Auto elettriche VS auto a idrogeno: un po di chiarezza

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  • di Luca Puliga

Ormai ci siamo, la direzione intrapresa dalle principali case automobilistiche sembra essere sempre più orientata nel proporre nuove gamme di veicoli elettrici.

Questo trend sembra sia oggi diventato piuttosto popolare tanto che nei cataloghi di quasi tutti i produttori di auto è presente almeno un modello a trazione elettrica (o perlomeno ibrida).

Quasi tutti i produttori di auto è presente almeno un modello a trazione elettrica.

Contemporaneamente anche l’infrastruttura di ricarica si sta espandendo molto velocemente arrivando a coprire zone man mano più vaste. Enel e altri provider stanno installando colonnine di ricarica praticamente in tutte le principali città ma anche negli alberghi, nelle aziende e nei centri commerciali imprenditori e privati stanno provvedendo a posizionare dei punti di ricarica personalizzati.

I governi europei che si stanno battendo per fronteggiare i cambiamenti climatici sanno che questi sono dovuti in buona parte alle emissioni di combustibili fossili. Per questo motivo le principali istituzioni offrono una serie di incentivi economici i quali oltre a fronteggiare il surriscaldamento globale si possono anche tradurre in un consistente miglioramento della qualità dell’aria a livello locale.

Le migliori previsioni stimano che in 15 anni il 30% dei veicoli immatricolati in Europa sarà di tipo elettrico. Per raggiungere questi numeri servirà molto lavoro, nel 2016 la media europea era inferiore al 2%. Questo numero va tuttavia contestualizzato: a guidare la classifica c’è la Norvegia con un impressionante 25%, al secondo posto l’Olanda con un 10% e in seguito tutti gli altri Paesi nei quali la presenza è ancora molto bassa (in Italia meno del 0,2% dei veicoli sono elettrici).

 

In parallelo alle vetture elettriche una tecnologia di cui spesso si è sentito parlare e spesso associata alla sostenibilità ambientale riguarda le auto a idrogeno.

Innovative, avveniristiche, visionarie ma cosa sono? Come funzionano? E soprattutto saranno in grado di reggere il confronto con le auto elettriche?

Come funziona un auto a idrogeno: le Fuel Cell.

Prima di avanzare un qualunque confronto con le auto elettriche qui riassumo brevemente il principio di funzionamento di un’auto a idrogeno.

La tecnologia che permette di convertire l’idrogeno in energia è la cella a combustibile (in inglese fuel cells). Questo dispositivo permette di ottenere un flusso di corrente elettrica combinando l’idrogeno con l’ossigeno in un processo elettrochimico.

Di fatto una fuel cell è un reattore elettrochimico in cui i reagenti sono idrogeno e ossigeno e i prodotti sono acqua ed energia

In accordo alle tante applicazioni pratiche in cui queste fuel cells possono essere utilizzate ne esistono di differenti tipologie, ciascuna con le proprie caratteristiche e quindi le relative condizioni di lavoro.

Il principio di funzionamento è lo stesso per tutti i tipi di celle, si ha uno scambio ionico tra due elettrodi (anodo e catodo) e al contempo si genera un passaggio di elettroni, energia elettrica appunto. Sostanzialmente i diversi tipi si differenziano per:

  • il materiale con il quale sono realizzate.
  • il tipo di combustibile utilizzato per far avvenire la reazione.
  • la temperatura operativa alla quale avviene il processo elettrochimico.

In ambito automobilistico vengono adoperate le fuel cell con membrana a scambio protonico(conosciute con l’acronimo PEMFC) proprio per la loro particolare caratteristica di andare a regime ad una temperatura bassa e facilmente realizzabile (circa 60°C).

Gli altri tipi di celle richiedono temperature di funzionamento molto più elevate che possono andare dai 200 fino ai 1000°C quindi non idonee ad essere inserite sotto il sedile di una vettura.

Una automobile a idrogeno che sfrutta questa tecnologia è universalmente conosciuta come Fuel Cells Electric Vehicle (FCEV), ovvero un veicolo dotato di motore elettrico che viene alimentato dall’energia chimica ottenuta mediante la fuel cell.

I veicoli ad idrogeno sono, di fatto, dei veicoli elettrici!

Schematicamente in un FCEV l’idrogeno immagazzinato nei serbatoi in fibra di carbonio viene indirizzato verso la fuel cell nelle quali reagisce a contatto con l’aria (ossigeno) aspirato dall’esterno mediante apposite ventole.

Quando si accelera si invia un segnale alla power control unit, una centralina che gestisce il flusso di H2 e di O2 erogati nella fuel cell e che quindi regola la corrente elettrica di alimentazione per il motore.

Sono presenti poi anche altri equipaggiamenti come ad esempio il sistema per recuperare l’energia durante la decelerazione ed una una batteria che può assistere le celle durante la accelerazione.

L’unico prodotto che viene rilasciato dal processo è acqua la quale viene espulsa attraverso il tubo di scarico.

Oltre agli FCEV esiste un altra tipologia di veicoli che utilizzano l’idrogeno: ci sono particolari motori a combustione interna (HICEV) nei quali si può utilizzare un combustibile ottenuto combinando l’idrogeno alla benzina o al metano.

Non parlerò di questi veicoli in quanto non sono direttamente paragonabili alle auto elettriche ma piuttosto ai veicoli dotati di tradizionale motore termico.

 

Produzione e distribuzione

Ok, abbiamo capito come funziona un’auto a idrogeno, ma come si fa per i rifornimenti?

Ok, abbiamo capito come funziona un’auto a idrogeno, ma come si fa per i rifornimenti?

Tutti sanno che l’idrogeno è l’elemento più presente in natura ma  siccome è sempre legato ad altre sostanze è anche molto complicato isolarlo ed immagazzinarlo in spazi confinati.

Il metodo di produzione di idrogeno puro che viene associato alle energie rinnovabili è l’elettrolisi, un processo chimico in cui facendo passare corrente elettrica nell’acqua si ottiene la scomposizione in ossigeno e idrogeno.

La reale efficienza di questo metodo è molto discussa: dal punto di vista del bilancio energetico infatti consumare energia elettrica per separare l’idrogeno che a sua volta servirà per generare energia elettrica è un processo molto sconveniente.

Tuttavia l’elettrolisi può diventare interessante quando c’è grande disponibilità di energia che per qualche motivo andrebbe dispersa, non a caso una delle più grandi produzioni di idrogeno da elettrolisi al mondo è in corrispondenza di grosse centrali idroelettriche.

Negli impianti idroelettrici è spesso necessario svuotare i bacini anche in assenza di una particolare richiesta energetica l’energia viene utilizzata per ottenere l’elettrolisi e quindi per ottenere notevoli quantità di idrogeno “a gratis”.

Una volta che l’idrogeno è stato prodotto esso viene immagazzinato in appositi contenitori ad alta pressione pronto per essere trasferito nelle stazioni di rifornimento nelle quali sarà possibile riempire i serbatoi dalle FCEV.

Per quanto riguarda lo stoccaggio e il trasporto è risaputo che l’idrogeno è un cliente molto difficile.

L’idrogeno può essere immagazzinato e distribuito direttamante sul posto oppure trasferito alle stazioni di approvigionamento in diversi modi:

  • Specifiche tubazioni ad alta pressione (fino a 1000 bar).
  • Autobotti con serbatoi ad alta pressione.
  • Autobotti criogeniche che trasportano idrogeno liquido (-40°C).

L’intera filiera è molto complessa, le varie fasi sono piuttosto delicate siccome l’idrogeno immagazzinato e trasportato deve essere mantenuto a temperature molto basse e a pressioni molto elevate.

Con queste grandezze in gioco la grande attenzione richiesta si traduce principalmente in una lievitazione del costo di gestione.

source Insideevs.com

Inoltre voglio sottolineare che visti i numerosi numerosi componenti quali condotti ad alta pressione, compressori, valvole, serbatoi di accumulo, autobotti di trasporto, ecc. è evidente che la distribuzione dell’idrogeno rispecchia in maniera molto simile quella dei combustibili fossili (gasdotti e oleodotti).

Fonte: Lega Nerd