SAPIO, acronimo di Società Anonima Produzione Idrogeno e Ossigeno, è nata nel 1922 per produrre e commercializzare idrogeno e ossigeno ottenuti già allora dalla dissociazione elettrolitica dell’acqua. Nel corso di oltre ottantacinque anni di vita sono state sviluppate molteplici e diverse tecnologie che, mediante l’impiego di ossigeno e idrogeno, contribuiscono a ridurre l’impatto ambientale delle principali attività umane.

In relazione ai costanti incrementi di richiesta di energia da parte delle industrie, e di conseguenza ai costanti aumenti di emissioni di CO2 e di altri inquinanti nell’atmosfera dovuti alla combustione di prodotti fossili quali benzina, olii pesanti, metano, Sapio grazie al proprio know how ha sviluppato negli ultimi anni la possibilità di ricavare o di produrre energia con le proprie tecnologie ed i propri gas, riducendo o eliminando completamente le emissioni nocive in atmosfera.

Due esempi:

1. Utilizzo dell’ossigeno nei processi di combustione per forni fusori di acciaierie, fonderie, alluminio, vetrerie, inceneritori, termovalorizzatori. L’impiego dell’ossigeno nei bruciatori consente di eliminare nel processo di combustione tutti i possibili inquinanti: passando da bruciatori combustibile- aria a bruciatori ossigeno-combustibile si ha il vantaggio di non produrre ossidi di azoto NO e NO2 molto nocivi per la respirazione umana. La maggiore temperatura di combustione ottenuta con ossigeno evita, inoltre, la formazione di altri inquinanti che generalmente vengono prodotti da fiamme a bassa temperatura (diossine).
   
   
2. Utilizzo dell’idrogeno in sostituzione dei combustibili fossili, come sistema per eliminare completamente gli inquinanti.

Essendo la molecola priva di carbonio, si elimina infatti alla base il problema della produzione di CO e CO2 nella combustione, avendo come prodotto finale emesso in atmosfera solo vapore acqueo. Restano ancora da risolvere alcuni problemi pratici nell’utilizzo dell’idrogeno come vettore di energia: infatti la sua molecola contiene più energia, in peso, rispetto a qualsiasi altra sostanza, ma poiché è l’elemento più leggero in natura, si pongono scelte importanti per quanto riguarda le caratteristiche del suo stoccaggio. Come si può vedere nella tabella, l’elevato potere calorifico dell’idrogeno misurato in kcal/kg, diventa poi molto basso quando si va a considerare il potere calorifico in kcal/mc.

Alla luce di quanto sopra, si è iniziato a studiare a livello europeo e mondiale come utilizzare su larga scala l’idrogeno, come sostituto dei carburanti attuali per l’autotrazione. L’inquinamento ambientale riguarda oggi in particolare le grandi città, in cui gli inquinanti atmosferici industriali, che arrivano dai camini delle fabbriche e delle centrali termoelettriche vicine alle città, si sommano a quelli provenienti dal riscaldamento degli edifici e dal traffico veicolare. Per poter ridurre l’inquinamento globale, sono state introdotte misure molto restrittive sulle emissioni in atmosfera, passando da combustibili pesanti a combustibili sempre più leggeri e con contenuti sempre più bassi di zolfo.

Per quanto riguarda l’inquinamento da autoveicoli, questo viene misurato normalmente con l’emissione in gr/km della CO2 derivante dalla combustione all’interno del motore. Dopo avere ridotto quest’ultima dagli iniziali 300 gr/km e più, agli attuali 140/160 gr/km, sui piccoli motori ci si è resi conto che non si può comunque scendere a livelli molto inferiori rispetto agli attuali con soli accorgimenti costruttivi quali l’iniezione common rail, le marmitte catalitiche, il filtro FAP, ma bisogna intervenire alla base sostituendo o modificando gli attuali combustibili fossili, benzina, gasolio, GPL, metano. L’idea di SAPIO è stata quella di rivolgere la propria attività di ricerca all’utilizzo dell’idrogeno, che consentirebbe di proporre veicoli caratterizzati da emissioni di CO2 pari a zero.



La tabella sopra riportata è indicativa delle diverse strade studiate per poter utilizzare adeguatamente le caratteristiche dell’idrogeno:

• utilizzare idrogeno liquido ad alto potere combustibile in kcal/kg risolvendo nel contempo gli attuali problemi di produzione, trasporto e stoccaggio del prodotto che, oltre ad essere molto costoso (per produrlo si tratta di arrivare a temperature vicine allo zero assoluto), impone anche una complessa catena di distribuzione con cisterne criogeniche e serbatoi criogenici molto particolari; non ultimo anche il suo uso a bordo delle vetture impone tempi di utilizzo molto brevi per evitare che l’idrogeno contenuto nel serbatoio evapori. L’idrogeno liquido, proprio per il suo più elevato rapporto Kcal/Kg, è utilizzato anche per la propulsione spaziale;
  
  
• aumentare la capacità di stoccaggio dell’idrogeno gassoso compresso nei recipienti: si sta gradualmente passando dall’attuale pressione di caricamento a 200 bar, ai 350 bar, con la previsione di arrivare in futuro a 700 bar. Questo è il sistema attualmente utilizzato per stoccare l’idrogeno a bordo dei veicoli;
  
  
• utilizzare stoccaggi a base di idruri metallici: l'idrogeno reagisce con una serie di metalli (alluminio, boro, magnesio ecc.) e loro combinazioni per formare idruri in condizioni normali. La reazione genera un pò di calore, e in alcuni casi risulta, sorprendentemente, in una maggiore densità di idrogeno per volume di idruro che nello stesso idrogeno liquido. Tuttavia, per rilasciare l'idrogeno è necessario l'apporto di calore che deve essere disponibile all'avvio del veicolo. Durante l'uso, il calore può essere fornito dalla pila a combustibile stessa. Gli idruri sono una tecnologia nuova ancora oggetto di studio. Oggi questa tecnologia è utilizzata dagli ultimi sommergibili militari della NATO. Una volta deciso quale sistema utilizzare per l’immagazzinamento dell’idrogeno si pone un’altra duplice scelta:
  
  
• Utilizzare l’idrogeno come combustibile in un motore a scoppio tradizionale: soluzione poco percorribile per problemi legati alla meccanica del motore e alla bassa efficienza ottenuta dal motore stesso in questo modo. Le soluzioni che si stanno attualmente studiando sono quelle di miscelare l’idrogeno al 20%, direttamente alla stazione di rifornimento, con l’80% di metano. Il risultato che si ottiene in questo modo è la riduzione del 20% delle emissioni di CO2 in atmosfera, attestandoci così a livelli molto più bassi degli attuali;
  
  
• Utilizzare l’idrogeno come combustibile nelle fuel cells per produrre energia elettrica che vada ad alimentare il veicolo ibrido o elettrico. A questo punto devono essere chiari 2 passaggi:
  1. il veicolo è elettrico, per cui completamente diverso da altri mezzi quali auto, bus, muletti, camion, trattore, vaporetto, ecc. e va quindi studiato completamente ex nuovo;
  2. l’autonomia in km percorribili da questo mezzo con un pieno di idrogeno, è limitata rispetto a quanto fattibile con un pieno di carburante tradizionale.

Il mezzo deve essere dotato anche di un sistema di accumulatori elettrici importante.
Al momento i mezzi in sperimentazione ricevono l’80/90% dell’energia elettrica necessaria da accumulatori elettrici a bordo ed il 10/20% dell’energia dalle fuel cells a idrogeno.



Migliorie importanti si attendono sia da fuel cells a più elevato rendimento, che da accumulatori al litio molto più leggeri degli attuali accumulatori al piombo. Un reale sviluppo dei veicoli a idrogeno non può prescindere dalla costruzione di infrastrutture per la sua distribuzione sull’intera rete stradale. La realizzazione di un numero di stazioni di rifornimento sufficienti per consentire l’introduzione sul mercato di un numero significativo di veicoli, si è stimato, arriverebbe a costare circa mille miliardi. Tuttavia esistono già esempi virtuosi: in California è stata costruita una rete di rifornimento per l'idrogeno che alimenta qualche centinaia di prototipi di automobili. SAPIO su questo fronte è impegnata con diversi progetti legati alla ricerca di nuovi sistemi di produzione idrogeno sia elettrolitici che catalitici a basso costo e ad alta resa, nonché a sviluppare tutti i sistemi di stoccaggio e distribuzione dell’idrogeno sia a bordo veicolo che nelle stazioni di rifornimento.



Giova a questo punto citare come esempio uno dei principali progetti di ricerca che ha visto il Gruppo Sapio partner tecnologico di diversi Enti pubblici e privati: il Progetto per Torino che ha portato alla realizzazione del primo Autobus ad idrogeno italiano alimentato con Fuel Cell. Oltre che in numerosi altri progetti per l’applicazione dell’idrogeno nel settore automotive, come quelli che prevedono la realizzazione e la sperimentazione di veicoli ibridi alimentati a Fuel Cell (Neo e H2Kart), Sapio è stata coinvolta nel Progetto Europeo Zeroregio per la realizzazione della parte idrogeno di una stazione di rifornimento multicombustibile, oltre che nei principali progetti proposti nell’ambito di Hydrogen Park a Porto Marghera. E’ stato inoltre realizzato ad Arezzo il primo Idrogenodotto per la distribuzione dell’idrogeno a diverse utenze industriali in area urbana.


Autobus a idrogeno con fuel cell di Torino

Tutti i progetti per la mobilità sostenibile, si inseriscono nell’ambito delle iniziative proposte dalla Comunità Economica Europea per ridurre l’inquinamento atmosferico secondo differenti scenari di sviluppo: nei prossimi 25 anni i veicoli a idrogeno passeranno da un 3% minimo ad un 30% del totale del parco veicoli, per fare poi un ulteriore salto dal 40% al 75% nei prossimi 40 anni. L’obiettivo finale è molto ambizioso: SAPIO per prima crede in questo futuro ed investe in risorse umane, ricerca e sviluppo tecnologico una grossa parte delle proprie forze per dare un contributo positivo al raggiungimento dei target prefissati a livello europeo e italiano.


Gas refrigeranti di nuova generazione nel settore automobilistico
Un importante progetto vede impegnati Arkema e Gruppo Sapio

Di particolare interesse i risultati della ricerca realizzata in collaborazione tra Arkema, gruppo attivo a livello internazionale nel settore dei prodotti chimici per l’industria, alcuni partner automobilistici e Gruppo Sapio, per lo sviluppo del progetto HFO-1234yf.

A presentarlo - nel corso della Giornata di Studio Ambiente svoltasi a Torino il 21 ottobre nell’ambito del Premio Sapio per la Ricerca Italiana - è stato Cristhophe Maldeme, Business Manager MAC & Low GWP Products di Arkema. L'utilizzo dell'HFO-1234yf (tetrafluoropropene/ idrofluoruro-olefine), in sostituzione dei refrigeranti attualmente in uso, nei sistemi di condizionamento dell'aria negli autoveicoli, risponde all’esigenza di ridurre le emissioni inquinanti e quindi l’impatto ambientale sul riscaldamento globale.

Il refrigerante per climatizzatori auto HFO-123yf è infatti il candidato preferito in Europa a sostituire l'R-134a, gas elencato nel Protocollo di Kyoto come pericoloso per il surriscaldamento globale, che sarà ufficialmente al bando dal 2011 per tutti i nuovi modelli di auto. Il progetto che vede impegnati Arkema e Gruppo Sapio nasce quindi dalla volontà di dare una risposta concreta, di sperimentare soluzioni tecnologiche che consentano di rispettare le indicazioni del Protocollo di Kyoto e i limiti stabiliti dalla Commissione Europea.

"I gas Fluorurati hanno dimostrato la loro abilità nel seguire l'evoluzione delle regolamentazioni proponendo nuove soluzioni tecniche capaci di limitare l'impatto del loro utilizzo sull'ambiente" - ha dichiarato Maldeme - "Le evoluzioni generali dei regolamenti e le specifiche esigenze del mercato hanno portato ad una limitazione del numero delle applicazioni ma allo stesso tempo, a molecole la cui complessità tecnologica produttiva è notevolmente aumentata. Nel rispetto della Direttiva Europea che impone l'utilizzo di refrigeranti con un GWP inferiore a 150 per le nuove piattaforme a partire dal 2011 e degli sviluppi condotti dai produttori dell'industria automobilistica sull'HFO 1234yf, questo prodotto è oggi il precursore di quella che sarà la 4a generazione di Gas refrigeranti. Questo risultato mostra l'importanza di un impegno forte dell'industria chimica nello sviluppo di refrigeranti che implichino alte finalità tecnologiche."