Tecnologie energetiche e ambientali

L'idrogeno prodotto con impatto climatico zero è un elemento centrale della transizione energetica globale. Esso può essere utilizzato come materia prima per l'industria, come carburante per le celle a combustibile o come materiale di partenza per vettori energetici sintetici. Il maneggio dell'idrogeno impone tuttavia requisiti severi ai materiali da costruzione metallici. Di conseguenza i materiali devono essere in parte riprogettati e in parte perfezionati, nonché completamente caratterizzati. Infatti l'idrogeno può ridurre la solidità, la duttilità e la vita utile dei metalli non appena si diffonde al loro interno. VDM Metals promuove già oggi approcci tecnologici innovativi per la produzione, l'accumulo, il trasporto e l'utilizzo dell'idrogeno come vettore energetico e come materia prima per carburanti rispettosi del clima. Per la produzione di catodi per l'elettrolisi alcalina, in VDM® Nickel 201 trova impiego nichel puro a forma di nastro. I materiali per alte temperature che hanno già dato buona prova di sé in settori convenzionali, ad es. VDM® Alloy 602 CA, VDM® Alloy 601 o VDM® Alloy 699 XA, trovano molteplici impieghi e finora sono stati usati ad esempio nella produzione di idrogeno grigio. Un ulteriore settore d'impiego interessante per questi materiali potrebbe essere quello delle reazioni Water-Gas-Shift, che da idrogeno e biossido di carbonio producono gas di sintesi che a loro volta, ad esempio per mezzo del processo Fischer-Tropsch, consentono di produrre materie prime importanti per l'industria chimica o anche carburanti sintetici. VDM® Alloy 36 si caratterizza per il basso coefficiente di espansione termica ed è adatto al trasporto e allo stoccaggio di idrogeno liquido.

Il futuro riserva una funzione importante all'idrogeno come vettore energetico. L'ottenimento e l'utilizzo dell'idrogeno rivestono dunque un ruolo decisivo. Anche qui VDM Metals propone materiali idonei ai vari processi. Innanzitutto per l'elettrolisi ad alte temperature: utilizzando corrente e acqua, la corrispondente cella elettrolitica (Solid Oxid Elektrolyzer Cell, SOEC) produce prezioso idrogeno, e lo fa in modo particolarmente rispettoso del clima se impiega corrente ottenuta da fonti rinnovabili. La cella a combustibile a ossido solido (Solid Oxid Fuel Cell, SOFC) compie il percorso contrario: qui la SOFC produce energia elettrica a partire da idrogeno e ossigeno atmosferico. Grazie alle sue dimensioni la cella a combustibile a ossido solido, che ha un rendimento di circa l'85%, è particolarmente adatta all'approvvigionamento energetico decentralizzato di edifici, aziende, stabilimenti commerciali e fabbriche. Di solito può funzionare in modo flessibile con idrogeno, biogas o gas naturale. Con VDM® Crofer 22 H e VDM® Crofer 22 APU, VDM Metals ha sviluppato materiali adatti alle celle a combustibile o elettrolitiche che sono ormai un punto di riferimento mondiale.

Esistono diversi modi di sfruttare il sole per produrre corrente. Un esempio molto diffuso è quello dei pannelli fotovoltaici, che vengono utilizzati per produrre corrente in ambito sia privato che commerciale o industriale. Ma ci sono anche altre possibilità, soprattutto nelle regioni con un irraggiamento solare di più di 3.000 ore all'anno (come il sud della Spagna, l'Africa settentrionale o la California negli USA). In questi casi trovano impiego le centrali termoelettriche solari. Per mezzo di migliaia di specchi, queste centrali concentrano la luce solare su sistemi di tubazioni (ricevitori solari) in cui la radiazione viene assorbita da un fluido termovettore: olio termico, vapore o sale liquido. Attraverso uno scambiatore di calore il vapore acqueo aziona una turbina a vapore con generatore per produrre corrente. Un tipo di centrali CSP sono le centrali solari a torre. Qui gli specchi sono disposti lungo la circonferenza di una torre nel cui punto più alto si trova l'assorbitore. Se si utilizza un sale fuso come mezzo di trasferimento del calore nel sistema di tubazioni, esso può riscaldarsi fino a temperature superiori a 500°C. Sono queste temperature elevate, combinate con sostanze in parte molto corrosive, a richiedere l'impiego di materiali per alte temperature come VDM® Alloy N06230, VDM® Alloy 625 e altri.

I materiali di VDM Metals non vengono utilizzati nelle celle stesse, ma nella produzione di silicio policristallino, il materiale di base delle celle solari policristalline. In questo caso, il materiale di base viene sottoposto a un complesso processo di produzione in cui la temperatura può superare i 1.000 °C.  La costruzione dei reattori corrispondenti richiede sempre più l'uso di materiali ad alta temperatura come VDM® Alloy N08120.

La biomassa può essere utilizzata in forma solida, liquida e gassosa per generare corrente e calore e produrre biocarburanti. Le sue emissioni di CO₂ sono inferiori rispetto a quelle dei combustibili fossili come il carbone o il petrolio. La reimmissione delle sostanze contenute nella biomassa nei circuiti dei materiali impone sfide complesse alla lavorazione e anche agli impianti in cui si svolgono tali processi.  Per cominciare, nel corso del processo si genera gas che può essere utilizzato ad esempio per la produzione di elettricità. Inoltre vengono recuperate risorse preziose come ad esempio il fosforo, che è possibile reimmettere nel circuito della materia prima. Gli impianti richiedono materiali robusti e in grado di resistere al calore, alla pressione e all'ossidazione. Con i numerosi materiali che offre, VDM Metals è il partner ideale per lo sviluppo e il potenziamento di energie alternative. Uno dei procedimenti utilizzati consiste nel recupero dei materiali contenuti nei fanghi residuati mediante riscaldamento della massa umida contenuta nel fluido ipercritico, che viene scisso in gas di sintesi. Mediante questo processo si recuperano tutti gli elementi solidi del fango residuato, come minerali, sali dei metalli pesanti e fosforo. Anche per questo moderno procedimento sono necessari gli speciali materiali di VDM®, tra cui Alloy 602 MCA, dato che qui si raggiungono temperature di più di 600 gradi e pressioni fino a 250 bar.

Spesso si rende necessario condurre le quantità di corrente generate per lunghi percorsi, soprattutto nel caso dei parchi eolici offshore. A causa delle elevate quantità di corrente elettrica, i cavi ad alta tensione si riscaldano e si allentano, un fenomeno conosciuto come sagging. Questo effetto può essere evitato con VDM® Alloy 36 Powerline. Questo materiale ad alto rendimento si caratterizza per l'espansione termica ridotta del fattore 4 a fronte di una maggiore resistenza meccanica, il che consente una maggiore potenza di trasmissione. Per l’alimentazione elettrica questo si traduce in una maggiore capacità della rete elettrica grazie ai cavi aerei ad alto rendimento.

La geotermia o calore geotermico è l'energia termica presente al di sotto della superficie solida della Terra: quanto più profondamente ci si inoltra nella Terra, tanto maggiore è il calore. Esiste tutta una serie di procedimenti e possibilità d'impiego volti a sfruttare il calore geotermico presente in natura.

Per utilizzarlo per produrre corrente si costruiscono centrali geotermiche. Qui l'acqua bollente e sotto pressione presente negli strati caldi profondi, gli acquiferi, viene pompata verso l'alto lungo tubi. Profondità tipiche: da 3.000 a 5.000 metri. Ogni 100 metri la temperatura aumenta di circa tre gradi Celsius. In superficie l'acqua cede il calore a un termovettore che di conseguenza evapora e aziona una turbina con generatore. La composizione degli strati di roccia e le temperature elevate impongono l'impiego di materiali speciali per i lunghi sistemi di tubazione e pompe. I materiali di VDM Metals sembrano fatti apposta per questo scopo, ad esempio VDM® Alloy 625.

I requisiti tecnologici dei materiali ad alto rendimento per le turbine stazionarie sono paragonabili a quelli dell’industria aerospaziale. Anche in questo caso sono necessarie le speciali proprietà delle leghe di nichel, al fine di garantire un controllo sicuro del processo e la massima efficienza possibile delle apparecchiature. VDM® Alloy 617, VDM® Alloy 75 e VDM® Alloy C-263 vengono impiegati per diversi componenti in turbine a gas stazionarie. Tra questi rientrano le camere di combustione, i prelavorati per anelli, componenti di guarnizioni e componenti integrativi, ma anche i settori di passaggio dalla camera di combustione alla turbina.

Per poter ottemperare alle rigide normative dell’OMI, l’Organizzazione Marittima Internazionale, i gas di scarico puliti nella flotta navale sono diventati indispensabili. Gli impianti di lavaggio dei gas di scarico sono una soluzione economica ed ecocompatibile, che elimina l’ossido di zolfo dai gas di scarico delle navi e contribuisce alla pulizia dell’aria e dell’ambiente.

• Qui potete scoprire di più sugli impianti di desolforazione dei fumi.

Le maglie metalliche in leghe di nichel-rame o nichel-manganese fungono da catalizzatori per il trattamento delle acque di scarico e la debatterizzazione. Il loro effetto si ha grazie ai trattamenti superficiali eseguiti dal cliente o solo grazie alla loro composizione di lega.

L'energia nucleare viene spesso considerata una tecnologia transitoria. La sicurezza e l’affidabilità sono la massima priorità nel recupero dell’energia nucleare. Che su tratti di costruzione di impianti, ritrattamento di elementi di combustione o del settore della manutenzione e della riparazione, VDM Metals propone i materiali adatti. VDM® Alloy 690, VDM NeutroShield® o VDM FM 52i® sono materiali che vengono impiegati solitamente nella costruzione di centrali elettriche e nell’ambito del ritrattamento. VDM Metals realizza test e controlli accurati su ogni singolo prodotto, in base ai requisiti del cliente, mediante i quali è possibile testare e garantire il rispetto delle proprietà meccaniche richieste e il rispetto delle proprietà di corrosione richieste. In questo modo l’azienda contribuisce a una produzione sicura e affidabile dell’energia nucleare.