idrogeno

Anche se sembra fantascienza, la presenza di idrogeno nei veicoli ha una lunga storia. Gli strumenti elettronici dei moduli utilizzati nelle missioni Apollo della NASA erano già alimentati da 3 celle a combustibile a idrogeno più di sessant’anni fa. Oggi puntano a diventare i protagonisti della mobilità urbana. Sia le autorità che i principali marchi di veicoli scommettono sull’idrogeno come alternativa alle auto a batteria e ne prevedono il boom in soli 10 anni.

Celle che sostituiscono le batterie

Come i veicoli elettrici, i veicoli a celle a combustibile utilizzano l’elettricità per alimentare un motore elettrico. In questo caso, l’elettricità viene prodotta per mezzo di una cella a combustibile alimentata a idrogeno, invece di utilizzare l’energia che proviene da una batteria.

Il tipo più comune di cella a combustibile per applicazioni di trasporto è la membrana a scambio protonico, inserita tra un elettrodo positivo (catodo) e un elettrodo negativo (anodo). Il suo funzionamento chimico è spiegato in due tempi. Per cominciare, l’idrogeno viene introdotto all’anodo e l’ossigeno dall’aria viene introdotto al catodo. Le molecole di idrogeno (H₂) vengono scomposte in protoni (H⁺) ed elettroni attraverso una reazione elettrochimica sul catalizzatore (solitamente platino).

I protoni attraversano la membrana fino al catodo e gli elettroni vengono condotti a un circuito esterno per produrre lavoro (che alimenta il motore elettrico dell’auto). Successivamente, protoni, elettroni e molecole di ossigeno si combinano al catodo per generare acqua.

Più efficiente e senza emissioni

I veicoli elettrici alimentati a idrogeno sono molto più efficienti (60%) rispetto ai tradizionali veicoli a combustione interna (20-30%) e non generano emissioni (emettono solo vapore acqueo e aria calda).

Inoltre, questi veicoli non emettono rumore, anche a velocità autostradale, poiché non hanno ingranaggi meccanici o combustione. Hanno anche il vantaggio di consentire un facile ridimensionamento, poiché le celle a combustibile possono essere accumulate per spostarsi da piccoli veicoli ad autobus o camion.

Rifornimento in 4 minuti e 700 km di autonomia

Durante la progettazione del veicolo, il produttore definisce la sua potenza in base alle dimensioni del motore elettrico. Questo motore riceve energia elettrica dalla cella a combustibile e da una batteria. Sebbene la batteria possa teoricamente essere progettata per essere ricaricata collegandola, normalmente viene ricaricata recuperando l’energia di frenata. Questa batteria fornisce energia extra in determinati momenti. Consente inoltre di regolare la potenza fornita dalla cella a combustibile. Ciò rende possibile isolare o spegnere la cella a combustibile quando il fabbisogno energetico è basso.

Oltre al motore elettrico, alla cella a combustibile e alla batteria che recupera l’energia frenante, un’auto elettrica alimentata a idrogeno necessita di una batteria ausiliaria a basso voltaggio per avviare l’auto e alimentare gli accessori del veicolo.

Questi veicoli sono caricati con idrogeno puro, che viene immagazzinato in un serbatoio all’interno del veicolo. Come le tradizionali auto a combustione interna, possono essere rifornite in meno di 4 minuti e hanno un’autonomia di circa 700 km.

Quanto costano le auto a idrogeno ?

Uno dei problemi principali è che questa tecnologia è ancora costosa. Il prezzo di questi veicoli è alto ed è alla portata di poche tasche. Al momento ci sono solo tre modelli di auto a idrogeno prodotti in serie in vendita nel mondo. 

L’infrastruttura per la distribuzione dell’idrogeno è ancora nelle prime fasi di attuazione. Questo idrogeno si ottiene solitamente mediante steam reforming del metano presente nel gas naturale, anche se sarebbe preferibile ottenerlo dall’elettrolisi dell’acqua utilizzando fonti di energia rinnovabile (fotovoltaico solare, eolico, ecc.).

L’idrogeno deve essere compresso (a 700 atmosfere di pressione) in modo che non occupi molto, il che richiede enormi risorse per il suo raffinamento prima di raggiungere l’impianto di idrogeno.

Il tallone d’achille

Proprio qui sta un altro punto debole di questa tecnologia: la difficoltà del rifornimento.

Il prezzo attuale dell’idrogeno è di circa 10 €/kg e il consumo tipico di questi veicoli è di 0,8 kg/100 km. Parliamo di un costo di circa 8/100 km. È inferiore rispetto a un’auto a benzina, ma è comunque superiore al consumo di un’auto elettrica, il cui costo di ricarica domestica è di 1-2 €/100 km. Naturalmente, la ricarica di un’auto elettrica è molto più lenta.

Un altro aspetto di preoccupazione è la sicurezza. L’idrogeno è un gas incolore, inodore, non tossico che si disperde facilmente e ha una temperatura di autoaccensione molto elevata (585 ºC). D’altra parte, ha un’ampia gamma di concentrazioni nell’aria (tra il 4 e il 75% in volume) in cui può verificarsi l’accensione. Tuttavia, la concentrazione di idrogeno al di sopra della quale la miscela è infiammabile è superiore a quella del propano nelle nostre case o dei vapori di benzina.

Inoltre, l’industria della raffinazione ha decenni di esperienza nella sua produzione, trasporto e utilizzo, e le case automobilistiche hanno dedicato molto tempo alla progettazione di serbatoi di idrogeno con una resistenza sufficiente, anche di fronte a potenziali incidenti.

Tutto ciò ci rende ottimisti su un’applicazione a medio termine di questa tecnologia. Ne sono una prova la creazione nel 2007 del Centro Nazionale per la Sperimentazione delle Tecnologie dell’Idrogeno e delle Celle a Combustibile (CNH2) a Puertollano (Ciudad Real) e la recente organizzazione del congresso internazionale H2 Revolution in questa stessa città.

Autore

Rafael Camarillo BlasUniversità di Castilla-La Mancha