Auto a Celle di Combustibile a Idrogeno: tutto sui veicoli ad idrogeno

Ecco tutto quello che devi sapere sui veicoli ad idrogeno. Dove sono tutte le auto a idrogeno che ci erano state promesse?
I veicoli alimentati a celle a combustibile sono ancora la via del futuro … se riescono a schivare alcuni grandi ostacoli.

In questo momento, potresti metterti al volante di un’auto che brucia zero combustibili fossili, produce zero inquinamento o gas serra, funziona con la stessa reazione chimica che alimenta i razzi e ottiene il doppio del chilometraggio di una Tesla.

Si chiama veicolo a celle a combustibile a idrogeno, ma a meno che tu non viva in California, potresti non averne mai visto uno per strada.

Oggigiorno, le auto elettriche azionate da batterie sembrano destinate a governare le nostre strade, mentre le auto a idrogeno – una volta tostate come il veicolo del futuro – sono rare e relativamente inedite. Le celle a combustibile in realtà hanno molti vantaggi rispetto alla concorrenza, tra cui più chilometri con un litro e tempi di rifornimento più rapidi.

Ecco cosa devi sapere di un veicolo ad idrogeno o meglio, un’auto a celle di combustibile ad idrogeno:

  1. Come funziona un motore a idrogeno?
  2. I pro e i contro delle auto a idrogeno per gli utenti
  3. Quanto costano le auto a idrogeno e perché?
  4. Quanto è ecologica e sostenibile la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
  5. Quali sono i rischi con le auto a celle a combustibile a idrogeno?
  6. Quale ruolo giocherà in futuro la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
Auto a Celle di Combustibile a Idrogeno: tutto sui veicoli ad idrogeno
Immagine sopra: uno spaccato della Toyota Mirai. una delle prime auto ad idrogeno di larga produzione

1. Come funziona il motore

La prima cosa che dovresti sapere: le auto a idrogeno sono auto elettriche. Tendiamo a pensare ai veicoli elettrici solo in termini di veicoli alimentati a batteria come Teslas, Nissan Leaf e Chevy Bolt, ma nonostante funzionino con un carburante gassoso, le celle a combustibile a idrogeno alimentano effettivamente i loro veicoli con l’elettricità.

“Quando parliamo di auto elettriche, ciò include ibridi plug-in, ibridi, impianto elettrico della batteria, celle a combustibile e qualsiasi altra cosa che potrebbe arrivare in seguito che utilizza ancora un motore elettrico”, afferma Keith Wipke, responsabile del programma di laboratorio per celle a combustibile e tecnologie dell’idrogeno presso il National Renewable Energy Laboratory.

 

Ma una cella a combustibile è molto diversa da una batteria. La gigantesca batteria agli ioni di litio nella pancia di una Tesla Model S immagazzina energia elettrica come tensione attraverso un anodo e un catodo. Una cella a combustibile produce elettricità mediante reazioni elettrochimiche tra un combustibile (tipicamente idrogeno) e l’ossigeno nell’aria. Durante la reazione, l’idrogeno e l’ossigeno si combinano per produrre energia elettrica e vapore acqueo innocuo come sottoprodotto. Se quella reazione chimica iniziale è abbastanza grande, può spostare un intero veicolo.

Questa danza di meccanica e chimica è simile alla reazione idrogeno-ossigeno che alimenta i motori a razzo (potresti ricordarla da The Martian ). In questo caso, l’energia prodotta dalla reazione passa attraverso una cella a combustibile e produce elettricità invece di un’esplosione. In entrambi i casi, viene rilasciata una quantità estrema di energia senza sottoprodotti tossici, che è ciò che rende le celle a combustibile a idrogeno una fonte di energia così grande per i veicoli elettrici.

L’idrogeno stesso può essere prodotto eseguendo questo processo al contrario, che si chiama elettrolisi. Il passaggio di una corrente elettrica attraverso l’acqua separa l’H2O in idrogeno e ossigeno. Più comunemente, tuttavia, l’idrogeno viene prodotto su larga scala dal gas naturale in un processo chiamato reforming vapore-metano , in cui il vapore ad alta temperatura e ad alta pressione viene combinato con il gas naturale per creare idrogeno.

QUESTA DANZA DI MECCANICA E CHIMICA È SIMILE ALLA REAZIONE IDROGENO-OSSIGENO CHE ALIMENTA I MOTORI A RAZZO.

Questo processo produce anidride carbonica, quindi il carburante a idrogeno stesso non è pulito al 100%. Ma si confronta favorevolmente con le emissioni di CO2 legate alle batterie elettriche e ibride, ed è ovviamente migliore di qualsiasi veicolo a combustibili fossili in termini di impatto ambientale.

Lo stato della California impone che almeno il 33 per cento dell’idrogeno che entra nei veicoli deve provenire da fonti rinnovabili, con la speranza di marciare finalmente verso il 100 per cento di energia rinnovabile. Ciò porta i veicoli a celle a combustibile in linea con i componenti elettrici della batteria alimentati dalla rete.

 

2. I pro e i contro delle auto a idrogeno per gli utenti

Mentre le auto elettriche a batteria stanno emergendo, l’industria automobilistica è alle prese con i due principali svantaggi per i conducenti. In primo luogo, possono essere necessarie ore per caricare completamente un veicolo a batteria (se non si ha accesso a un caricabatterie rapido), e in secondo luogo, anche con una batteria piena, la maggior parte delle auto elettriche fatica a percorrere metà della distanza di un’auto convenzionale su un serbatoio pieno di gas.

I veicoli a celle a combustibile non hanno questi problemi. L’idrogeno può essere pompato nel serbatoio del carburante di un veicolo proprio come il gas. Puoi fare il pieno velocemente, come faresti con benzina o diesel. E una volta che ha il serbatoio pieno, un veicolo a celle a combustibile può viaggiare tanto quanto un veicolo a gas. La Toyota Mirai ha la gamma più corta di qualsiasi berlina a celle a combustibile commerciale attualmente sul mercato e percorre 510 chilometri con un serbatoio pieno . È quasi il 50 percento in più di autonomia rispetto al modello base Tesla Model 3 può viaggiare con una singola carica.

3. Quanto costano le auto a idrogeno e perché?

“Se guardi quanta energia scorre effettivamente attraverso la tua mano mentre stai tenendo un distributore a una pompa di benzina, è nell’ordine di 1 o 2 megawatt”, dice Wipke. Confrontalo con i 2 kilowatt, migliaia di volte meno potenti, disponibili in una presa a muro standard. È facile capire perché i tempi di ricarica sono così lunghi per le batterie elettriche.

Il costo di un’auto ad idrogeno è ancora molto alti. La Toyota Mirai, l’auto ad idrogeno di riferimento per il momento, costa sui 60.000 dollari americani.

4. Quanto è ecologica e sostenibile la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?

E’ l’auto più ecologica di sempre. Le sue emissioni di CO2 sono vicine allo zero, anche nella costruzione. l’idrogeno è una sostanza praticamente infinita sulla terra. l’unica difficoltà ( e non di poco conto ) è riuscire ad adattarlo per poterlo sfruttare sulle auto a celle a combustibile.

5. Quali sono i rischi con le auto a celle a combustibile a idrogeno?

Per il momento l’unico rischio reale è di rimanere a piedi. Infatti se in altri posti del mondo ci sono pochissimi punti di rifornimento, a quello che ci è dato sapere in Italia non ce n’è ancora nemmeno uno.

6. Quale ruolo giocherà in futuro la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?

Questa è la parte più interessante di tutta questa storia.

Dato che la materia prima è praticamente infinita e che questa tecnologia ha le stesse capacitùà di un motore a scoppio, si può capire che l’uso è praticamente quello che si faceva con i motori a scoppio: auto, moto, pullmann, camion. navi, aerei.

Praticamente TUTTI I MEZZI DI TRASPORTO POTREBBERO ANDARE A CELLE DI COMBUSTIBILE ALL’IDROGENO.

Per questo motivo questa tecnologia non è solo interessantissima sotto il profilo tecnologico ma anche finanziario. Ci sono aziende che stanno crescendo moltissimo, e questo fa si che investire in idrogeno oggi potrebbe essere una vero modo per diventare ricchi, visto come stanno andando i prezzi delle azioni di idrogeno.

Quando l’America inizierà ad investire nei treni a idrogeno?

“Con l’idrogeno, stai ancora spostando le molecole”, spiega. “Finché hai una pressione sufficiente e percorsi di flusso a bassa resistenza, puoi spingere le molecole dalla stazione all’auto molto rapidamente.”

Una volta che quelle molecole entrano nell’auto, c’è poca differenza tra un veicolo a celle a combustibile e un’auto a batteria. I veicoli a batteria sono famosi per le loro prestazioni incredibilmente elevate: Tesla ha stabilito un record da 0 a 60 con uno nel 2017. Ma secondo Stephen Ellis, manager dei veicoli a celle a combustibile presso American Honda, le auto a celle a combustibile possono reggere il confronto con le auto elettriche.

“Metti abbastanza motore in una [Honda] Clarity e potrebbe battere anche quei record della Tesla”, dice. “Ancora una volta, la cella a combustibile Clarity è un’auto completamente elettrica. Puoi scegliere il tipo di motore elettrico che desideri e applicarlo. Non ci sono barriere lì. ”

Tuttavia, tutti questi vantaggi attualmente hanno un prezzo elevato. Il veicolo a celle a combustibile Clarity di Honda attualmente affitta a quasi il doppio del costo del suo modello di batteria . Fortunatamente, questo include il costo del carburante, che attualmente si aggira intorno ai 14 dollari per chilogrammo di idrogeno. In termini di energia, è l’equivalente di circa 5,60 dollari per un gallone di benzina, cioè 1,48 euro per ogni litro di idrogeno per celle a combustione. Il costo sia del veicolo che del carburante dovrebbe diminuire nel tempo, ma per ora, i vantaggi delle celle a combustibile avranno un prezzo elevato.

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Fare il pieno di idrogeno, ma dove, esattamente?

Ora veniamo al grande ostacolo per i veicoli a celle a combustibile: oggi è quasi impossibile ottenere carburante fuori dalla California. La California Fuel Cell Partnership elenca 40 stazioni di rifornimento di idrogeno attualmente operative, quasi tutte a Los Angeles o nella Bay Area. Se il proprietario di un veicolo a celle a combustibile vuole viaggiare altrove nel paese, è sfortunato.

“I consumatori adorano i veicoli”, afferma Wipke. “La sfida è stata davvero costruire stazioni di rifornimento abbastanza velocemente da tenere il passo con la domanda”.

Sebbene l’industria delle celle a combustibile non soddisfi tale domanda, non è per mancanza di tentativi. L’industria sta aprendo circa una nuova stazione di rifornimento al mese ed è sulla buona strada per raggiungere l’obiettivo di 200 stazioni in California entro il 2025 . Anche così, l’idrogeno rimarrebbe molto indietro rispetto alle circa 8.500 stazioni di servizio attualmente nello stato, così come alle 17.000 stazioni di ricarica elettrica per veicoli a batteria .

Altrove, le infrastrutture per l’idrogeno esistono a malapena nel resto degli Stati Uniti e le auto a celle a combustibile non vengono vendute nella maggior parte degli stati. Ci sono un paio di stazioni di rifornimento a New York e nel Connecticut , ma Wipke afferma che il Nordest è da quattro a cinque anni indietro rispetto alla California. Con la sua densità e il clima politico, il nord-est potrebbe effettivamente essere il luogo per il prossimo boom dell’idrogeno. Ma costruire una rete solida sarebbe più difficile di quanto non fosse in California.

“La sfida è stata che non è solo uno stato, quindi devi coinvolgere un gruppo di più persone che si trovano a proprio agio con la tecnologia”, afferma Wipke. “È un processo più lento.”

Egli stima che ci vorranno ancora anni prima che i veicoli a celle a combustibile diventino un mezzo di trasporto praticabile a New York. Sebbene sia molto indietro rispetto alle infrastrutture ibride ed elettriche, Wipke pensa che le auto a idrogeno possano colmare il divario.

La prossima generazione di auto a idrogeno

“Uno dei motivi per cui [i produttori] di automobili sono così entusiasti dell’idrogeno è che fornisce loro una piattaforma per veicoli a emissioni zero che può effettivamente sostituire ogni singolo veicolo della loro flotta”, afferma. “Se hai un camion o un SUV molto grande con capacità di traino e lungo raggio, sostituire quei veicoli è piuttosto impegnativo con un motore elettrico se non usi l’idrogeno”.

Alcuni di questi veicoli esistono già o sono in fase di sviluppo. General Motors sta effettuando ricerche su un camioncino a celle a combustibile , Hyundai ha introdotto un SUV a celle a combustibile e Toyota ha trascorso gli ultimi tre anni a progettare e testare un trattore-rimorchio a idrogeno . I residenti di Orange County sono stati in grado di guidare un autobus a celle a combustibile fino alla loro destinazione dal 2016 e ci sono 25 autobus di questo tipo che operano in tutto il paese .

Mentre la maggior parte degli americani non ha mai visto un veicolo a celle a combustibile, un giorno vicino a te verrà costruita una stazione di rifornimento di idrogeno. Una volta che diventeranno comuni nel Nordest, le stazioni di rifornimento inizieranno ad espandersi verso l’interno dalle coste, e Wipke ed Ellis stimano entrambi che in pochi decenni le stazioni di rifornimento – e con loro, le auto a idrogeno – saranno praticamente ovunque.

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