AVRA' IL MOTORE A IDROGENO L'AUTO DI DOMANI?

Prosegue l'articolo di NATURE, sul futuro delle auto a idrogeno.


Le automobili convenzionali possono essere convertite all’uso di idrogeno?

Certo, con modifiche solo minori. Pero’ questa non e’ una soluzione sostenibile a lungo termine, perche’ i motori a combustione termica (qualunque sia il carburante) hanno una bassa efficienza.
Per esempio, l’efficienza di conversione (3) di una tipica auto a petrolio in condizioni normali di traffico supera di poco il 10%. Sarebbe molto piu’ efficiente un cosiddetto “power train”, cioe’ una
combinazione di una cella ad idrogeno e di un motore elettrico. La “cella a idrogeno” combina idrogeno ed ossigeno per via elettrochimica e produce corrente. Tuttavia la produzione di un power train economicamente sostenibile si e’ dimostrata una impresa piu’ difficile del previsto.

Come mai?

Per prima cosa le celle ad idrogeno usano materiali catalitici che sono costosi e di vita breve. Cio’ nonostante, alcune compagnie sono riuscite a sviluppare celle ragionevoli, a patto di poterle rifornire con idrogeno a temperatura ambiente e a pressioni non troppo superiori a quella atmosferica. Il grosso problema e’ quindi di realizzare il”serbatoio di idrogeno” da montare sul veicolo, in modo che esso sia in grado di soddisfare questi requisiti. I risultati finora ottenuti non sono all’altezza degli standard imposti dall’US Dept. of Energy e quindi il nuovo governo US ha tagliato i fondi per lo sviluppo del power train dirottandoli sullo sviluppo di batterie adatte ad automobili totalmente elettriche. Ancora piu’ recentemente, pero’, gli standards sono stati abbassati e quindi il finanziameno e’ stato ristabilito.

Quanto Idrogeno e’ necessario imbarcare su una automobile?

Con le tecnologie correnti una efficiente auto a 5 posti pesa 1.2-1.5 tonn. e percorre almeno 500 km con 30-35 litri di benzina/gasolio; essendo la massa combinata di carburante e serbatoio circa 80 kg.
Per fare lo stesso, una auto simile dotata di train-power richiederebbe 5 kg di
idrogeno, ed una a
combustione di idrogeno ne richiederebbe 10. Il problema e’ che 5 kg di idrogeno a tempratura e pressione ambiente (cioe’ le condizioni di utilizzo richieste dalle celle , vedi sopra ) occupano circa 56000 litri. Quindi si deve trovare un modo di restringere questo volume di 1000 volte almeno.

E questo come si puo’ fare?

Comprimendolo, ci vorrebbe una pressione di circa 1000 atmosfere, che porrebbe seri problemi di sicurezza. Liquefacendolo (come si fa nella tecnologia spaziale) servono temperature circa -250 C e quindi tecnologie impegnative anche se non impossibili. Pero’ il processo di liquefazione, da solo, si prende circa il 30% dell’energia chimica dell’idrogeno.

E dunque cosa altro si puo’ fare?

L’idrogeno puo’ essere assorbito o “adsorbito” (=accumulato sulla superficie) in modo reversibile da certi materiali solidi, cosi’ riducendone grandemente il volume. Cio’ puo’ avvenire in due modi. “Physisorption” : le molecole di idrogeno sono adsorbite nelle porosita’ del materiale, senza interagire chimicamente con esso; e “Chemisorption”, le molecole di H (idrogeno) interagiscono col materiale dissociandosi in H atomico che poi si lega chimicamente al materiale. Il primo modo richiede temperature molto basse circa -200 C. ma si spera che certi nuovi materiali possano un giorno renderlo possibile anche a temperatura ambiente. Per ora il secondo modo è più promettente .
Permette di ottenere densita’ molto maggiori di quella dell’H liquido, ma siccome il materiale ospite non e’ per niente leggero , a conti fatti l’H immagazzinato non puo’ superare il 4% (in peso). Al momento, la maggior parte di questi composti non e’ applicabile allo sviluppo di auto a idrogeno, perche’ la loro capacita’ di immagazzinare H e’ troppo piccola oppure perche’ il calore necessario a recuperare H e’ troppo alto. Resta il fatto che la loro capacita’ di riduzione del volume
di H e la loro sicurezza sono impressionanti. Alcuni di essi sono ora usati come elettrodi per batterie come quelle installate sui veicoli ibridi in commercio.

Quando vedremo in commercio veicoli a idrogeno?

Autobus a idrogeno sono gia’ stati introdotti con successo in Giappone e in Germania, e circa 50 prototipi di auto (sia a combustione termica che a cella) sono stati collaudati finora con buoni risultati. Percio’ non sarei sorpreso di vedere in vendita auto a power train entro 5 anni.

Quali sono le altre opzioni per alimentare veicoli?

Dato il loro attuale predominio, i carburanti basati sul petrolio saranno senza dubbio usati ancora per qualche tempo a venire, ma le incertezze riguardo i rifornimenti probabilmente significano che i loro giorni sono contati. Nuovi tipi di batterie ricaricabili innalzeranno il potenziale di mercato di auto completamente elettriche o anche ibride. Si deve tuttavia notare che se la maggior parte dei
proprietari di automobili dovessero convertirsi ad auto interamente elettriche, molti paesi sarebbero costretti a raddoppiare la loro produzione di energia elettrica. Anche la produzione di Idrogeno richiede molta energia elettrica.

In conclusione: quali sono le prospettive per l’idrogeno come carburante?

Auto ad idrogeno sono tecnicamente realizzabili, ma sono economicamente competitive con quelle che usano altre fonti solo nel caso di automobili piccole. Una tendenza dei consumatori verso auto piu’ piccole esiste gia’ e sara’ probabilmente amplificata man mano che i prezzi di auto e combustibili diventano piu’ importanti. Anche lo sviluppo di nuovi dispositivi di sicurezza che agiscono direttamente sul veicolo invece di segnalare allarmi al pilota potrebbe permettere una
significativa riduzione del peso dei mezzi, a vantaggio quindi del carburante idrogeno.
Ma per assicurare il successo le sfide che ci stanno di fronte richiedono pianificazione intelligente e concorso costante a lungo termine dei migliori scienziati ed ingegneri e non la politica “stop-and-go” che sembra attualmente essere adottata dai governi.(4)

L’autore :

Luis Schlapbach e’ alla EMPA: Materials Science & Technology – Dubendorf, CH
e anche al National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan.

note:3- Il rapporto fra il calore prodotto dalla combustione e l’energia meccanica effettivamente trasferita alle ruote (NdT)

4- Si riferisce ai recentissimi dietrofront del governo US menzionati in precedenza (NdT)



Ringraziamo nuovamente il Prof. Italo Guarneri per la traduzione e semplificazione dei contenuti dell'articolo.