Sostenibilità ed efficienza delle risorse sono temi importanti, che nessuno può ormai ignorare. Un motivo in più per approfondire l’importanza degli elastomeri (termoindurenti e termoplastici) nelle applicazioni “verdi”, anche in seguito alla fiera K 2025, dove la Rubberstreet rimane un’ottima vetrina della forza innovativa e delle prestazioni di questi materiali polimerici.
di Stefan Albus*
La nostra società si trova ad affrontare sfide completamente nuove a causa del cambiamento climatico. La domanda che ci si pone è: la gomma, un materiale inventato più di 180 anni fa, ha ancora un ruolo da svolgere al giorno d’oggi? Ma certamente!
Ecco, di seguito, diversi esempi di applicazione degli elastomeri nel campo delle energie rinnovabili.
Energia geotermica
Nel settore della geotermia sono spesso richiesti prodotti realizzati con gomme sintetiche particolarmente tecniche, anche perché i pozzi geotermici possono raggiungere profondità da 1000 a 3000 metri. In questo caso si utilizzano, tra l’altro, i packer, ovvero dei manicotti lunghi circa un metro, realizzati in gomma resistente al calore, che possono sigillare una sezione del foro di trivellazione. Le misurazioni di temperatura o di pressione, per esempio, possono essere effettuate nelle aree isolate proprio grazie ai packer.
Per inciso, nei profondi pozzi geotermici, ma anche nel settore petrolifero, sono spesso utilizzati motori dotati di un rotore elicoidale inserito in un alloggiamento statorico il cui interno è rivestito anch’esso in gomma.
Per la produzione dei singoli componenti, in questo settore si usano praticamente tutti i materiali più avanzati: gomma nitrilica (NBR), gomma nitrilica ad alta resistenza (NBR-HR), gomma nitrilica idrogenata (HNBR) e persino fluoroelastomeri estremamente resistenti alle sostanze chimiche, a seconda del profilo di temperatura e dell’aggressività dei fluidi di lavaggio.
Estrazione di gas naturale
A proposito di trivellazioni profonde: il gas naturale è ancora utilizzato come combustibile per la produzione di energia a bassa emissione di CO2 per un periodo transitorio. Attualmente diversi paesi europei acquistano grandi quantità di gas naturale dagli Stati Uniti, estratto per circa l’88% tramite fracking.
Questo procedimento richiede, tra l’altro, tubi flessibili in grado di resistere ai liquidi aggressivi che vengono iniettati nella roccia per estrarre il gas ivi distribuito. Spesso si utilizzano prodotti multistrato, il cui strato interno è costituito proprio da una gomma sintetica resistente agli acidi; per lo strato esterno si utilizzano invece altri tipi di elastomeri, caratterizzati da un’eccellente resistenza all’usura e all’invecchiamento.
Una temuta fonte di pericolo nell’estrazione del gas naturale è il rilascio incontrollato e violento di gas dai serbatoi, noto come blowout. È possibile evitarlo grazie all’aiuto dei cosiddetti blowout preventers (BOP), ovvero guarnizioni in gomma che resistono bene al contatto con l’idrogeno solforato e i fluidi corrosivi e abrasivi. Tali guarnizioni sono molto costose, per cui gli acquirenti pretendono che siano anche durature. Spesso si ricorre quindi all’HNBR.
Biogas
Nel 2021, circa il 9% della superficie agricola totale della Germania è stato utilizzato per la produzione di materie prime rinnovabili per la produzione di biogas. Quest’ultimo non contiene solo metano, ma anche componenti corrosivi come l’idrogeno solforato e l’ammoniaca. Per questo motivo, negli impianti di biogas si utilizzano membrane realizzate con gomme EPDM (etilene-propilene diene monomero), che però competono con le membrane in tessuto di poliestere rivestito di PVC. Entrambi i materiali presentano vantaggi e svantaggi in questa applicazione, ma l’EPDM è leggermente più flessibile e facile da riciclare.
Economia dell’idrogeno
Mentre i compiti descritti finora per i componenti in gomma high-tech possono ancora essere svolti da soluzioni piuttosto “classiche”, le cose diventano davvero difficili con l’idrogeno. Questo gas diventa liquido sotto pressione atmosferica solo a temperature estremamente basse. Pertanto, le guarnizioni per le applicazioni dell’idrogeno dovrebbero essere progettate per un ampio spettro di temperature (da -40°C a oltre 80°C) e per resistere a pressioni elevate.
Le molecole non polari di H2 possono però passare attraverso le guarnizioni convenzionali e danneggiarle. Se l’idrogeno si deposita gradualmente nel materiale delle guarnizioni, può addirittura verificarsi una decompressione esplosiva che può distruggere la guarnizione. Eppure, questi materiali sono urgentemente richiesti dall’industria dell’idrogeno: nelle valvole o nelle membrane per l’elettrolisi, in serbatoi e tubi per il trasporto e, naturalmente, nelle celle a combustibile.
In effetti, guarnizioni in gomma veramente efficaci e resistenti all’H2 sono ancora oggetto di ricerca. È però possibile che una combinazione intelligente di tipologie a tenuta di gas e di riempitivi che ostacolano il rigonfiamento e la permeazione dell’idrogeno possa ottenere grandi risultati. Come elastomeri di base si possono utilizzare le gomme butiliche o fluorurate, che sono già relativamente impermeabili ai gas per loro natura; additivi come i silicati stratificati, o la grafite, possono contribuire a ridurre ulteriormente la permeazione dei gas.
Per semplificare il trasporto dell’idrogeno, recentemente sono stati presi in considerazione vettori alternativi, come ad esempio l’ammoniaca (NH3), che è gassosa a temperatura ambiente ed è più facile da liquefare e stoccare. Anche in questo caso sono richieste gomme ad alte prestazioni, resistenti alle basse temperature e alle basi.
Naturalmente, l’idrogeno è già molto utilizzato nelle celle a combustibile; tuttavia, non esiste una guarnizione per eccellenza da utilizzare a tal fine.
Energia eolica
Oggi, con diametri rotore da 150 a oltre 220 metri, le moderne pale eoliche possono raggiungere potenze nominali di oltre 10 MW. Soprattutto in mare aperto, le radiazioni UV, l’ozono, l’acqua salata e le temperature fluttuanti richiedono prestazioni elevate ai materiali elastici utilizzati.
Inoltre, sono necessarie le migliori proprietà ignifughe, perché una volta che una nacelle (contenitore del generatore, detto anche navicella o gondola, ndr) prende fuoco è praticamente impossibile estinguere l’incendio. In queste nacelle sono necessari componenti per il disaccoppiamento delle vibrazioni e il posizionamento elastico del generatore. I tamponi in gomma, per esempio, si adattano perfettamente ai collegamenti tra le pale del rotore e il mozzo; in questa posizione assorbono forze e vibrazioni, contribuendo a ridurre al minimo le vibrazioni e a smorzare il rumore.
È difficile che la gomma naturale sia presente tra le diverse centinaia di chili di materiali elastomerici utilizzati nelle turbine eoliche, se non altro per la sua scarsa resistenza agli agenti atmosferici e all’ozono. La gomma nitrilica è spesso utilizzata per gli alberi rotanti in gomma piena. Nelle guarnizioni per alberi radiali, ad esempio, si trova spesso l’HNBR resistente all’ozono, che è in grado di sopportare temperature fino a 170°C per brevi periodi. Con un adeguato rinforzo, può essere utilizzata anche in cuscinetti di grande diametro e persino in quelli lubrificati a grasso, grazie alla sua resistenza agli oli.
I cavi che trasportano l’elettricità dalle turbine eoliche offshore possono scaldarsi molto. Per questo sono richiesti elastomeri resistenti alle alte temperature, ad esempio EPDM o HNBR.
Non si deve poi dimenticare che i profili in gomma siliconica, butilica o EPDM sono utilizzati anche per produrre i rotori stessi, come “contorno” agli elementi rinforzati con fibre di vetro.
Pannelli solari
Naturalmente, gli impianti solari necessitano anch’essi di guarnizioni che mantengano i moduli in posizione e garantiscano l’impenetrabilità della pioggia. Per esempio, le guarnizioni verticali che separano i diversi moduli fotovoltaici sono realizzate in gomma siliconica o in EPDM resistente agli agenti atmosferici. Solitamente, le guarnizioni centrali sono invece prodotte con materiali differenti.
I moduli solari sono spesso incapsulati tra due pellicole di etilenvinilacetato (EVA); quando il film si scioglie, racchiude perfettamente le celle. L’EVA è estremamente trasparente, resistente agli agenti atmosferici e ha un’ampia finestra di lavorazione; sebbene non sia un elastomero classico, può certamente essere considerato un “simil-elastomero” a seconda del contenuto di acetato di vinile. Attualmente si propone anche di sostituire l’EVA di origine fossile con varianti contenenti un’alta percentuale di “etilene da canna da zucchero” (bio-based).
Per evitare che i pannelli solari scivolino sui tetti piani oggi di moda, gli installatori preferiscono utilizzare tappetini in EPDM: consentono un maggiore grip sulle superfici scivolose e impediscono ai moduli di spostarsi.
E già che parliamo di edifici, anche le pompe di calore non possono fare a meno della gomma. In questo caso sono richiesti soprattutto guarnizioni e tubi (resistenti agli agenti atmosferici), sufficientemente flessibili anche a basse temperature, così come tappeti in gomma antivibrazioni che riducono appunto le vibrazioni indesiderate prodotte dai macchinari.
La gomma è quindi tutt’altro che un materiale obsoleto. Senza gli elastomeri la transizione energetica e la lotta al cambiamento climatico non sarebbero pensabili.
In occasione della fiera K 2025, la Rubberstreet (a cura dell’associazione WdK) si è dimostrata ancora una volta un ottimo punto di riferimento e fonte d’orientamento per tutti coloro che desiderano saperne di più sugli elastomeri termoindurenti e termoplastici.
