A Spinoff a Day – Nastro che rileva fuoriuscite di idrogeno

L’idrogeno liquido è il combustibile più utilizzato per dare propulsione agli stadi superiori dei razzi perché, ad oggi, il più efficace.

Imbrigliare quell’energia richiede un grande know-how tecnologico: da un lato conservare l’idrogeno nella sua forma liquida significa mantenerlo ad una temperatura inferiore ai -253°C isolandolo da fonti di calore esterne durante il lancio per evitarne l’evaporazione, dall’altro il rischio di perdite è sempre presente. Date le caratteristiche dei suoi atomi, i più leggeri della tavola periodica, l’idrogeno tende a fuoriuscire dalle fessure più piccole, e la sua alta infiammabilità lo rende pericoloso. Pertanto rilevare le perdite è una priorità e allo steso tempo una sfida perché il gas, e la fiamma emessa, sono inodore e incolore.

Tenuto conto di questo, immaginiamo le difficoltà di chi deve monitorare le eventuali falle nei chilometri di tubi che lo trasportano dalla cisterna al pad di lancio. Nell’era Apollo per rilevare la presenza di una fiamma gli addetti camminavano vicino alle condutture tenendo una scopa di saggina con le setole in alto e verificando che non bruciassero. Più tardi, negli anni ’80-’90, si utilizzavano sensori di radiazione ultravioletta o rilevatori di gas, ma anche questi strumenti non riuscivano ad identificare la posizione precisa della perdita. NASA necessitava di strumentazione più all’avanguardia, perciò la Divisione per lo studio dei Materiali fu incaricata dal Kennedy Space Center di trovare un metodo che permettesse agli operatori di verificare le perdite di idrogeno in modo rapido e chiaro.

Il gruppo di ricerca, che comprendeva anche l’Università e il Centro per l’Energia Solare della Florida, lavorò su un brevetto giapponese che sfruttava le caratteristiche cromatiche degli ossidi di palladio e di titanio, sostanze che modificano la loro colorazione in presenza di idrogeno. Una polvere appositamente studiata allo scopo venne testata su un nastro adesivo ottimizzato per ambienti criogenici, ignifugo e resistente agli agenti atmosferici. Il materiale fu usato sulle varie linee di trasferimento dell’idrogeno e su celle a combustibile, e dimostrò il suo potenziale al momento del lancio di STS-118 nel 2007. Con lo Space Shuttle Endeavour già posizionato sul pad, i sensori standard rilevarono la presenza di idrogeno e il nastro mise in luce l’esatto punto della falla.

Dopo la fine del programma Shuttle il nuovo prodotto venne immesso sul mercato con il nome di Intellipigment dall’azienda HySense Technology LLC. L’idrogeno è un componente chiave in diversi ambiti industriali: nelle raffinerie di petrolio si usa per trasformare la materia grezza in gasolio e diesel, viene mescolato all’argon per la saldatura dell’acciaio inossidabile ed è un ingrediente base per la creazione di ammoniaca per i fertilizzanti. La necessità di monitorare eventuali falle di questo gas molto reattivo ed infiammabile è dunque all’ordine del giorno in molti settori.

Nell’esempio di STS-118 abbiamo però visto che i sensori tradizionali non vengono completamente sostituiti, il nastro può essere applicato in seguito all’allarme di un rilevatore di gas, e l’esatta zona della fuoriuscita sarà quindi immediatamente visibile nel punto in cui l’adesivo cambierà tonalità da beige a nero. La velocità di reazione è direttamente proporzionale alla percentuale di idrogeno: il processo avviene in 10 secondi se la perdita è costituita solamente da questo elemento e aumenta fino ad un massimo di 3 minuti per una percentuale di idrogeno dell’1%.

Il nastro adesivo che rileva le fuoriuscite di idrogeno ©NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito dell’azienda HySense Technology [ENG]

Video del funzionamento di Intellipigment