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L’idrogeno come combustibile: un’alternativa ai combustibili fossili?

Al giorno d’oggi diventano sempre più richieste alternative ai combustibili fossili come benzina o diesel. Ciò include anche l’idrogeno, che offre una serie di vantaggi rispetto ai veicoli elettrici a batteria, come la maggiore autonomia e il rapido rifornimento dei veicoli. Tuttavia, c’è ancora molta strada da fare verso i veicoli a idrogeno usati in modo convenzionale.

Mobilità con l’aiuto dell’idrogeno

A prima vista, i veicoli ad alimentazione elettrica sembrano presentare alcuni vantaggi in termini di efficienza rispetto ai veicoli a motore con combustione interna. Ma anche i veicoli elettrici, che stanno diventando sempre più popolari, presentano alcuni svantaggi come il lungo tempo di ricarica e la relativamente corta autonomia.

Se venisse utilizzato l’idrogeno come combustibile, questi svantaggi non esisterebbero più.

L’autonomia è infatti nettamente migliore rispetto a quella dei veicoli elettrici attualmente in commercio. L’unico ostacolo è la scarsa rete di stazioni di rifornimento per veicoli alimentati a idrogeno. Questo fatto è certamente dovuto alla prevalenza ancora bassa di veicoli alimentati a idrogeno.

L’idrogeno come motore per i veicoli commerciali

Un’altra area di applicazione molto importante è il trasporto passeggeri locale, il traffico stradale pesante e persino i veicoli ferroviari, che potrebbero beneficiare in futuro della propulsione a idrogeno.

Esistono già numerosi progetti finanziati a livello regionale, compresi quelli con autobus a idrogeno, che sono molto promettenti. Soprattutto, questo tipo di guida è caratterizzato da un’autonomia relativamente buona e da consumi nettamente inferiori, almeno nel confronto diretto con le classiche varianti diesel.

Anche il campo dei veicoli commerciali pesanti è interessante, dopotutto, i veicoli dotati di un motore a celle a combustibile raggiungono già un’autonomia fino a circa 1000 chilometri.

Tuttavia, c’è ancora molto bisogno di miglioramenti, specialmente nello sviluppo della propulsione a idrogeno e del suo peso. In ogni caso, la trazione alternativa è molto adatta a ridurre notevolmente le emissioni di CO2 e quindi a limitare l’emissione di inquinanti nell’aria.

E-fuel: i tuttofare

I combustibili sintetici sono oggi più richiesti che mai. Alimentano vari modi di trasporto come automobili e camion, autobus, navi e persino aerei. Il vantaggio qui è che vengono generati sempre più sulla base di elettricità verde e sono quindi più rispettosi dell’ambiente e sostenibili rispetto ai combustibili fossili.

Il principio è molto semplice: con l’aiuto dell’elettrolisi, l’idrogeno e l’ossigeno vengono prodotti dall’acqua.

È un pratico sostituto dei combustibili fossili che può essere convertito in diesel sintetico con l’aiuto di sostanze aggiuntive. Il problema è che gli impianti di produzione corrispondenti esistono ancora principalmente sulla carta, almeno per il momento.

Ma i primi sistemi dovrebbero essere realizzati a breve. I combustibili alternativi dovrebbero ridurre significativamente le emissioni di gas serra dovute al traffico in futuro.

Dopotutto, si tratta di diversi milioni di tonnellate di CO2 che dovrebbero e possono essere risparmiate. Tuttavia, resta da vedere fino a che punto la produzione e l’uso di questi combustibili possono essere attuati in modo efficiente.

La produzione di questi combustibili è relativamente costosa e anche in Germania il potenziale è molto limitato. I problemi sono principalmente dovuti ai costi dei combustibili alternativi, che sono nettamente superiori a quelli dei combustibili classici come benzina o gasolio.

Il motore a combustione di idrogeno come alternativa

Un motore a combustione interna alimentato a idrogeno, proprio come un motore a combustione interna convenzionale, converte l’energia contenuta nell’idrogeno direttamente in lavoro meccanico e calore.

La combustione avviene durante la conversione chimica dell’idrogeno e dell’ossigeno, nota anche come reazione ossidrica. La combustione di tali combustibili sotto forma di idrogeno avviene sia in un motore a benzina che in un motore diesel. La funzione differisce significativamente dall’uso dell’idrogeno in un veicolo a celle a combustibile.

La tecnologia non è nuova, i primi motori a idrogeno sono stati sviluppati agli albori delle automobili, e più tardi negli anni ’90 alcuni produttori di veicoli hanno equipaggiato gli autobus con motori a combustione di idrogeno, tra le altre cose.

Anche le auto con una tale spinta sono state costruite in piccoli numeri. Il problema con questi veicoli è lo stoccaggio dell’idrogeno nel veicolo e le perdite a volte relativamente elevate durante il rifornimento.

L’idrogeno deve essere liquefatto o immagazzinato in uno stato molto compresso. Un’alternativa è un legame chimico o fisico con altre sostanze. Tuttavia, si tratta di tipi di archiviazione ancora in fase di sviluppo.

Ma c’è un altro problema. Queste sono le perdite di isolamento che non possono essere completamente evitate. Dopo alcuni giorni, una parte non trascurabile dell’idrogeno può essere evaporata.

E la rete di fornitura?

Se i veicoli devono funzionare con un motore a combustione di idrogeno, sono ovviamente necessarie anche stazioni di rifornimento corrispondenti. Simile ad una stazione di rifornimento convenzionale per benzina o diesel, questa dispone di una o più pompe del carburante attraverso le quali l’idrogeno gassoso raggiunge i serbatoi del veicolo. Sfortunatamente, queste stazioni di servizio sono ancora molto poche e lontane tra loro in Germania e anche in Europa.

In Germania, ad esempio, ci sono attualmente meno di 90 stazioni di rifornimento per l’idrogeno accessibili 24 ore su 24.

Non sembra molto meglio in tutta Europa: nel complesso, c’è anche solo un numero molto limitato di circa 110 stazioni di rifornimento di idrogeno in tutta Europa (a dicembre 2019). Lo stoccaggio dell’idrogeno è un problema molto grande: la fornitura di serbatoi e impianti di rifornimento adeguati comporta costi molto elevati, che hanno già portato all’abbandono di molti progetti.

Dopotutto, il solo rifornimento è una sfida tecnica. Il carburante deve essere compresso ad una pressione fino a 700 bar utilizzando un compressore speciale. A causa dell’alta pressione, il veicolo può essere rifornito in pochi minuti.

Tuttavia, il rifornimento in questo breve tempo non è del tutto privo di problemi, poiché l’enorme pressione nel serbatoio del veicolo genera calore, che a sua volta può danneggiare il serbatoio dell’idrogeno.

La trazione a celle a combustibile per veicoli

Anche i veicoli a celle a combustibile sono in circolazione da diversi anni. Si tratta, in realtà, di veicoli ad alimentazione elettrica, per cui l’elettricità necessaria è generata da una cella a combustibile, per la quale, a sua volta, possono essere utilizzate diverse fonti di energia.

Uno di questi è l’idrogeno, la cui produzione ha naturalmente un impatto sull’equilibrio ecologico. Diversi anni fa, vari produttori di veicoli hanno annunciato che avrebbero iniziato la produzione in serie di vari tipi di veicoli con propulsione a celle a combustibile.

Ora ci sono anche alcuni veicoli che nel frattempo hanno raggiunto la produzione in serie e vengono venduti anche in Germania, tra gli altri.

Un altro campo di applicazione è la costruzione di autobus a celle a combustibile, anch’essi alimentati da energia elettrica generata con l’ausilio di una cella a combustibile.

Tali veicoli funzionano spesso con una batteria motrice come dispositivo di accumulo intermedio, che viene anche utilizzato per immagazzinare energia elettrica dall’energia di frenata. Fino a che punto questi veicoli possono essere utilizzati in modo ecologicamente corretto è discutibile.

Ciò è dovuto da un lato alla produzione di idrogeno, che a volte richiede quantità molto elevate di energia elettrica. Lo stesso vale per lo stoccaggio di combustibili prodotti artificialmente.

L’alimentazione dei mezzi di trasporto con l’ausilio dell’idrogeno

Ci sono numerosi approcci per spingere i trasporti usando l’idrogeno oggi, andando in direzioni diverse. Tutte queste singole procedure presentano vantaggi e svantaggi. Sfortunatamente, la gestione dell’idrogeno in rapida evaporazione non è del tutto priva di problemi e nemmeno priva di rischi.

Inoltre, la rete di stazioni di rifornimento per i veicoli alimentati a idrogeno è ancora relativamente piccola e l’uso dell’idrogeno nei veicoli a celle a combustibile non può essere necessariamente descritto come altamente efficiente.

Resta da vedere quale tipo di azionamento a idrogeno prevarrà in futuro, se si tratta di celle a combustibile, il funzionamento di veicoli con i cosiddetti e-fuel o il motore a combustione interna alimentato a idrogeno.

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