Вопрос следующий - есть ли вариант подключить OBD разъем автомобиля напрямую к RasPi GPIO, минуя NLM-адаптер?
Нет.
К CAN-шине напрямую ты не подключишься без CAN-контроллера.
Можно к K-Line подключиться через делитель напряжения (т.к там уровни 0-12В) к UART, но это уже не напрямую, плюс надо реализовывать работу с протоколом KWP-2000 на строне RasPi.