Mission aziendale. Know how tecnologico. Descrizione della tecnologia

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1 Mission aziendale MetEnergia si configura come una licensing company il cui scopo è la commercializzazione della proprietà intellettuale sviluppata nel campo dello stoccaggio reversibile di gas. Il mercato di riferimento è quello energetico ed in particolare il settore dell automotive. Pilastro fondamentale del Team aziendale è una consolidata esperienza nella ricerca e nello sviluppo di materiali nano-strutturati che, opportunamente funzionalizzati, permettono l assorbimento reversibile, efficace e sicuro, di differenti tipologie di gas (es. metano, idrogeno, anidride carbonica ecc.) in condizioni di lavoro (pressione e temperatura) prossime a quelle ambientali. Know how tecnologico L attività della società MetEnergia parte da un esperienza decennale del team proponente nello stoccaggio di gas. La tecnologia che proponiamo discende dall esperienza pregressa nello sviluppo di materiali nano strutturati per lo stoccaggio di gas. Questa pregressa esperienza ha portato la sottomissione di un brevetto italiano (data deposito 21 Luglio 2009, n. MI2009A001292, Materiale funzionale nanoporoso per applicazione nell immagazzinamento di gas) che stiamo estendendo a livello internazionale (PCT). La società sviluppa nuova tecnologia per realizzare cluster di brevetti. Il primo prodotto che MetEnergia proteggerà tramite brevetto è il materiale sviluppato per assorbimento reversibile di gas metano. Da questo primo brevetto verrà poi sviluppata una famiglia di soluzioni che proteggeranno i singoli materiali e/o i loro metodi di sintesi e/o di utilizzo a seconda delle specifiche applicazioni. Inoltre verranno protetti tutte le soluzione tecniche specifiche per la realizzazione dei nuovi impianti ad alimentazione a metano che utilizzeranno il materiale prodotto. Descrizione della tecnologia I due metodi di assorbimento di metano più diffuso sono o tramite fase liquida (Liquid Natural Gas - LNG) o tramite fase gassosa (Compressed Natural Gas - CNG). Per poter immagazzinare efficacemente il metano in fase liquida o in fase gassosa è necessario raffreddare il gas fino alla temperatura di -160 C (fase liquida) o comprimere il gas fino a pressione di 220bar. Per entrambe le due soluzioni le bombole, utilizzate per l immagazzinamento del gas, sono molto costose poiché devono essere progettate con particolari criteri di sicurezza per mantenere a bassa temperatura il gas o resistere alle alte

2 pressioni. Inoltre le bombole presentano forme e dimensioni che ne precludono una loro ottimale occupazione dello spazio disponibile all interno degli autoveicoli. Un metodo alternativo per lo stoccaggio del gas è l utilizzo di materiali solidi per l assorbimento (Absorbed Natural Gas ANG). Il chemisorbimento è una tecnica ANG che utilizza legami chimici per l immagazzinamento del metano ma il rilascio del gas non avviene in modo reversibile, cioè bisogna fornire energia al sistema per poter estrarre il gas dal suo interno, e ciò comporta, quindi, un bilancio energetico finale poco favorevole ai fini applicativi. MetEnergia ha prodotto un materiale leggero ed economico, costituito principalmente da strutture di carbonio attivato che si legano alle molecole di gas metano tramite legame di tipo fisico (fisisorbimento). L utilizzo di questo materiale permette di immagazzinare e quindi rilasciare le molecole del gas in modo spontaneo, veloce e reversibile poiché il metano si lega debolmente alla superficie del materiale. La caratteristica principale del prodotto realizzato è l avere un alta superficie specifica attiva (Specific Surface Area - SSA) che permette di ottenere un alto numero di siti di assorbimento di gas. In particolare, il materiale ha una superfice specifica di circa 2000 m 2 /g che consente un fisisorbimento reversibile di gas metano di circa 66 g CH4 /l volume o equivalentemente di circa 100 l CH4 /l volume ad una pressione di 35 bar in condizioni standard di pressione e temperatura (STP). Il materiale è poroso e nanostrutturato (vedi figura 1) ed a seguito di test condotti in laboratorio, risulta molto stabile in qualsiasi condizione di lavoro e non degradabile a seguito dell interazione con il gas e/o con agenti esterni. (a) (b) Figura 1 : Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) del materiale poroso nanostrutturato. (a): immagine su scala da 400 nm, (b) destra: ingrandimento di una zona dell immagine (a).

3 In figura 2 è mostrata una curva tipica di assorbimento/desorbimento del gas metano rappresentata in termini di percentuale in peso (wt%) in funzione della pressione applicata a temperatura ambiente. Si noti l assoluta mancanza di isteresi del materiale Wt% Peq (bar) Figura 2: Curve tipiche di assorbimento (triangoli pieni) e di desorbimento (triangoli vuoti) dell gas metano all interno del materiale nanostrutturato. 60 In figura 3 è riportato il confronto tra la quantità di metano assorbito dal materiale prodotto (curva verde) e quella immagazzinata ad alta pressione in un bombola classica (CNG- Compressed Natural Gas) (curva rossa). Confrontando tali valori, è evidente che la soluzione proposta permette di ottenere un guadagno in termini di stoccaggio pari a 250% in più rispetto alle tecnologie per serbatoi a bassa pressione attualmente esistenti in commercio. Il risultato ottenuto fino ad oggi consente, quindi, di immagazzinare all interno di un serbatoio di 84 litri a pressione di 35 bar, una quantità di metano gassoso pari a circa 5 kg (necessari per percorrere circa 125 Km) contro i soli 2 Kg (necessari per percorrere circa 50Km) che si avrebbero, a parità di volume e pressione, all interno di un serbatoio classico.

4 litri CH4/litro CNG MetEnergia x10 Pressione CH 4 (bar) Figura 3: Confronto tra la quantità di metano assorbita dal materiale prodotto da MetEnergia (curva verde) ed la quantità di metano immagazzinata in un serbatoio classico ad alta pressione (curva rossa) I vantaggi sia diretti che indiretti derivanti ottenuti utilizzando il materiale prodotto sono: Il materiale sviluppato è ecocompatibile, economico e facilmente reperibile sul mercato; la bombola, dovendo resistere a pressioni inferiori a quelli attuali (220bar), può avere forme e dimensioni differenti da quelle classiche permettendo così una ottimizzazione degli spazi all interno dell autovettura; a parità di volume di serbatoio utilizzato, è possibile immagazzinare una maggiore quantità di gas metano con conseguente aumento dell autonomia dell auto. Ciò permette di ottenere, con un pieno di serbatoio, percorrenze chilometriche paragonabili alle macchine a benzina/diesel; il costo del sistema di alimentazione a metano può essere ridotto di circa il 40% (non si utilizzano più i costosi serbatoi ad alta pressione né i riduttori di pressione che incidono, rispettivamente, circa il 40% ed il 20% sul prezzo di vendita del sistema). Ciò comporta che il costo del nuovo sistema di alimentazione a metano è paragonabile a quello di un sistema di alimentazione a gpl; l utilizzo di serbatoi a bassa pressione permette di ridurre il costo di realizzazione e

5 di manutenzione delle stazioni di rifornimento gas metano; l utilizzo di serbatoi a bassa pressione permette di realizzare serbatoi non cilindrici. Questo comporta un significativo vantaggio per l occupazione di spazio nelle autovetture piccole ed apre l opportunità dell utilizzo su grande scala del metano nel mercato dei motocicli; riduzione del rischio di esplosione/incendio in caso di incidente legato all utilizzo di pressioni di gran lunga inferiori all interno del nuovo sistema di stoccaggio/alimentazione. Da quanto espresso, si deduce che i sistemi classici di alimentazione a metano, attualmente installati sulle autovetture, utilizzando il prodotto sviluppato dalla MetEnergia ottengono un notevole abbattimento dei costi oltre ad un vantaggio pratico legato all aumento dell autonomia dell autovettura a parità di volume occupato. Allo stesso tempo, l aumento del numero di autoveicoli a metano riduce l inquinamento ambientale cittadino, visto che il metano, rispetto ai tradizionali combustibili, si caratterizza per un minor impatto ambientale e consente di ridurre notevolmente le emissioni di anidride carbonica (CO 2 ), di monossido di carbonio (CO), di ossidi di azoto (NO x ), di idrocarburi incombusti nonché di polveri sottili (PM 10 ecc.). 2.3 Analisi soluzioni concorrenti Negli ultimi dieci anni c è un enorme sforzo da parte di enti di ricerca pubblici e privati nel cercare soluzioni capaci di poter assorbire in modo efficace ed efficiente il metano o in fase liquido o in fase gassosa. Esistono nella letteratura scientifica vari metodi e tecniche per l assorbimento del metano tramite legame chimico o fisico, ma nessuno di questi è abbastanza stabile, tecnicamente semplice ed economico tale da avvicinarsi al limite di 150 V/V stabilito dal DOE (Department of Energy) per l assorbimento del metano a bassa pressione e temperatura ambiente per applicazioni in automotive. In tabella 4 è riportata le comparazione delle tecniche utilizzate per l assorbimento di metano con la soluzione proposte da MetEnergia:

6 CAPACITA ASSORBIMENTO (V/V) A 40 BAR SERBATOIO TEMPERATURA DI ESERCIZIO COSTO TECNOLOGIA CNG LNG ANG In commercio MetEnergia 40 > pesante Contenitore Cilindrico Leggero e di criogenico con forma non intercapedine cilindrica sottovuoto ambiente Basse ambiente ambiente temperature (- 162 C) alto alto basso basso STAZIONE DI complessa semplificata semplificata RIFORNIMENTO Tabella 4: Tabella di comparazione metodologie di assorbimento metano Esistono, inoltre, dei concorrenti, nel settore automotive, della tecnologia del metano come combustibile. In tabella 5 sono raffigurati i confronti del metano con le soluzioni presenti sul mercato e/o presenti in fase prototipale: METANO BIODIESEL/ VEICOLI VEICOLI AD BIOETANOLO IBRIDI IDROGENO ECO-COMPATIBILE TECNOLOGIA MATURA ECONOMICAMENTE VANTAGGIOSA PROSPETTIVA A BREVE TERMINE PROSPETTIVA A

7 LUNGO TERMINE INFRASTRUTTURE DISPONIBILI Tabella 5: Tabella di comparazione tecnologie alternative all uso del metano in automotive Nel breve periodo l unica alternativa all assorbimento di metano proposto da MetEnergia è il bioetanolo ma la sua produzione, essendo legata alle risorse agricole ed alimentari, ed il suo prezzo è molto oscillante rispetto al petrolio ed al gas metano. Nel lungo periodo, comunque, i potenziali concorrenti delle macchine a gas metano sono: la macchina ibrida in cui uno o più motori elettrici sono accoppiati con un motore a benzina (che agisce come ricarica). Questa tecnologia, però, non rappresenta un vero sostituto delle macchine a metano, in quanto lo stesso motore a combustione a benzina può essere rimpiazzato da un sistema a gas utilizzando il metano come combustibile; la macchina ad idrogeno, che a parere degli analisti di mercato, dovrebbe essere disponibile tra 8-10 anni. Il problema principale per questa tecnologia è che non esiste ancora ad oggi un sistema di stoccaggio efficiente, sicuro ed a basso costo dell idrogeno. L unica soluzione prototipale che è stata adottata in automotive è rendere l idrogeno liquido ad una temperatura di 253 C sotto lo zero. Un altro svantaggio di questa tecnologia e che ad oggi non esistono distributori di idrogeno per autoveicoli. Tuttavia, se in un prossimo futuro saranno disponibili sistemi di rifornimento per l idrogeno, MetEnergia potrà realizzare una variante del prodotto per l immagazzinamento dell idrogeno a pressione e temperature prossime a quelle ambientali.