Il motore a idrogeno: come funziona un'auto a idrogeno

Il mercato delle automobili alimentate da carburanti convenzionali è destinato a chiudersi a breve, nel giro di un decennio. L’alternativa al momento più percorsa è il passaggio all’elettrico. Ma non è l’unica.

Vedremo come funziona un’auto ad idrogeno, che reazione e che motore monta, come si produce l’energia e come viene trasmessa alle ruote. Vedremo anche pregi e difetti di questo sistema innovativo e i possibili sviluppi nel futuro prossimo.

Che differenza c’è tra elettrico e idrogeno?

Dimentichiamo diesel, benzina e GPL. L’auto del futuro viaggia con l’elettrico. Sì, ma dove facciamo rifornimento di energia elettrica e dove la conserviamo? Tutte le auto elettriche sono dotate di un pacco batterie ricaricabili che conservano e trasmettono l’energia necessaria al veicolo. Le auto elettriche vanno ricaricate di energia elettrica tramite apposite postazioni di ricarica.

Il principio di funzionamento delle auto a idrogeno è diverso: l’energia non viene caricata dall’esterno, ma prodotta direttamente dentro il veicolo. Come? Con delle celle a combustibile e apposite reazioni chimiche pulite per l’ambiente. Così l’auto a idrogeno fa rifornimento (non ricarica) e riempie i serbatoi di idrogeno.

Le componenti tipiche di un veicolo a idrogeno

Un impianto a idrogeno per auto ha bisogno di un serbatoio di idrogeno (con tanto di linea di rifornimento), di un pacco batteria in cui si conserva l’energia prodotta o recuperata, le celle a combustibile, dove avviene la trasformazione dell’idrogeno in energia, più il motore elettrico.

La parte più delicata del sistema è il serbatoio di idrogeno, in quanto il gas viene stoccato a pressioni altissime, tra le 5’000 e le 10’000 atmosfere! In quanto al peso, un pieno è sui 10 kg (più leggero dei carburanti fossili) ma il serbatoio medio pesa tra i 40 kg e i 60 kg, a seconda dei modelli.

Ora che abbiamo visto le componenti essenziali di un auto a idrogeno, come funziona il processo di creazione dell’energia e qual è l’ schema di funzionamento? Vediamo cosa rende questi veicoli tra i più puliti nelle emissioni ambientali.

L’energia derivata dall’idrogeno

In un veicolo con motore ad idrogeno, come funziona la produzione dell’energia? L’idrogeno liquido viene messo in contatto con l’aria circostante e reagisce con l’ossigeno in essa contenuta. Come si sa, la formula dell’acqua comprende due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. La combinazione dei due elementi determina la formazione di molecole d’acqua, che viene espulsa dagli scarichi.

Si può dire quindi che il motore a idrogeno (o meglio, il sistema di produzione di energia basato sull’idrogeno) produce come elemento di scarico dell’acqua pura. Più naturale e ambientalista di così è davvero impossibile! Un effetto collaterale della reazione chimica è la produzione di calore, che mantiene l’acqua allo stato gassoso.

Il motore elettrico nel veicolo ha una funzione di supporto al motore ad idrogeno, recupera l’energia prodotta dalla frenata, utilizzandola di nuovo per dare energia alle ruote, abbattendo il consumo di idrogeno delle celle a combustibile. In un certo senso, è come un veicolo ibrido “mild” in cui il consumo di benzina viene abbattuto dal recupero dell’energia elettrica prodotta dal veicolo in movimento.

Ora che conosciamo le componenti del motore a idrogeno, funzionamento e modalità di rifornimento, cerchiamo di capire quali siano i vantaggi di questa scelta, e anche gli eventuali svantaggi, soprattutto in termini di novità e di costi.

Vantaggi dell’idrogeno

La scelta di un motore a idrogeno, pregi e difetti di un veicolo moderno. Tra i pro possiamo senz’altro mettere al primo posto l’impatto ambientale, che è pari a zero in termini di emissioni. Inoltre, la produzione di energia è completamente silenziosa, quindi non c’è nemmeno inquinamento acustico.

Un altro vantaggio notevole, rispetto in particolare ad alcune auto elettriche, sono i tempi di ricarica. Se l’elettrico richiede varie ore (o almeno mezz’ora per una carica rapida), il serbatoio di idrogeno si può riempire in cinque minuti, poco più di un pieno tradizionale con i carburanti liquidi di origine fossile.

Sempre confrontando l’idrogeno all’elettrico, anche l’autonomia è maggiore, anche se l’elettrico sta velocemente recuperando su questo punto. Un pieno di idrogeno consente di percorrere sui 500-650 km. Infine, l’idrogeno non risente degli sbalzi termici o dei cambiamenti climatici.

Quali sono gli svantaggi?

Tra gli svantaggi, principalmente quello che si tratta di una novità di mercato, quindi i costi dei veicoli sono ancora (troppo) alti e non esiste una rete di ricarica. in Italia, al momento in cui scriviamo, sono presenti solo cinque distributori: Milano (San Donato), Roma (Magliana Nord), Bolzano, Livorno, Mantova e Messina.

Il piano di sviluppo nazionale prevede la creazione di 197 stazioni di rifornimento entro il 2025, di cui 141 per auto e 56 per autobus, più l’idrogeno per i treni.

Un esempio di auto nuovo modello a fuel cell, celle a combustibile di idrogeno è la Toyota Mirai a zero emissioni, autonomia di 650 km il cui prezzo di listino va dai 66’000 € ai 76’000 € a seconda dell’allestimento. Altri modelli sono la Honda Clarity e la Hyundai Nexo.

Al momento molti produttori hanno abbandonato (o ritardato) la produzione di veicoli con celle a idrogeno in quanto lo sviluppo del mercato non ha preso piede con la velocità sperata, forse perché i governi hanno privilegiato la spinta sull’elettrico.

Infine ci sono i costi di produzione. L’idrogeno non si trova allo stato puro e va prodotto. L’idrogeno prodotto a partire da idrocarburi (rieccoli) è chiamato “grigio” ed è il più economico, circa 1,50 € al kg. Questo processo produce anche anidride carbonica ed è quindi inquinante.

Lo stesso processo, ma con stoccaggio sottoterra della CO2, porta alla produzione del cosiddetto idrogeno “blu”, che costa sui 3 € al kg. Nel 2018, il 95% dell’idrogeno industriale era prodotto ancora da idrocarburi. L’alternativa “verde”, l’unica a emissioni zero anche in produzione, avviene per elettrolisi, separando l’idrogeno dall’acqua. L’elettrolisi consuma energia elettrica e porta i costi sui 5-6 € al kg.

Conclusione

I veicoli a idrogeno sono neutri sull’ambiente, zero emissioni, se non un po’ di vapore acqueo. Al momento i costi sono ancora alti e i rifornimenti difficili da trovare, ma lo sviluppo dei prossimi anni porterà anche questa nuova tecnologia più alla portata per tutti, soprattutto per voltare pagina abbandonando i carburanti fossili.