In che modo le miscele di gas sono essenziali al settore Ricerca & Sviluppo (R&D) per i nuovi carburanti?

Per questa ragione, gli analizzatori sono presenti lungo le diverse fasi di tutta la catena produttiva, durante le fasi di qualifica sui banchi di prova.
Gli analizzatori possono utilizzare diversi gas di strumentazione, gas carrier e, in particolare, miscele di gas specifici di calibrazione.

Stanno emergendo tre tipi di carburante per la mobilità:
 

1. E-fuel;
2. Idrogeno;
3. Ammoniaca.

Allo stesso tempo sono necessari nuovi parametri e criteri di analisi, nonché relativi gas puri e miscele associate.

1. E-fuel

Gli E-fuel costituiscono una nuova famiglia di carburanti, ancora in fase dimostrativa.
Gli E-fuel sono carburanti sintetici, provengono cioè da un processo che consiste nella ricombinazione di una miscela di Monossido di Carbonio (CO) e Idrogeno (H₂) per formare molecole di Idrocarburi (senza processo di distillazione di fluidi pesanti).
Nel caso degli E-fuel, il Monossido di Carbonio non proviene dalla biomassa, ma da una molecola di CO₂ catturata nell'atmosfera o nelle emissioni industriali. L'Idrogeno si ottiene invece mediante elettrolisi dell'acqua, che va a trasformare l'acqua (H₂O) in Ossigeno (O₂) e Idrogeno (H₂).
Per produrre gli E-fuel, è necessario un apporto energetico per far reagire la molecola di CO₂ con l'H₂. Tale energia deve essere a basso contenuto di Carbonio.
Controllo qualità dell'E-fuel: l'analisi dei carburanti diventa una necessità per controllare la natura e la qualità del prodotto, in modo da non danneggiare i motori o i sistemi di iniezione.
Un'analisi della combustione su dinamometro o su strada servirà a convalidare questo nuovo carburante relativamente alle soglie delle impurezze respinte.
Secondo le impurezze ricercate, le tecnologie di analisi possono utilizzare gas di processo (Azoto, Idrogeno, Aria zero, ecc.), gas carrier (Elio, Idrogeno, ecc.) ma anche miscele di calibrazione specifiche per i livelli di impurezze desiderati.

2. Idrogeno

Il recupero di energia per la mobilità avviene a partire dall'Idrogeno (H2) rinnovabile o a basso contenuto di Carbonio precedentemente stoccato, principalmente tramite due modalità:

1. Sotto forma di energia attraverso la combustione diretta con l'Ossigeno (O₂) nei motori a combustione;
2. Sotto forma di elettricità tramite una cella a combustibile (reazione tra Idrogeno e Ossigeno) per alimentare motori elettrici.

Combustione dell'Idrogeno:
Produce essenzialmente acqua, calore, scarti sotto forma di ossidi di Azoto (NOX) e tracce di composto di Carbonio generate dalla combustione dei lubrificanti del motore.
Per ottenere un'altissima efficienza e al contempo bassissime emissioni di NOx, è necessario soprattutto sfruttare le diverse proprietà dell'Idrogeno (come la capacità di bruciare rapidamente in una miscela molto povera, ad esempio).
Analizzare e quantificare gli ossidi di Azoto e i composti di Carbonio è di fondamentale importanza. Per garantire le misurazioni di queste impurezze, è necessario utilizzare miscele di gas specifici con diverse concentrazioni di NOx, CnHm…
Idrogeno per produrre elettricità:
L’Idrogeno viene utilizzato per alimentare una cella a combustibile in presenza di Ossigeno nell'aria, che converte l'energia chimica dell'Idrogeno e dell'Ossigeno in energia elettrica.
L'elettricità che viene prodotta tramite questo processo permette il funzionamento del motore elettrico che muove il veicolo.
La produzione elettrica della cella a combustibile emette vapore acqueo. Nell'ambito dei test di funzionamento e di prestazione, è possibile eseguire ulteriori analisi con soglie o livelli di impurezze residue molto bassi. Anche in questo caso, le tecnologie di analisi richiedono miscele di gas specifiche in funzione degli indici di concentrazione desiderati. 
Qualità dell'Idrogeno per le celle a combustibile:
Le norme relative alla qualità dell’Idrogeno che viene impiegato nelle celle a combustibile sono stabilite da degli organismi di regolamentazione quali l'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) e l'American Society of Mechanical Engineers (ASME).
In Europa, la qualità dell'idrogeno deve essere conforme alla norma ISO 14687-2/EN 17124.
Delle società di servizi specializzate possono effettuare il controllo delle 14 impurezze presenti nell'Idrogeno con soglie di concentrazione massima definite per ciascuna.
I campionamenti devono essere effettuati utilizzando un kit di prelievo dell'Idrogeno presso la stazione (vedere tabella).
 

La somma di tutte le impurezze non deve superare i 300 ppm/mole e il titolo di Idrogeno deve avere un valore minimo di 99,97 (N37).
Per questo, i laboratori di controllo qualità dell'Idrogeno devono dotarsi di analizzatori e miscele associate per le calibrazioni.

Sono stati sviluppati diversi metodi analitici per ottimizzare la qualità dell'analisi dell'Idrogeno. Le tecniche spettroscopiche (GC-MS) e cromatografiche con più rilevatori (FID, TCD, DID) sono quelle che coprono e rilevano il maggior numero di impurezze. Tuttavia, alcuni composti non possono essere analizzati tramite spettroscopia (è il caso di Azoto, Argon ed Elio). È necessario considerare che, sebbene la stessa tecnica possa eseguire l'analisi, potrebbe richiedere più configurazioni o materiali diversi per fornire dei risultati.
Un altro svantaggio risiede nell'analisi degli Idrocarburi, dello Zolfo e dei composti alogenati: si tratta infatti di un’analisi parziale, in quanto viene rilevata solo una parte dei composti di queste famiglie.

3. Ammoniaca

Derivato azotato dell'Idrogeno, l'Ammoniaca è uno dei carrier di energia più promettenti.
Essendo una molecola non carbonata (NH₃), il suo utilizzo in quanto combustibile permette, come nel caso dell’Idrogeno, di evitare l'emissione di CO₂ o CO; inoltre, permette anche di ridurre o rimuovere le particelle di fuliggine.
Per rendere i motori termici più puliti, i prototipi di motori funzionanti ad ammoniaca stanno aumentando sempre più.
Poiché l’Ammoniaca è estremamente corrosiva, per utilizzarla su un motore a benzina o a diesel è necessario rimuovere tutti gli elementi in rame, nichel e gomma per evitare problemi di affidabilità.
L'analisi della combustione su dinamometro o su strada sarà necessaria per convalidare questo nuovo carburante relativamente alle soglie delle impurezze respinte.
Secondo le impurezze ricercate, le tecnologie di analisi possono prevedere l’utilizzo di gas di processo (Azoto, Idrogeno, aria zero, etc.), gas carrier (Elio, Idrogeno, etc.) ma anche miscele di calibrazione specifiche per i livelli di impurezze desiderati. 
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