Quando si sente parlare di ecosostenibilità e possibili futuri scenari per risolvere il problema dell’inquinamento dovuto alle emissioni di monossido di carbonio nell’industria automotive, le soluzioni più diffuse sono sempre il motore ibrido e quello elettrico. Tuttavia, spesso ci si dimentica di un sistema altamente innovativo e ad energia pulita, nello specifico il motore a idrogeno.
Le macchine a idrogeno per la Commissione Europea
Nel dicembre 2020, l’Unione Europea ha firmato una strategia per ridurre le emissioni generate dai mezzi a motore, non solo per quanto riguarda le automobili, ma anche per altri tipi di trasporti, quali treni e aerei. Nel 2021, l’idrogeno per i trasporti è entrato a far parte della lista dei temi caldi da sviluppare nel prossimo futuro per mirare alla totale decarbonizzazione del settore trasporti in Europa. Il primo step è avere trenta milioni di veicoli a emissioni zero (tra cui ottantamila camion) entro il 2030, per mirare poi alla totale abolizione carbonica entro il 2050. Per i produttori di sistemi di trasporto che vogliono investire in veicoli a celle di idrogeno, soprattutto per i veicoli commerciali, autobus e il trasporto pesante di beni e persone, si vaglieranno opzioni di investimento a tassi vantaggiosi per ciascuno stato membro dell’Unione Europea. Tutto ciò mira a migliorare l’efficienza del sistema energetico delle batterie che, come sappiamo, non hanno un ciclo vitale a lungo termine e rappresentano, ad oggi, il problema più grande della mobilità elettrica ed ecosostenibile. Il motore a idrogeno rappresenta la soluzione, benché complicata e in fase di sviluppo, al problema di efficienza e di ricarica delle batterie. Per di più, questo piano di sviluppo include in futuro anche l’installazione di stazioni di idrogeno in punti strategici in tutta Europa e, conseguentemente, in Italia in quanto membro dell’Unione Europea. Ma come funziona esattamente una macchina a idrogeno?
Il motore a idrogeno
Per una spiegazione corretta del funzionamento del motore a idrogeno, prendiamo come esempio le auto a idrogeno. La funzione base di un veicolo ad idrogeno intesa come macchina a idrogeno è quella di immagazzinare questo gas in bombole ad alta pressione per poi immetterlo in pile a combustibile chiamate fuel cell. Il cuore di una macchina a idrogeno è infatti proprio la fuel cell, perché al suo interno avviene una reazione elettrochimica che genera elettricità ed emette come scarto della semplice acqua distillata. Immaginate, quindi, mentre guidate di vedere la vettura di fronte a voi emettere vapore acqueo dal tubo di scarico al posto di fumi di benzina o gasolio. A pensarci bene, sembra una situazione a dir poco futuristica, ma che è attualmente realtà, anche se in fase sperimentale più che altro. Questa potrebbe essere la normalità di guida del nostro prossimo futuro.
Andando più nel dettaglio del funzionamento di un motore a idrogeno, si può aggiungere che le celle a combustibile (fuel cell) ricevono due flussi in entrata (uno per polo, esattamente come una batteria o un magnete): dal polo negativo l’idrogeno gassoso e dal polo positivo l’ossigeno. All’intero del motore a idrogeno è, inoltre, presente un catalizzatore che permette la separazione degli elettroni dal nucleo e una reazione conseguente che rilascia energia elettrica. Gli elettroni liberi a questo punto, in quanto cariche negative, vengono attirate dal polo positivo e si uniscono per natura agli atomi di ossigeno che, essendo positivi, ricevono la carica negativa (gli elettroni) di cui hanno bisogno per la loro stabilità. Ma cosa succede se si unisce l’idrogeno all’ossigeno in chimica? Semplicemente, si ottiene una reazione chimica il cui prodotto finale è acqua. Quella stessa acqua che verrà poi immessa nell’atmosfera sotto forma di vapore acqueo dal motore a idrogeno.
Al momento, una delle realtà impegnata nello sviluppo di questa tipologia di vettura è Renault che, con la creazione della compagnia Hyvia (nata dalla collaborazione con Plug Power), ha già immesso sul mercato alcune auto a idrogeno, nello specifico diverse versioni di Renault Master, ricaricabili in appena 5 minuti!
È possibile convertire un’auto a idrogeno?
Nonostante online sia facile trovare una serie di annunci (spesso di sistemi “fai da te”) di kit di conversione da auto normale ad auto a idrogeno, la risposta ufficiale e tecnica è no. La complessità del sistema non permette ad oggi di installare un motore a idrogeno in un’auto standard con la stessa facilità con cui invece è possibile installare un impianto GPL o metano.
Pro e contro della macchina a idrogeno
Come è facile intuire, il lato positivo più marcato del motore a idrogeno è legato alla totale assenza di emissioni di CO2, dato che come risultato dalle varie reazioni chimiche di cui abbiamo parlato si ottiene solamente vapore acqueo. Inoltre, grazie all’energia elettrica prodotta dalle fuel cell è possibile ricaricare le batterie del motore elettrico in modo più rapido ed efficiente rispetto a una macchina elettrica plug-in pura e, ormai, sempre più diffusa sul mercato. Per essere più precisi, quindi, si tratta di un sistema ibrido idrogeno-elettrico, dove il cuore del motore a idrogeno serve più che altro per una ricarica delle batterie della parte elettrica più efficiente. Infatti, con un motore a idrogeno è possibile ricaricare le batterie del motore elettrico con un “rifornimento” che può variare tra i 3 e i 5 minuti. Se si considera che, al momento, la ricarica più rapida di una elettrica plug-in è intorno alla mezz’ora, sicuramente è facile intuire la maggior efficienza del sistema motore a idrogeno.
I lati negativi, tuttavia, sono prevalentemente due: il prezzo dell’idrogeno molto elevato rispetto al costo del carburante a cui noi tutti siamo abituati e l’inesistenza o quasi di stazioni a idrogeno in Italia e in Europa. Tutto questo, ovviamente, può essere risolto se realmente l’Unione Europea cominciasse a considerare il motore a idrogeno come vera e propria opzione per la sostenibilità dei trasporti futura. Al momento, grazie ai primi interventi del Governo italiano per far rientrare l’idrogeno nel piano per le infrastrutture dei carburanti alternativi, è possibile vendere veicoli a idrogeno nel Belpaese dalla metà del 2019, ma purtroppo le 25 stazioni a idrogeno previste dal decreto non sono sufficienti per coprire tutto il territorio italiano. Per questa ragione, le auto a idrogeno in Italia non sono praticamente diffuse per la difficoltà di utilizzo dovuta alla mancanza di stazioni a idrogeno che coprono la gran parte del territorio. Altro lato negativo sono i prezzi di mercato dei veicoli a idrogeno che sono, anche in questo caso per la poca diffusione di questo sistema, molto elevati. In Italia, la media di prezzo delle auto a idrogeno si aggira intorno ai 70.000€, il doppio di un’auto ibrida o elettrica a parità di caratteristiche. Queste cifre sono dovute anche al fatto che è necessario il platino nella produzione del catalizzatore per generare il livello di corrente necessaria per il funzionamento del motore a idrogeno. Tuttavia, questo problema è in fase di risoluzione tramite la ricerca del settore che ha già drasticamente ridotto la quantità di platino necessaria per la produzione del catalizzatore.
Volare e prendere il treno con l’idrogeno
Tutto quanto detto riguardo il funzionamento del motore a idrogeno è valido, benché scalato nelle dimensioni e nei numeri, ad aerei e ferrovie.
In particolare, l’utilizzo di idrogeno nel trasporto aereo è sempre più diffuso con Airbus che, nel Settembre 2020, ha annunciato l’intenzione di eliminare del 50% le emissioni di carbonio dai suoi aeromobili entro il 2035 proprio attraverso l’utilizzo di motori a idrogeno. Il progetto chiamato ZEROe permetterebbe entro il 2035 di abbattere le emissioni nel settore dei trasporti responsabile della crescita di emissioni individuali più elevata e rapida.
Anche il trasporto ferroviario sta valutando la possibilità di utilizzare motori a idrogeno per ridurre drasticamente le emissioni di gas climalteranti. Uno dei primi treni di questo genere è il Coradia iLint di Alstom, che utilizza celle a combustibile di idrogeno associate a motori elettrici molto simili a quelli che possiamo trovare sulle auto a idrogeno. Questa macchina a idrogeno è attualmente in fase di test in moltissimi paesi del mondo. Questo treno utilizza le fuel cell per convertire idrogeno e ossigeno presenti nell’aria in elettricità per le batterie dei motori elettrici. L’efficienza di ricarica è talmente elevata che si parla di autonomia di viaggio attorno ai 1000 km, secondo quanto dichiarato dall’azienda. Inoltre, la batteria a bordo è in grado di recuperare energia durante le frenate. Energia sfruttabile per la fase di accelerazione. I treni rappresentano forse uno dei mezzi di trasporto più adatti alla sperimentazione dei motori a idrogeno, in quanto sono già elettrificati da molto tempo e l’integrazione di queste macchine a idrogeno è senz’altro più semplice. Inoltre, questa integrazione non richiede una ristrutturazione delle linee ferroviarie, in quanto i treni a idrogeno possono utilizzare tranquillamente le infrastrutture ferroviarie esistenti.
Insomma, che si tratti di automotive, treni, bus o aerei, sembra sempre più chiaro che il futuro della sostenibilità dei trasporti pubblici e privati vedrà protagonista il motore idrogeno. Dobbiamo solo avere pazienza e confidare nella ricerca scientifica per risolvere i problemi principali legati ai costi e allo stoccaggio dell’idrogeno, per poi avanzare ulteriormente verso un futuro ad energia pulita.