente di identificare facilmente le caratteristiche del prodotto e il suo campo di utilizzo.

Tabella comparativa dei principali tipi di oli combustibili

Nota:  L’olio combustibile N. 3 è un distillato ad alta fluidità, ma oggi non esiste più come categoria autonoma ed è stata assorbito nella classe N. 2

L’olio combustibile pesante: storia, uso e impatti

L’olio combustibile pesante ha trovato largo impiego a partire dagli anni ’60, grazie alle nuove tecniche di raffinazione che hanno reso possibile la commercializzazione di prodotti più raffinati e a maggior valore aggiunto derivati dal petrolio greggio. Oggi viene utilizzato da circa il 60% delle grandi navi oceaniche, tra cui cargo, navi da crociera, traghetti, petroliere e portarinfuse,  principalmente per una ragione economica: il suo prezzo è circa il 30% più basso rispetto alle alternative.

Emissioni e impatto ambientale

Nonostante il settore marittimo contribuisca solo per il 3% alle emissioni globali di carbonio, l’olio combustibile pesante è altamente inquinante sotto diversi aspetti. Contiene concentrazioni di zolfo molto elevate (fino a 35.000 parti per milione), rendendo il trasporto marittimo responsabile dell’8% delle emissioni globali di anidride solforosa (SO₂). Questa sostanza, se miscelata con l’acqua, produce effetti acidi, contribuendo alle piogge acide e provocando gravi problemi respiratori.

Oltre alla SO₂, l’uso di olio combustibile pesante genera ossidi dell’azoto (NOₓ) e particolato pesante. Questi inquinanti atmosferici sono associati a malattie respiratorie e cardiovascolari, con effetti particolarmente gravi sui bambini e sulle persone che vivono in aree ad alta densità di traffico marittimo. Studi recenti hanno addirittura evidenziato correlazioni tra alti livelli di ossido di azoto e la diffusione del coronavirus, a causa dell’indebolimento del sistema immunitario respiratorio. Le emissioni derivanti dal trasporto marittimo provocano ogni anno circa 400.000 morti premature e comportano costi sanitari globali superiori a 50 miliardi di dollari.

Tossicità e rischi per la fauna

L’esposizione all’olio combustibile pesante è tossica non solo per gli esseri umani, ma anche per la fauna selvatica, compromettendo ecosistemi marini e costieri. La combinazione di emissioni acide, particolato e sostanze chimiche persistenti rende il suo impatto ambientale particolarmente rilevante e difficile da mitigare.

Oli combustibili navali

Le grandi navi oceaniche hanno storicamente utilizzato come carburante l’olio combustibile pesante (HFO, Heavy Fuel Oil), un residuo della distillazione del petrolio greggio caratterizzato da alta viscosità, densità elevata e colore nero. Questo combustibile, diffuso a partire dagli anni ’60, è stato per decenni la scelta principale grazie al suo costo ridotto pertanto la quasi totalità dei motori diesel marini a media e bassa velocità è progettata per funzionare con HFO.

Dal 2020, con l’entrata in vigore delle normative internazionali (IMO 2020), le navi devono utilizzare combustibili con un tenore di zolfo inferiore allo 0,50% (ULSFO – Ultra Low Sulphur Fuel Oil). Questo ha favorito la diffusione del gasolio marino (MGO, Marine Gas Oil), un distillato simile al gasolio terrestre ma con densità maggiore. L’MGO, a differenza dell’HFO, non richiede preriscaldamento durante lo stoccaggio ed è molto più pulito in termini di emissioni.

Molte navi continuano comunque a impiegare HFO grazie all’installazione degli scrubber, sistemi di depurazione che rimuovono gli ossidi di zolfo dai fumi di scarico, permettendo di rispettare i limiti normativi senza rinunciare a un combustibile più economico.

Oltre ad HFO e MGO, esistono combustibili intermedi: i cosiddetti IFO (Intermediate Fuel Oil), ottenuti miscelando residui pesanti con frazioni più leggere come il gasolio marino. Questi prodotti sono classificati in base alla viscosità, ad esempio IFO 180 e IFO 380, che devono essere riscaldati per poter essere pompati e utilizzati nei motori navali. A temperatura ambiente (15–20 °C) infatti l’IFO può avere una consistenza simile al bitume e deve essere portato ad almeno 40 °C nei serbatoi della nave per garantire la fluidità necessaria.

La normativa internazionale (MARPOL 1973 e successivi aggiornamenti) definisce l’olio combustibile pesante come un combustibile con densità superiore a 900 kg/m³ a 15 °C o viscosità cinematica oltre 180 mm²/s a 50 °C. Questi parametri confermano la natura particolarmente “densa e pesante” dell’HFO rispetto ai distillati più leggeri come il MGO.

In sintesi, il settore navale utilizza tre principali tipologie di oli combustibili:

-MGO (Marine Gas Oil) → distillato leggero, pulito, usato soprattutto in aree soggette a regolamentazioni ambientali severe.

-IFO (Intermediate Fuel Oil) → miscela di distillati e residui, viscosità intermedia.

-HFO (Heavy Fuel Oil) → residuo pesante, economico ma inquinante, richiede preriscaldamento e sistemi di depurazione.

Proprietà degli oli combustibili

Gli oli combustibili presentano una serie di proprietà fisico-chimiche che ne determinano l’utilizzo nei diversi settori industriali e civili. Hanno generalmente un odore simile al cherosene e sono sostanze infiammabili, con un potere calorifico elevato che li rende adatti alla produzione di calore ed energia.

Tra le caratteristiche più rilevanti vi è la viscosità, che varia sensibilmente in base al tipo di olio: i combustibili leggeri sono fluidi e facilmente pompabili, mentre gli oli pesanti richiedono il preriscaldamento per poter essere trasportati e bruciati correttamente. La densità influisce sulla resa energetica e sulla facilità di manipolazione: in generale, oli più densi hanno un contenuto energetico maggiore ma risultano anche più difficili da atomizzare nei bruciatori.

Un altro aspetto importante è la volatilità, ovvero la tendenza a vaporizzare: gli oli leggeri presentano un’elevata volatilità e quindi un’accensione più rapida, mentre i combustibili residui hanno una volatilità molto ridotta e richiedono condizioni particolari di combustione. La solubilità è generalmente scarsa in acqua, ma gli oli combustibili possono mescolarsi con solventi organici e disperdersi in ambiente, caratteristica che rappresenta un rischio in caso di sversamenti.

Infine, tra le proprietà critiche vi sono anche il contenuto di zolfo e di ceneri, che incide sulle emissioni inquinanti, e il punto di infiammabilità, che determina la sicurezza nella manipolazione e nello stoccaggio.

Tabella 2. Proprietà principali degli oli combustibili

Produzione e raffinazione degli oli combustibili

Gli oli combustibili derivano dal petrolio greggio, una miscela complessa di idrocarburi che richiede processi di raffinazione per ottenere prodotti utilizzabili come combustibili. La produzione degli oli combustibili avviene attraverso una combinazione di distillazione, cracking e miscelazione, che determina le caratteristiche finali di viscosità, densità e contenuto di impurità.

Distillazione frazionata

Il petrolio greggio viene riscaldato e vaporizzato in colonne di distillazione, separando le frazioni in base al punto di ebollizione. Le frazioni leggere, come benzina e gasolio, costituiscono gli oli combustibili distillati, fluidi e relativamente puliti. Le frazioni più pesanti, con componenti ad alto punto di ebollizione, vengono lasciate come residui e costituiscono la base degli oli combustibili pesanti.

Cracking termico o catalitico

Alcune frazioni residue possono subire processi di cracking, che rompono le molecole più grandi in idrocarburi più piccoli e combustibili. Questo processo permette di migliorare la fluidità e la combustione degli oli pesanti, aumentando la resa energetica e riducendo la viscosità.

Trattamento chimico e miscelazione

Gli oli combustibili possono essere ulteriormente trattati per ridurre il contenuto di zolfo e metalli, aggiungere additivi per migliorare stabilità e combustione, oppure miscelati per ottenere prodotti intermedi con caratteristiche desiderate. Le miscele di residui pesanti con distillati leggeri danno origine agli Oli Combustibili Intermedi (IFO).

Controllo qualità

Ogni lotto di olio combustibile viene sottoposto a analisi chimico-fisiche, per verificare densità, viscosità, punto di infiammabilità, contenuto di zolfo e altre proprietà. Questo garantisce che il combustibile sia adatto agli impianti specifici e conforme alle normative vigenti, sia civili sia navali.

In sintesi, la produzione di oli combustibili combina processi fisici e chimici complessi, e la loro qualità finale dipende non solo dalla materia prima, ma anche dai processi di raffinazione e dai trattamenti successivi. Grazie a questi interventi, è possibile ottenere un’ampia gamma di combustibili, da quelli leggeri e facilmente pompabili a quelli pesanti, ad alta densità e utilizzati per grandi centrali o per la propulsione navale.

Usi degli oli combustibili

Gli oli combustibili sono una risorsa energetica fondamentale, impiegata in numerosi ambiti industriali, commerciali e marittimi. La loro versatilità deriva dalle proprietà chimico-fisiche che li caratterizzano: alta densità energetica, facilità di stoccaggio e trasporto, e adattabilità a diversi tipi di impianti e motori. Questi carburanti, derivati dalla raffinazione del petrolio greggio, trovano applicazione sia in processi che richiedono calore diretto sia in sistemi di propulsione meccanica, rendendoli un pilastro della produzione di energia tradizionale.

Produzione di calore e energia termica

Uno degli utilizzi più diffusi degli oli combustibili riguarda la produzione di calore. In numerosi impianti industriali e civili, come centrali termoelettriche, fabbriche, caldaie residenziali e impianti di cogenerazione, gli oli combustibili vengono bruciati per generare calore, che può essere direttamente utilizzato o trasformato in energia elettrica.

La capacità di rilasciare grandi quantità di energia per unità di volume li rende particolarmente adatti a fornire calore costante e affidabile, indispensabile per processi industriali complessi, come la produzione di cemento, acciaio o vetro, dove è richiesta una temperatura elevata e stabile.

Propulsione navale

Un altro settore in cui gli oli combustibili rivestono un ruolo cruciale è quello marittimo. Le grandi navi mercantili e petroliere, così come alcune navi da crociera, utilizzano oli combustibili pesanti, noti anche come bunker oil, per alimentare i loro motori a combustione interna di grande potenza.

Questi oli, seppur più viscosi e meno facili da bruciare rispetto ai carburanti leggeri, offrono un elevato contenuto energetico per unità di volume, indispensabile per garantire l’autonomia e la capacità di trasporto dei giganti del mare.

Negli ultimi anni, a causa delle normative ambientali più severe, alcune navi hanno iniziato a sostituire parzialmente gli oli pesanti con carburanti a basso contenuto di zolfo o con alternative più ecologiche, pur mantenendo gli oli combustibili tradizionali come risorsa fondamentale.

Motori industriali e gruppi elettrogeni

Gli oli combustibili trovano impiego anche in motori industriali di media e grande potenza, spesso utilizzati per alimentare pompe, compressori, generatori di emergenza o gruppi elettrogeni in zone isolate. Grazie alla loro elevata densità energetica, questi oli consentono un funzionamento continuo e affidabile, anche in contesti dove altre fonti energetiche non sono disponibili o convenienti.

Nei gruppi elettrogeni di emergenza, ad esempio, gli oli combustibili garantiscono che ospedali, centrali idriche e infrastrutture critiche possano continuare a funzionare anche in caso di blackout elettrici.

Applicazioni industriali specifiche

Oltre alla produzione di calore e alla propulsione, gli oli combustibili sono impiegati in alcune applicazioni industriali specifiche, come la fusione dei metalli, la produzione di asfalto o in processi chimici che richiedono fonti di energia termica stabile e facilmente controllabile.

In questi contesti, la combustione degli oli permette di raggiungere temperature elevate in maniera regolabile, offrendo al contempo un buon equilibrio tra efficienza energetica e costi operativi.

Considerazioni ambientali e prospettive future

Nonostante la loro versatilità, l’utilizzo degli oli combustibili è strettamente legato a considerazioni ambientali. La combustione di oli pesanti produce emissioni di ossidi di zolfo, ossidi di azoto e particolato, contribuendo all’inquinamento atmosferico e ai cambiamenti climatici.

Per questo motivo, molte applicazioni stanno subendo una transizione verso soluzioni più sostenibili, come la parziale sostituzione con biocarburanti o l’adozione di sistemi di filtraggio e abbattimento delle emissioni. Tuttavia, il ruolo degli oli combustibili rimane centrale in molti settori industriali e marittimi, soprattutto dove sono richieste grandi quantità di energia e dove le alternative rinnovabili non sono ancora pienamente praticabili.

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