Fatto della stessa sostanza dei sogni

L’idrogeno potrebbe avere un grande futuro come vettore energetico per alimentare le automobili elettriche a celle a combustibile o come carburante per i motori a combustione – su strada, in aria e in acqua.

Guidare un’automobile alimentata ad acqua è sicuramente un progetto allettante, ma resta un’illusione. La stessa idea applicata all’idrogeno lascia invece ben sperare. Il problema: il passaggio dall’acqua all’idrogeno è complesso e ad alto dispendio energetico. Inoltre, il rifornimento e lo stoccaggio nel veicolo non sono privi di problemi.   Il futuro vede però l’idrogeno come un elemento chiave nella propulsione dei vari mezzi di trasporto. Nel mirino degli strateghi dell’energia ci sono fondamentalmente tre direzioni principali: l’idrogeno può essere utilizzato nelle celle a combustibile per generare elettricità per le auto elettriche oppure direttamente nei motori a combustione interna. In aggiunta, può essere utilizzato per produrre carburanti sintetici che consentono il funzionamento a zero emissioni di CO₂ dei motori a benzina e diesel.

Poiché l’idrogeno (H o anche H₂) non esiste allo stato puro in natura, deve essere estratto da un materiale vettore – che richiede sempre dell’energia. Ancora oggi si ottiene quasi esclusivamente da materiali fossili, principalmente dal gas naturale. Attraverso un processo chiamato reazione di reforming con vapore ( steam reforming ), che rilascia anche CO₂, viene prodotto “idrogeno grigio” partendo dal gas naturale (CH4, metano). L’uso di carburante per i veicoli richiede però una significativa riduzione delle emissioni di CO₂ e questo comporta la necessità di produrre “idrogeno verde”. Questo avviene principalmente per elettrolisi, un processo per cui l’acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno mediante energia eolica o solare.

L’idrogeno estremamente leggero ha una densità di energia gravimetrica molto elevata rispetto ai carburanti convenzionali, come la benzina e il diesel, ma solo una bassa densità di energia volumetrica, e questo comporta alcune problematiche per il trasporto e la conservazione a bordo di un veicolo.  Oggi, l’H₂ viene ancora trasportato principalmente su strada. Un camion può trasportare circa 500-1.000 kg di H₂ sotto forma gassosa in un serbatoio pressurizzato. In forma liquida, possono viaggiare circa 4.000 kg di H₂ in un serbatoio criogenico (a circa -253°C). Il trasporto via gasdotto sarebbe la soluzione più efficiente. Negli Stati Uniti e in alcuni paesi europei esiste già una piccola rete di gasdotti. Ma questa rete deve essere notevolmente ampliata, cosa che richiede molto tempo e costi considerevoli.

In futuro l'idrogeno a pressione servirà anche come carburante per i veicoli stradali. Che si tratti di veicoli commerciali o di autovetture private, saranno dotati di celle a combustibile e alimentati da motori elettrici. Oltre ai veicoli stradali, i sistemi a celle a combustibile sono in fase di test anche su treni, navi e aerei. È anche probabile che il motore a combustione H₂ conosca una rinascita: prima nei camion, e poi nelle automobili dei privati.

Attualmente, la gamma di modelli di veicoli a celle a combustibile è ancora marginale. Solo la Hyundai Nexo e la Toyota Mirai sono disponibili di serie, mentre in Giappone e negli USA la Honda commercializza la Clarity. Nel nuovo camion Hyundai Xcient, presto disponibile sulle strade svizzere, a 350 bar sono stoccati 33 kg di H₂. Con il suo motore elettrico da 350 kW e due celle a combustibile da 95 kW, potrà raggiungere un’autonomia di 400 km.

La nuovissima Gumpert Nathalie a due posti non solo promette le prestazioni di un’auto sportiva eccezionale, ma funziona anche con una nuova modalità di stoccaggio dell’idrogeno. Nell’auto sportiva Gumpert, un riformatore supplementare produce l’idrogeno per la cella a combustibile a partire dal metanolo. L’auto può essere rifornita di metanolo in modo convenzionale e l’alcol metilico può essere conservato nel veicolo senza pressione. Tuttavia, se il metanolo non viene prodotto in modo rigenerativo, resta una piccola quantità di CO₂ fossile.

Già negli anni Novanta, l’idrogeno era stato testato nei motori a combustione di BMW, Ford e Mazda, e i giapponesi lo avevano testato anche nel motore rotativo. Oggi, a causa dei rigidi valori di riferimento di CO₂ , l’argomento sta tornando di nuovo di attualità.  Anche i fornitori sono attivi in quest’ottica. Nella sua presentazione per il Simposio Automobilistico di Vienna (rinviato), Stefan Hartung, Amministratore Delegato di Bosch, afferma: “I rendimenti ottenibili della catena cinematica – dal serbatoio agli pneumatici – sono paragonabili a quelli dei sistemi a celle a combustibile del motore a combustione interna H₂.” Bosch e la società di sviluppo tedesca Keyou stanno attualmente sviluppando motori a combustione per veicoli pesanti. Possono essere derivati da motori diesel esistenti e consentono un funzionamento quasi privo di CO₂ . Con emissioni inferiori a 1 grammo di CO₂ per chilometro, un autocarro viene considerato veicolo a emissioni zero (Zero Emission Heavy Duty Vehicle) dalla normativa europea.

Un’esigenza più urgente, che necessita di essere sviluppata, riguarda la rete di stazioni di servizio di H₂. Attualmente, in Europa ci sono meno di 200 stazioni di servizio, di cui solo quattro in Svizzera. Tuttavia, l’imminente introduzione di ulteriori autocarri a celle a combustibile dovrebbe cambiare presto la situazione.

L’idrogeno può essere consegnato e stoccato in forma gassosa alla stazione di rifornimento, oppure prodotto direttamente attraverso l’elettrolisi. Infine, deve essere portato ad una pressione di stoccaggio del serbatoio fino a 1.000 bar. Questo comporta un notevole dispendio di energia per la compressione e il raffreddamento.

Testo: Stephan Hauri