Protezione antideflagrante per il mercato dell'idrogeno

L'alta pressione spagnola nel mercato dell'idrogeno

Già da oltre 20 anni, Hiperbaric è una realtà affermata nel settore delle tecnologie ad alta pressione. La tecnologia HPP (High Pressure Processing) del costruttore di macchine spagnolo permette di conservare alimenti e bevande senza doverli esporre a temperature elevate o sostanze chimiche. In questo settore l'azienda, con sede a Burgos nel nord della Spagna, si è costruita una reputazione di leader tecnologico e commerciale di livello mondiale.

Mai dormire sugli allori, però. Oscar Garcia, tecnico della divisione Vendite e Marketing di Hiperbaric, ci parla dello sviluppo che ha avuto inizio sette anni fa: "Il nostro reparto R&S ha iniziato a riflettere su come le nostre competenze nel campo dell'alta pressione, applicate finora solo al mezzo "acqua", potessero invece essere sfruttate in campi di applicazione diversi". Uno dei progetti era incentrato sulla cosiddetta pressatura isostatica a caldo (HIP), processo che prevede l'utilizzo del gas Argon ad elevata temperatura ed elevata pressione per la lavorazione di parti in metallo e ceramica. Ad oggi, sono ormai quattro anni che Hiperbaric commercializza l'apparecchiatura per questo processo.

Esperti dell'alta pressione per l'idrogeno del futuro

Tra i settori che richiedono l'utilizzo di un liquido a pressione molto elevata, quello della compressione dell'idrogeno è sicuramente uno dei più promettenti. Questo mercato del futuro è infatti entrato prontamente nel mirino degli sviluppatori di Hiperbaric. Secondo gli esperti internazionali, con il progressivo abbandono dei combustibili fossili, questo gas diventerà il vettore energetico del futuro. Ricavato da fonti rinnovabili tramite elettrolisi dell'acqua, l'idrogeno può essere utilizzato come serbatoio di energia per l'energia eolica e solare in eccesso. Allo stato gassoso, in particolare, può essere immagazzinato in serbatoi di stoccaggio e trasportato tramite gasdotti. Per mezzo di apposite celle a combustibile, all'interno delle quali avviene un processo contrario all'elettrolisi, dal gas viene ricavata energia elettrica quando e dove serve.

Tutte le previsioni puntano nella stessa direzione: uno dei principali futuri campi di applicazione dell'idrogeno sarà l'alimentazione delle celle a combustibile di autoveicoli, navi e persino aerei. I primi autoveicoli, autocarri e bus ad idrogeno hanno già fatto la loro comparsa sulle strade europee. Ma questi veicoli devono essere riforniti – ed è qui che occorre la pressione, esattamente tra 350 (veicoli commerciali) e 700 bar (veicoli passeggeri), a seconda del veicolo da rifornire. Le stazioni di servizio ricevono l'idrogeno nello stato di aggregato gassoso che deve poi essere compresso per eseguire il rifornimento. È in questa fase del processo che Hiperbaric intende inserirsi. Luis Ángel Ramos, responsabile del reparto di elettrotecnica di Hiperbaric afferma: "Grazie all'esperienza accumulata con diverse tipologie di liquidi pressurizzati, avevamo già a disposizione le competenze necessarie per sviluppare la nostra tecnologia di compressione dell'idrogeno."
 

Progetto demo per il Centro nazionale dell'idrogeno

Lo straordinario progetto sull'idrogeno di Hiperbaric è frutto della collaborazione con il Centro nazionale spagnolo dell'idrogeno CNH2. L'obiettivo era sviluppare una soluzione completa per la compressione dell'idrogeno destinato al rifornimento di veicoli a cella a combustibile di ultima generazione, da impiegare nel nuovo impianto di idrogeno di Puertollano, nel sud della Spagna. Come progetto dimostrativo dell'offerta di servizi dedicati al rifornimento dell'idrogeno per le automobili, si è trattato di un'opportunità di assoluta importanza sia per Hiperbaric che per i suoi clienti. Ai fini del progetto Hiperbaric ha sviluppato un compressore di idrogeno in grado di riempire il serbatoio di un veicolo con pressioni fino a 1000 bar. "Lo scopo del progetto è quello di rendere visibile la redditività dell'idrogeno e contribuire a consolidare l'infrastruttura per la fornitura di idrogeno ad alta pressione. Il focus è rivolto particolarmente alla mobilità delle automobili", spiega Luis Ángel Ramos.

Sotto molti punti di vista le sfide da affrontare nello sviluppo della soluzione per la compressione dell'idrogeno erano le stesse con cui Hiperbaric aveva a che fare da anni nel settore alimentare. Anche in questo caso, ad esempio, era richiesta la massima efficienza per contenere i costi operativi. "Abbiamo anche dovuto soddisfare specifici requisiti legati alle peculiarità dell'idrogeno“, ricorda Luis Ángel Ramos, "tra cui, in particolare, la necessità di evitare una sottrazione di calore eccessiva e di garantire un livello di sicurezza elevato per assicurare un funzionamento sicuro per le persone, i materiali e l'ambiente." 
 

Idrogeno senza olio anche dopo la compressione

Oltre al comfort di utilizzo era proprio la sicurezza la massima priorità per il CNH2. Hiperbaric ha saputo soddisfare questo requisito in modo assolutamente convincente. "I componenti più importanti del gruppo compressore sono il moltiplicatore di alta pressione che dispone di diverse sezioni per l'esecuzione della compressione, e vari altri sistemi che rendono le unità sicure, efficienti ed affidabili. Una delle caratteristiche principali dell'unità è la capacità di garantire la massima purezza dell'idrogeno, risultato dell'eliminazione della lubrificazione ad olio"; queste parole sono estratte dalle spiegazioni tecniche fornite in occasione dell'Hydrogen Technology Expo tenutosi in Germania e della fiera Hyvolution, svoltasi in Francia nel 2021, eventi durante i quali Hiperbaric ha presentato la sua tecnologia di compressione dell'idrogeno agli addetti ai lavori di tutto il mondo.

Competenze nel settore Ex dal leader del mercato

Nell'ambito della sicurezza gli sviluppatori spagnoli hanno sfruttato le competenze nell'ambito della protezione antideflagrante dell'azienda internazionale R. STAHL, con sede in Germania. "Abbiamo scelto R. STAHL perché è un leader mondiale nelle soluzioni ATEX e ha accumulato una grande esperienza in progetti simili al nostro, in cui la protezione antideflagrante è una priorità assoluta", afferma Luis Ángel Ramos, che aggiunge: "Naturalmente anche perché Hiperbaric stava cercando un partner che potesse sostenerci nello sviluppo della nostra soluzione e non essere per noi un 'semplice' fornitore." Insieme agli esperti di R. STAHL, gli sviluppatori di Hiperbaric hanno affrontato questo primo progetto comune lavorando su tre sistemi diversi e complementari:

• una centralina di comando 8150/5, Zona 1, ATEX per uscite/ingressi decentralizzati 1718 (fornita da Rockwell)
• un pannello di controllo 7145/5, Zona 2, ATEX per l'HMI
• un'unità di comando con protezione antideflagrante composta da:
  •  1 custodia Ex d 8264/-995-3.. 0 (730 x 730 x330)
  • 1 custodia Ex d 8264/-935-3.. 0 (730 x 480 x330)
  • 1 custodia Ex e 8150/5-E-0730-0480-330-1111
  • 1 custodia Ex e 8150/5-E-0480-0360-330-1111

Nelle centraline di comando sono stati installati anche diversi moduli di isolamento R. STAHL (ad es. un modulo relè IS 9270/11-16-14s rif. 9270A; uscita binaria IS 9275/10-24-48-11s Rif. 9275B; alimentatore trasmittente IS 9260/23-11-10s SIL rif. 9260B). Ognuno di questi componenti è certificato secondo la direttiva europea ATEX.

L'armadio di comando principale è stato predisposto per il funzionamento in Zona ATEX 1. A tal fine, è stata realizzata una separazione fisica tra il circuito dell'idrogeno e l'impianto di compressione, nonché tra l'impianto idraulico e i quadri di comando. Un sistema di ventilazione rinnova continuamente l'aria nell'unità per evitare una concentrazione critica di idrogeno nel gruppo compressore, che viene garantita anche con l'ausilio di vari dispositivi di misurazione che rilevano eventuali perdite.

Nell'ambito del progetto CNH2 non è stato invece utilizzato il sistema per I/O remoti IS1+ per le zone a rischio di esplosione. "Lo abbiamo utilizzato in altri progetti sviluppati insieme a R. STAHL", riferisce Luis Ángel Ramos, che desidera dare risalto al sistema proprio per le esperienze acquisite in questo campo, dicendosi inoltre molto soddisfatto non solo dei componenti forniti, ma anche della soluzione complessiva ottenuta e dell'assistenza tecnica messa a disposizione da professionisti esperti nella protezione antideflagrante. Per questo motivo, la collaborazione è proseguita anche nei successivi progetti di Hiperbaric dedicati all'idrogeno.

Idrogeno compresso per le automobili…

Nel frattempo, il compressore di idrogeno, comprensivo di tutte le unità di comando e di funzionamento, è stato consegnato al futuro sito operativo in un container standard da 20 piedi. Non appena gli elettrolizzatori entreranno in funzione, la soluzione ad alta pressione a 1000 bar inizierà a comprimere l'idrogeno prodotto in misura sufficiente da poter rifornire 100 serbatoi di auto al giorno. L'idrogeno richiede una compressione inferiore per il rifornimento dei mezzi pesanti. A questo scopo, Hiperbaric offre un modello di compressore che raggiunge i 500 bar. 

…e per l'intera catena del valore

In qualità di primo produttore spagnolo di compressori per l'idrogeno, Hiperbaric beneficerà sicuramente dell'espansione dell'infrastruttura dell'idrogeno entro e oltre i confini spagnoli. Soluzioni di compressione personalizzate per le diverse applicazioni, come quelle che offre Hiperbaric, possono trovare impiego in molti punti della catena del valore dell'idrogeno. In questo modo, l'azienda contribuisce in modo sostanziale alla sostituzione dei combustibili fossili con fonti energetiche sostenibili e verdi, continuando a garantire la sicurezza della tecnologia dell'idrogeno ad alta pressione grazie alla stretta collaborazione con gli esperti nella protezione antideflagrante di R. STAHL.