Christian Reinwald, Head of Product Management and Marketing di reichelt elektronik, approfondisce il tema della mobilità a idrogeno analizzandone i principali benefici in termini di sicurezza e sostenibilità, senza tralasciare alcune delle sfide che ne ostacolano la piena adozione.
Autore: Redazione InnovationCity
Il futuro della mobilità a idrogeno apre la strada a soluzioni di guida più sostenibili, sia nel settore industriale che per i consumatori finali. Ma riuscirà ad affermarsi? In questo contributo, a cura di Christian Reinwald, Head of Product Management and Marketing di reichelt elektronik, una panoramica delle azioni necessarie per far sì che l’idrogeno si affermi nell’ambito della mobilità moderna.
"L'idrogeno sta assumendo un ruolo sempre più importante come fonte di energia: il gas combustibile H2 viene immagazzinato ad alta pressione in un serbatoio e reagisce con l'ossigeno in una cella a combustibile, producendo vapore acqueo. L'energia rilasciata nel processo viene convertita in corrente elettrica. Una batteria ricaricabile immagazzina l'elettricità generata e fa funzionare il motore senza causare emissioni nocive per l'ambiente. Ecco spiegato perché la mobilità a idrogeno con celle a combustibile offre un ampio ventaglio di vantaggi, aprendo la strada a interessanti scenari applicativi e progetti di ricerca".
Come spiegato da Reinwald: "L'autonomia dei veicoli a celle a combustibile alimentati a idrogeno è di diverse centinaia di chilometri. È paragonabile all'autonomia dei motori a combustione interna convenzionali e rappresenta quindi una reale alternativa ai veicoli interamente elettrici, soprattutto per i camion e per chi percorre lunghe distanze. L'idrogeno offre dei vantaggi anche in termini di sicurezza: poiché il gas volatile H2 fuoriesce rapidamente, il rischio di incendio in caso di danni al serbatoio è decisamente ridotto rispetto ai motori a combustione interna. La tecnologia dei serbatoi è progredita a tal punto che le perdite dovute alla diffusione e alla fuga non si verificano più se il serbatoio è integro".
Per valutare l'efficienza dei vettori energetici è necessario considerare il concetto di "well-to-wheel": "dall'estrazione del vettore energetico alla conversione in energia cinetica, vengono determinate tutte le emissioni dirette e indirette. In questa analisi well-to-wheel, l'efficienza dei motori a idrogeno è significativamente più elevata di quella dei motori a combustione interna, anche nel caso in cui l'idrogeno derivi dal gas naturale. Se invece viene prodotto tramite un elettrolizzatore e l'energia necessaria per l'elettrolisi proviene da fonti rinnovabili, il veicolo raggiunge la neutralità carbonica. Per i consumatori, ciò si traduce in costi di rifornimento inferiori, che possono variare in base al prezzo dell'idrogeno, siccome a parità di potenza è necessaria una quantità di idrogeno inferiore rispetto alla benzina o al diesel", spiega Reinwald. "Inoltre, prosegue, i veicoli a celle a combustibile possono essere riforniti rapidamente per lunghe distanze senza dover trasportare batterie eccessivamente pesanti. Durante il rifornimento, la pressione aumenta da 220 bar a 700 bar, con un conseguente rifornimento di circa un chilogrammo di idrogeno al minuto. In questo senso, i veicoli a idrogeno sono pratici, facili da usare, sicuri e rappresentano un onere significativamente inferiore per l'ambiente rispetto agli analoghi motori a combustione".
D'altra parte, ci sono alcune sfide che devono ancora essere risolte affinchè la mobilità a idrogeno possa effettivamente affermarsi: "L'idrogeno necessita di essere immagazzinato ad alta pressione, procedura che richiede delle tecnologie complesse e dei costi di produzione elevati. Inoltre, la produzione di idrogeno è molto dispendiosa dal punto di vista energetico, anche se è ecologica, ovvero derivante da fonti di energia rinnovabili come l'energia solare" afferma Reinwald.
L'efficienza well-to-wheel dell'idrogeno, pur essendo migliore di quella dei motori a combustione interna, è peggiore di quella dei veicoli elettrici a batteria: "Ciò significa che i veicoli a celle a combustibile devono generare più elettricità dall'idrogeno per lo stesso chilometraggio di quanta ne debbano immagazzinare i veicoli elettrici a batteria", commenta Reinwald.
Anche dal punto di vista del rifornimento di carburante c’è un margine di miglioramento: "Attualmente, la rete di rifornimento di H2 in Europa è ancora scarsa. Sono solo 163 le stazioni di rifornimento aperte di H2, di cui 92 solo in Germania. I viaggi al di fuori degli agglomerati urbani devono quindi essere ben pianificati. Inoltre, l'idrogeno è molto costoso a causa dell'elevata domanda industriale. Un chilogrammo di idrogeno ha raggiunto i 13,85 euro (da aprile 2023)", spiega Reinwald.
Ci sono già dei casi applicativi promettenti che consentono l’utilizzo di motori a idrogeno. Ulteriori scenari applicativi sono in fase di ricerca e sviluppo nell'ambito di numerosi progetti di ricerca: "Poiché l'idrogeno può essere immagazzinato molto bene e consente lunghe percorrenze, l'azionamento a celle a combustibile è adatto a veicoli commerciali di grandi dimensioni che percorrono regolarmente lunghe distanze, come navi, treni e camion. Ad esempio, il produttore di treni Alstom ha convertito il motore ibrido con batteria e diesel di una locomotiva nella città anseatica di Stendal in un motore a ciclo ibrido con batteria e idrogeno. L'alternativa alle locomotive diesel è particolarmente di interesse per le linee non elettrificate".
Altri progetti di ricerca stanno investigando come migliorare la funzionalità delle navi con le celle a combustibile in modo ecologico e come far volare gli aerei alimentati a idrogeno. Attualmente, il costruttore europeo di aeromobili sta testando e sviluppando un jet a idrogeno ad emissioni zero. Le sfide principali riguarderanno probabilmente l'efficienza energetica, le scie di condensazione che hanno un impatto negativo sul clima e lo stoccaggio dell'idrogeno.
"I vantaggi della mobilità a idrogeno diventano sempre più convincenti man mano che il risparmio di CO2 diventa più redditizio e l'idrogeno verde diventa più economico. Quando i veicoli a idrogeno e a celle a combustibile saranno prodotti in serie, il loro prezzo calerà e verranno quindi accettati con più facilità. Fino ad allora, progetti di ricerca e sviluppo promettenti fanno sperare che le tecnologie di propulsione pulite vengano utilizzate in nuovi scenari", conclude Reinwald .