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Veicoli a Idrogeno
A livello globale circa il 30% delle emissioni di CO2 in atmosfera è causato dai trasporti, del resto responsabili anche per altri tipi di INQUINAMENTO.
Oltre ad agire sull’efficienza dei veicoli tradizionali e a cercare di utilizzare combustibili più puliti, per cercare di limitare l’EFFETTO SERRA appare opportuno sviluppare la tecnologia del veicolo
elettrico e, fra le varie soluzioni, quella più promettente a medio-lungo termine è basata sull’uso dell’idrogeno in veicoli equipaggiati con celle a combustibile.
È per questi motivi che si dedicherà un po’ di attenzione all’approfondimento di questa opportunità.
L’UTILIZZO DELLE CELLE A COMBUSTIBILE NELLA TRAZIONE
L’intervento in questo settore è orientato allo sviluppo sia di motori a combustione interna, sia di motori con celle a combustibile (fig. 1), questi ultimi essenziali per un sistema di trasporto a minimo impatto ambientale.
L’uso delle celle a combustibile per la trazione presenta infatti numerosi vantaggi ma comporta un grosso cambiamento rispetto alla filosofia attuale dei veicoli.
I veicoli con motori a celle a combustibile hanno tutte le caratteristiche (v. riquadro sotto) di un veicolo elettrico, in quanto il sistema di generazione produce CORRENTE continua.
Su questi si troveranno quindi tutti i sistemi di regolazione e controllo della trazione propri dei veicoli a batteria.
Inoltre la presenza di un motore elettrico e di un sistema di accumulo consente il “recupero in frenata”, opzione che, soprattutto in cicli caratterizzati da molte accelerazioni e frenate, come quelli urbani, può portare a notevoli risparmi di combustibile.
Le prestazioni sono paragonabili a quelle dei veicoli tradizionali e l’autonomia dipende ancora una volta dalla tecnologia utilizzata per lo STOCCAGGIO dell’idrogeno ma la maggior EFFICIENZA delle celle a combustibile (circa il doppio dell’equivalente motore convenzionale su cicli urbani, in quanto le celle non sono penalizzate nel funzionamento a potenza ridotta) semplifica un poco questo problema.
La guidabilità è quella dei veicoli elettrici che, come detto, ben si presta soprattutto a cicli urbani caratterizzati da accelerazioni a bassa velocità.
L’impatto ambientale di un veicolo a celle alimentato ad IDROGENO è praticamente nullo, con i gas di scarico che contengono solamente aria e vapor d’acqua.
Le caratteristiche delle celle (modularità, rendimenti elevati anche per dimensioni medio-piccole e per carichi parziali) permettono inoltre la realizzazione di veicoli con taglie anche molto diverse (dalla bici all’auto, all’autobus, alle motrici ferroviarie) con la stessa tecnologia e con caratteristiche di prestazioni, consumi ed impatto ambientale equivalenti.
Nel campo della trazione, dopo i primi prototipi realizzati con tecnologie diverse, il tipo di cella su cui si sono concentrati tutti i costruttori di veicoli è quello ad elettrolita polimerico, che meglio soddisfa i requisiti specifici dell’uso sui veicoli stradali (v. riquadro sotto).
Anche il grado di maturità tecnologica sta crescendo, avendo le maggiori case automobilistiche già realizzato i primi prototipi marcianti, sia di autovetture che di autobus, anche se resta ancora molta strada da fare per iniziare una produzione di serie.
Il fattore chiave su cui occorre focalizzare l’attenzione è rappresentato dalla riduzione dei costi.
Il target per un sistema con celle a combustibile, fissato dai costruttori di veicoli, è dello stesso ordine di grandezza di quello degli odierni motori (50-100 $/kW) ma attualmente il costo di questi ultimi è di gran lunga inferiore a quello degli attuali prototipi di sistemi con celle (5.000-10.000 $/kW).
Data la semplicità costruttiva di queste è facile ipotizzare che, in presenza di produzioni di massa, tali costi potranno essere drasticamente ridotti, almeno per quanto riguarda la manodopera e le lavorazioni meccaniche, ma attualmente il costo dei materiali (particolarmente catalizzatore, elettrodi e membrana) è ancora troppo alto per raggiungere gli obiettivi prefissati.
Comunque tutti i principali costruttori automobilistici hanno in corso ricerche per tentare di abbattere i costi di questi componenti (fig. 2).
QUANDO IL VEICOLO A IDROGENO?
Vi sono diversi impedimenti che si oppongono alla penetrazione del veicolo a IDROGENO e che richiedono uno sforzo notevole per la loro rimozione da parte di tutti i soggetti coinvolti (ed in particolare da parte delle autorità pubbliche) per far sì che la tecnologia si affermi definitivamente su larga scala nel giro di qualche decennio.
Le principali barriere sono tecnologiche, strutturali, economiche, normative, di accettazione sociale.
Tra i problemi tecnologici, il sistema d’accumulo dell’idrogeno a bordo è uno dei più critici in quanto condiziona pesantemente l’autonomia del veicolo rispetto ai concorrenti convenzionali a causa dell’eccessivo peso e ingombro dei serbatoi attuali.
Vanno pertanto intensificati gli sforzi in ricerca, sviluppo e dimostrazione sulle opzioni di STOCCAGGIO praticabili, con l’obiettivo di aumentare la densità energetica sia in volume sia in peso.
Inoltre, il costo di una cella ad elettrolita polimerico, in un sistema di produzione ottimizzato di scala industriale, risulterà molto influenzato dal contenuto di metalli preziosi nel catalizzatore.
È pertanto necessario operare una riduzione del contenuto di platino nei catalizzatori e, in prospettiva, l’utilizzo di nuovi materiali sostitutivi di costo inferiore.
Fra gli ostacoli strutturali si può includere la mancanza di una rete di stazioni di rifornimento: l’avvio della realizzazione delle infrastrutture di DISTRIBUZIONE è un’operazione complessa da attuarsi con i produttori di autoveicoli, sia per l’incertezza sulla redditività dell’investimento, in mancanza di una domanda ben quantificabile, sia per quanto riguarda la scelta delle tecnologie di produzione dell’idrogeno, la fonte da usare, la modalità d’approvvigionamento, la scelta dei siti.
Dovranno essere previste almeno due fasi: una prima, sperimentale, durante la quale l’idrogeno potrà essere fornito da strutture ad hoc predisposte presso i gestori delle flotte ed aperte all’utenza esterna; una seconda, accompagnata necessariamente da incentivi pubblici per coprire le perdite iniziali, in cui la commercializzazione dovrà essere accompagnata, se non preceduta, dalla realizzazione di un numero adeguato di strutture di rifornimento distribuite sul territorio, in modo da non pregiudicarne il successo (figura 3).
I costi di un veicolo a IDROGENO rappresentano un altro handicap con cui confrontarsi.
Dopo la fase prototipale in cui tali mezzi sono comunque fuori mercato, le valutazioni, dopo circa 15 anni dall’avvio della fase di commercializzazione e una volta che siano subentrate economie di scala, oscillano intorno al prezzo di 20.000 US$ per autovettura, superiore di circa 2.000 US$ rispetto alla stima del prezzo di un’autovettura convenzionale equivalente.
Si rendono poi necessari interventi tempestivi mirati all’adeguamento della normativa, strutturata ora sulla tecnologia dei mezzi convenzionali di trasporto, così come sarebbero utili norme incentivanti, che privilegino la circolazione degli autoveicoli a IDROGENO nei centri urbani, in quanto a basso impatto ambientale, o che sopperiscano ad alcune difficoltà di ordine pratico dovute, per esempio, all’incertezza di poter disporre di un conveniente mercato dell’usato per il veicolo, alla difficoltà in alcuni casi di assicurarlo e/o di avere premi di assicurazione confrontabili a quelli dei veicoli convenzionali, ecc.
Infine, a livello psicologico, i cittadini tendono mediamente a privilegiare l’uso delle tecnologie consolidate perché più familiari e quindi percepite più sicure e più vantaggiose.
La penetrazione di una nuova tecnologia quindi dovrà essere accompagnata da una campagna di informazione tendente a ridurre la barriera di accettabilità sociale, attraverso una evidenziazione dei vantaggi connessi alla tecnologia e delle modalità per superare i possibili inconvenienti.
Dovrà rendersi noto, pertanto, che sia la sicurezza sia le prestazioni degli impianti e della tecnologia dell’idrogeno non hanno niente da invidiare rispetto a quelli tradizionali; in particolare anzi, i vantaggi ambientali si presentano indubbiamente superiori.
L’UTENTE, quindi, dovrà sviluppare una sensibilità ecologica più spinta e considerarsi sempre più protagonista nella realizzazione di una società compatibile con la salvaguardia dell’ambiente.
Solo in questo caso l’idrogeno ci potrà realmente dare una mano a mantenere l’aria più pulita e a migliorare la vivibilità del pianeta.
Tratto da ENEA "Idrogeno. Energia del futuro"