Per raggiungere gli obiettivi della de-carbonizzazione, l’auto a idrogeno è una tecnologia fondamentale per ridurre le emissioni inquinanti.
Il vettore energetico, con un basso impatto ambientale in termini di gas a effetto serra prodotte dal suo utilizzo come combustibile, permette di tracciare un futuro green per la mobilità sostenibile.
Con la politica energetica europea orientata verso la transizione energetica, dalle fonti fossili verso le fonti energetiche rinnovabili, anche il comparto della mobilità deve sviluppare nuove tecnologie di alimentazione.
La de-carbonizzazione, disciplinata in Europa attraverso il Green New Deal europeo, permetterà entro il 2050 di ottenere la neutralità climatica.
Negli ultimi tre decenni, il settore dei trasporti ha prodotto un incremento stimato del trenta percento delle emissioni inquinanti di anidride carbonica.
Solo in Europa il trasporto su gomma influisce per il 71,7% delle emissioni di gas a effetto serra, con la mobilità privata responsabile del 60,6% delle emissioni totali di anidride carbonica.
Sia con la tecnologia Fuel Cell, che utilizza celle a combustibile a idrogeno per garantire la propulsione elettrica, sia con i motori a combustione interna sviluppati per essere alimentati con il vettore energetico green, l’auto a idrogeno garantisce elevata efficienza e basse emissioni inquinanti.
Auto a idrogeno, la tecnologia Fuel Cell
La tecnologia che prevede l’utilizzo delle celle a combustibile a idrogeno, è indicata come Fuel Cell.
Le celle a combustibile sono dispositivi elettro-chimici, in grado di convertire l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica.
La conversione da energia chimica in energia elettrica, al contrario di quanto avviene nei sistemi alimentati con i combustibili fossili, è generata senza reazioni termiche innescate dalla combustione, bensì con reazioni elettrolitiche di ossido-riduzione (redox).
Con un funzionamento molto simile a una batteria, ma con notevoli vantaggi, una cella a combustibile a idrogeno è formata da due elettrodi racchiusi in un elettrolita, realizzato con una membrana elettrolitica polimerica (PEM).
Il principio di funzionamento, comune a tutti i tipi di celle a combustibile, prevede la conversione dell’energia chimica in energia elettrica attraverso una reazione alimentata da idrogeno e ossigeno, con la produzione di acqua e corrente elettrica.
L’idrogeno, stoccato ad alta pressione nei serbatoi, è utilizzato come combustibile mentre l’ossigeno, presente nell’aria, svolge la funzione di comburente per alimentare la reazione elettro-chimica.
Mentre l’ossigeno è immesso nella cella attraverso il catodo, l’idrogeno, è inviato sull’anodo della cella a combustibile e a livello atomico si scinde in protoni ed elettroni.
La membrana elettrolitica consente il passaggio, dal catodo verso l’anodo, solo dei protoni ottenuti dalla scissione atomica dell’idrogeno. Mentre gli elettroni, per raggiungere l’anodo della cella, migrano verso il circuito esterno generando una corrente elettrica.
I protoni e gli elettroni, ottenuti dalla scissione atomica dell’idrogeno, si ricombinano chimicamente con l’ossigeno sull’anodo, formando molecole di acqua.
I vantaggi delle celle a combustibile a idrogeno
Le celle a combustibile a idrogeno sono dispositivi elettro-chimici molto efficienti, che offrono importanti vantaggi sia rispetto ai motori a combustione interna, sia rispetto alle batterie elettro-chimiche.
Attraverso la conversione diretta dell’idrogeno, da energia chimica in energia elettrica, sono eliminate sia le perdite energetiche sotto forma di calore, tipiche delle trasformazioni termiche, sia le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra.
Rispetto a un classico motore a combustione interna, nel quale i prodotti di combustione raggiungono temperature pari a duemilatrecento gradi centigradi, le celle a combustibile lavorano con un intervallo di temperature comprese tra ottanta e mille gradi centigradi, in base alla tipologia di cella utilizzata.
L’evoluzione delle celle a combustibile, ha permesso di realizzare dispositivi elettro-chimici in grado di rendere l’auto a idrogeno una valida alternativa alla mobilità sostenibile con batterie agli ioni di Litio e allo stato solido.
Al contrario delle batterie, che la loro efficienza è influenzata sia dalla percentuale di carica residua sia dal numero di cicli di carica e scarica alle quali sono state sottoposte, le celle a combustibile a idrogeno hanno un’efficienza costante.
Con un’autonomia e tempi di rifornimento del tutto simile a una normale auto con motore termico e senza i vincoli dei lunghi tempi di ricarica delle auto elettriche alimentate con batterie, l’auto a idrogeno offre vantaggi sia in termini energetici sia ambientali.
L’idrogeno per il motore a combustione interna
L’auto alimentata a idrogeno può essere prodotta anche con motori a combustione interna, con l’architettura tipica dei propulsori a benzina.
Uno dei maggiori vantaggi, offerti da questa tecnologia, è dovuto al fatto di poter utilizzare una piattaforma tecnologia molto ben sviluppata e con un’ampia filiera industriale, necessaria per la produzione della componentistica necessaria ai motori termici.
I motori termici, alimentati con idrogeno come combustibile, offrono svantaggi in termini sia di emissioni inquinanti, sia di efficienza energetica.
In primo luogo, le temperature particolarmente elevate che si generano attraverso la combustione dell’idrogeno, sono responsabili della produzione sia di ossido di azoto sia di anidride carbonica.
Ciò influisce negativamente sul rispetto delle normative anti-inquinamento, alle quali il settore dell’auto-motive è sottoposto per raggiungere gli obiettivi imposti dal Green New Deal.
Le temperature elevate che si generano con la combustione dell’idrogeno, provocano dissipazione energetica sotto forma di calore, influendo negativamente sull’efficienza energetica complessiva.
