Articoli | 05 August 2021 | Autore: Stefano Lazzarino

Lubrificanti: verso una mobilità sostenibile

L'evoluzione dei lubrificanti nell’era dei motori moderni: ecco come una tecnologia complessa è diventata eco-friendly.


L’immagine delle mani sporche di olio esausto crea un’immediata associazione tra lubrificanti e scarsa sostenibilità. Questa è una percezione molto diffusa e molto comune tra chi non opera nel settore automotive direttamente, ma talvolta anche presso coloro che, nel settore dell’automobile, ci lavorano da anni.
La realtà è invece molto differente. Le case automobilistiche sono soggette a normative sempre più stringenti in termini di controllo delle emissioni inquinanti e questo, di fatto, si riversa su tutto l’indotto, comprese le aziende che producono lubrificanti.

Tanto per capire la portata del problema, basti pensare alla riduzione delle emissioni di anidride carbonica: affinché i consumi specifici dei motori possano scendere, la richiesta attuale delle case è verso lubrificanti a bassissima viscosità, come per esempio i 5W-30, 5W-20 e 0W-20. Una specifica di questo tipo non sarebbe di per sé sfidante per chi progetta lubrificanti, se non fosse che il parametro viscosità è solo uno dei tanti. Perché un lubrificante a bassa viscosità deve comunque essere in grado di ottemperare anche a tutte le altre specifiche.

La sfida si traduce quindi in un miglioramento complessivo delle prestazioni, senza che venga meno l’affidabilità complessiva del prodotto, perché una singola richiesta di miglioramento non deve inficiare le prestazioni sugli altri fronti. Anzi. Generalmente, le richieste sono di un aumento delle performance sotto ogni punto di vista.
 

I compiti svolti da un lubrificante

Il ruolo più conosciuto di un lubrificante è certamente la riduzione dell’attrito tra due superfici a contatto tra loro. Ma i compiti svolti da un olio motore sono ben più numerosi.
L’olio deve in qualche modo adattarsi sia fisicamente, sia chimicamente a un motore, fornendo tutta una serie di protezioni: deve, per esempio, controllare gli acidi attraverso l’uso di agenti basici neutralizzanti e deve occuparsi di disperdere i residui della combustione, evitando che si depositino all’interno del motore stesso.

Da un punto di vista generale, possiamo riassumere le principali funzioni di un lubrificante attraverso le seguenti voci: deve saper ridurre l’attrito minimizzando le perdite di potenza; deve poter asportare i residui carboniosi che si depositano in zone considerate critiche, al fine di evitare la formazione di incrostazioni; deve proteggere le superfici metalliche da corrosione e ossidazione; deve consentire una riduzione dei consumi e delle emissioni e, in ultimo, deve essere in grado di asportare parte del calore generato dal motore.
 

Come è fatto un moderno lubrificante

I lubrificanti presenti sul mercato non sono tutti uguali e questo è ovvio. Ogni produttore propone la propria formula, ma possiamo dire, per vie del tutto generali, che un lubrificante moderno di qualità elevata si compone per l’80% circa di una base, per una quantità che può arrivare al 15% di una serie di additivi e per una quantità che può essere prossima anche al 6% di modificatori di viscosità (o meglio dell’indice di viscosità).

Si tenga conto che la base è la componente principale, cioè il lubrificante vero e proprio. Il resto, tra additivi e modificatori, è un insieme di componenti che ha lo scopo di migliorare determinate proprietà del lubrificante.
Un discorso a parte, invece, lo meritano le basi, perché possono essere di due differenti tipi: quelle minerali, ricavate direttamente dal petrolio, e quelle sintetiche ottenute nei laboratori attraverso quelli che vengono definiti processi di sintesi chimica. Le basi sintetiche sono ormai quelle che vanno per la maggior, grazie alle loro performance migliori.
 

Il lubrificanti e i sistemi di post-trattamento dei gas

Questo è un problema particolarmente sentito. Gli additivi presenti nei lubrificanti, se non correttamente valutati, possono avere effetti dannosi sui sistemi di trattamento dei gas, come il filtro antiparticolato e i catalizzatori.
Ciò ha portato i produttori di lubrificanti a ripensare totalmente gli oli moderni, riducendo sempre più l’utilizzo di componenti aggiuntivi.
L’attenzione su questo tipo di problema è cresciuta sensibilmente.

Per esempio, il fosforo, un tipico additivo antiusura presente generalmente in un olio motore, ha effetti dannosi sui metalli nobili presenti all’interno dei catalizzatori. I lubrificanti moderni, infatti, contengono tenori di fosforo molto bassi.
Un’altra questione, invece, è quella che interessa i filtri antiparticolato. Questi componenti intrappolano al loro interno il particolato prodotto dal motore. Ma non solo. Al loro interno, infatti, troviamo i residui del lubrificante bruciato, in sostanza il lubrificante trafilato in camera di combustione attraverso le guarnizioni di tenuta.
Gli elementi metallici del lubrificante, purtroppo, quando vengono sottoposti alle temperature elevate, tipiche dei processi di rigenerazione dei filtri, formano delle ceneri che potrebbero essere eliminate solamente a temperature elevatissime, non raggiungibili da un filtro per il particolato.

Questo fatto provoca un costante accumulo di ceneri nel filtro, ceneri che non verranno più eliminate e che porteranno a un intasamento in grado di minare la funzionalità del sistema filtrante.
Questo è il motivo per cui negli oli moderni sono presenti concentrazioni bassissime di materiali metallici, sebbene questi siano fondamentali per conferire al lubrificante le caratteristiche necessarie.
Per esempio, l’allungamento degli intervalli di manutenzione è stato spesso ottenuto incrementando le capacità detergenti dell’olio, una proprietà conferita al lubrificante dagli additivi contenenti elementi metallici come magnesio e calcio.
 

Il problema della viscosità

Tecnicamente parlando, possiamo dire che la viscosità del fluido sia inversamente proporzionale alla sua temperatura. Questo significa che all’aumentare della temperatura, la viscosità di un olio generalmente diminuisce.

Ciò è il motivo per cui vengono impiegati i modificatori di viscosità, ovvero degli additivi che consentono di mantenere valori di viscosità relativamente elevati a caldo, ma allo stesso tempo che permettano di mantenere una buona fluidità a freddo.
Già, perché un lubrificante freddo che offre valori di viscosità troppo elevati, si traduce in avviamenti difficoltosi del motore, con richieste di energie di avviamento eccessive. Cosa da evitare, perché nei periodi invernali, l’elevata viscosità provocherebbe forti assorbimenti di corrente dalla batteria.

Non solo. Un olio troppo viscoso a freddo non garantirebbe una buona lubrificazione delle parti meccaniche, perché faticherebbe a raggiungere le zone più remote e i componenti più piccoli del propulsore.
In pratica, i costruttori di veicoli non vogliono più alcun limite operativo e richiedono lubrificanti che siano in grado di dare il meglio, sia a freddo, sia a caldo.
A freddo, l’olio deve assecondare una partenza rapida, permettendo che si crei un buon flusso e nel contempo facendo sì che siano basse le perdite per pompaggio. Una volta caldo, il film che si forma deve essere duraturo: aspetto non scontato, perché con la richiesta di viscosità sempre più basse da parte dei costruttori, le pellicole che si formano sono sempre più sottili.
Non solo. Gli oli più fluidi tendono a essere più volatili, un comportamento che può condurre a un maggior consumo di lubrificante.
 

I lubrificanti Low SAPS

I lubrificanti Low SAPS (Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur) sono i prodotti di ultima generazione, quelli che vengono realizzati con una formulazione a basso contenuto di ceneri, fosforo e zolfo. Si tratta quindi di oli assolutamente compatibili con i sistemi di trattamento del particolato.

Gli oli low SAPS sono ormai diventati la normalità, ma per questi lubrificanti che contengono bassi livelli di elementi metallici, le sfide sono ancora più complicate. Le distanze degli intervalli di manutenzione devono rimanere inalterate, o al limite aumentare e la viscosità richiesta è più bassa, con soluzioni 5W-20 e 0W-20 sempre più diffuse.
Tutte le restanti prestazioni del lubrificante, però, devono rimanere inalterate.

Molti tecnici, attualmente impiegati nelle aziende che formulano lubrificanti, sono concordi nel ritenere che gli oli di oggi devono essere realizzati con un processo di progettazione di tipo olistico, ovvero attraverso un metodo di sviluppo che sappia correlare i diversi aspetti delle performance richieste non semplicemente sommando le singole caratteristiche, ma cercando come queste possano interagire al meglio nella singola applicazione.
Detto in altre parole, nel processo di sviluppo, l’olio motore viene considerato come ogni altro componente facente parte del motore in esame. Questo è anche il motivo per cui i produttori di lubrificanti lavorano a stretto contatto con i costruttori.
 

Sostenibilità grazie all’uso di componenti rinnovabili

Il concetto di sostenibilità di un lubrificante, infine, è anche legato all’idea di economia circolare. Questo si ottiene, per esempio, quando un olio viene realizzato utilizzando basi di qualità elevata che vengono soggette a nuovi processi di raffinazione. Insomma, un vero e proprio recupero di ciò che diversamente si trasformerebbe in puro inquinamento ambientale.

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Tags: lubrificanti

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