Test di convalida della sicurezza del perossido di idrogeno ad alta concentrazione

Il perossido di idrogeno ad alta concentrazione (HTP) ha applicazioni nell'industria spaziale e missilistica. A causa dell'uso specifico, è richiesta una purezza molto elevata del prodotto. Jakusz SpaceTech Sp. z oo dispone di una linea di produzione che consente la produzione di perossido di idrogeno in concentrazione 98%+ con elevata purezza, conforme ai requisiti dello standard restrittivo MIL-PRF-16005F. Attualmente il perossido di idrogeno è disponibile sul mercato europeo in concentrazione massima di 87%, con purezza che non soddisfa i requisiti della norma. Nell'ambito di un progetto realizzato per l'Agenzia Europea del Fumetto dal titolo: “Test di Validazione della Sicurezza del Perossido di Idrogeno ad Alta Concentrazione”, Jakusz SpaceTech Sp. z oo adotterà misure per consentire l'introduzione del perossido di idrogeno di grado HTP prodotto per la vendita e il trasporto sicuro in Europa. Il progetto prevede un'analisi della normativa sui trasporti, in base alla quale verrà classificato il prodotto e certificato l'imballaggio per il trasporto. Il prossimo passo sarà sviluppare metodi analitici per caratterizzare la composizione chimica dell'HTP prodotto.

Il perossido di idrogeno è una sostanza relativamente stabile ma solo a condizione di elevata purezza e stabilizzazione con composti appropriati. Piccole quantità di impurità possono indurre la decomposizione dell'HTP in acqua e ossigeno. Pertanto, durante il processo di produzione è necessario prestare particolare attenzione e purezza. Per evitare un'eccessiva decomposizione, e conseguentemente una diminuzione della concentrazione di acqua ossigenata, sia durante il trasporto che durante lo stoccaggio, alla soluzione vengono aggiunti opportuni stabilizzanti. Sebbene l'aggiunta di stabilizzanti sia necessaria per mantenere la stabilità desiderata del perossido di idrogeno, la loro quantità non può essere superata per due motivi. In primo luogo, al di sopra di un certo ottimale, si osserva una diminuzione della stabilità dell'HTP e in secondo luogo, e questo è importante nel caso dei motori a razzo, eventuali sostanze aggiuntive possono depositarsi sul catalizzatore provocandone la disattivazione. Tenendo conto di queste premesse, il progetto tenterà di sviluppare una composizione ottimale della miscela stabilizzante che garantisca un'elevata stabilità del perossido di idrogeno.

Il prossimo passo sarà quello di eseguire una serie di test analitici per determinare la composizione chimica del prodotto e per verificare la conformità alla norma MIL-PRF-16005F. La norma specifica i contenuti richiesti dei vari componenti: anioni (cloruri, fosfati, solfati, nitrati), metalli, ione ammonio, carbonio organico totale (TOC) e residuo secco dopo evaporazione della soluzione. Poiché il perossido di idrogeno altamente concentrato è altamente ossidante e corrosivo, in alcuni casi l'analisi diretta non è possibile. I risultati ottenuti potrebbero essere alterati e l'attrezzatura di misura potrebbe essere danneggiata. Per questo motivo sarà necessario sviluppare procedure di preparazione del campione per analisi e procedure di prova applicabili a soluzioni di perossido di idrogeno altamente concentrate. Inoltre, per ogni tipo di analisi, verrà eseguita la verifica della ripetibilità del metodo eseguendo misurazioni quintuplicate. Per raggiungere l'obiettivo dell'analisi degli anioni in soluzioni di perossido di idrogeno, la ricerca si baserà sulla tecnica della cromatografia ionica. Sarà difficile sottoporre i campioni a questa analisi in quanto non possono assolutamente contenere perossido di idrogeno. Gli studi analitici del contenuto di metallo saranno confrontati sulla base di due diversi metodi di preparazione del campione e di due tecniche analitiche: spettrometria di emissione atomica al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-OES) e spettrometria di massa al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS).

Oltre ai suddetti studi analitici, l'ambito del progetto includerà lo sviluppo di procedure per la misurazione delle proprietà fisico-chimiche quali concentrazione, pH, solidi totali disciolti (TDS) e conducibilità. Inoltre, la concentrazione sarà confrontata utilizzando due metodi (calcolo basato sulla densità misurata e il classico metodo di titolazione della determinazione del perossido di idrogeno utilizzando permanganato di potassio).

Nella prossima fase del progetto, il perossido di idrogeno 98%+ sarà classificato nell'ambito dell'Accordo europeo sul trasporto internazionale di merci pericolose su strada (ADR). Durante i test che esaminano le proprietà esplosive (Classe 1 secondo ADR), verrà verificato se l'HTP mostra sensibilità all'onda d'urto e l'effetto dei test di riscaldamento e accensione sotto una chiusura ermetica. Verranno inoltre verificate le proprietà ossidanti e corrosive dell'HTP, nonché la sua temperatura di decomposizione.

La fase finale del progetto è la certificazione degli imballaggi per il trasporto del perossido di idrogeno 98%+. A tal fine, verrà eseguita una valutazione della compatibilità dei materiali di taniche da 5L e 30L in HDPE. Una serie di canister verrà stagionata a contatto con HTP per 6 mesi. L'effetto del contatto con l'HDPE sul perossido di idrogeno sarà studiato rianalizzando la composizione chimica della soluzione. Contestualmente, l'ente di certificazione effettuerà una serie di test per verificare la resistenza dei contenitori agli stimoli meccanici che si verificano durante il trasporto.