Rubrica: The expert on the salmon
Titolo o argomento: Auto a idrogeno
La battaglia dell’automotive ecologico
Quello che molti non sanno
L’idrogeno, il più semplice dei carburanti esistenti al mondo (H2), sembra ormai pronto a sbarcare nel mondo dei mezzi di trasporto commerciali. Esistono due tipi di motore, attualmente in fase di sviluppo, utilizzanti l’idrogeno come combustibile:
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Motori a scoppio che utilizzano una miscela di benzina + idrogeno.
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Le celle a combustibile.
La miscela benzina (o metano) + idrogeno semplicemente arricchisce il normale carburante per auto con una percentuale variabile di idrogeno, permettendo di diminuire le emissioni del veicolo (l’idrogeno non emette direttamente CO2) e allo stesso tempo tenere sotto controllo la combustione in camera di scoppio. La percentuale di idrogeno della miscela è limitata per via del basso rendimento dell’idrogeno puro in camera di combustione.
Per migliorare tale valore di rendimento, con il tempo si è passato dal motore tradizionale ad un motore elettrico. La famosa cella a combustibile, altro non è che un generatore elettrico alimentato direttamente a idrogeno ed aria, senza bisogno di combustione termica.
A livello pratico, l’efficienza termodinamica di una pila a combustibile si aggira attorno al 70%, questo significa che è possibile liberare solo il 70% dell’energia contenuta chimicamente nell’idrogeno, mentre il restante 30% viene irrimediabilmente persa.
Questa piccola introduzione ci porta al principale problema dell’idrogeno (ed in generale dell’elettricità) nel trasporto: l’idrogeno non è una fonte di energia. L’idrogeno a differenza della benzina è solo un vettore, ovvero un mezzo per trasportare energia da un posto a un altro. Infatti se finora il costo della benzina era determinato dall’estrazione del petrolio e dalla sua raffinazione, ora si calcolerà il costo dell’idrogeno esattamente come il costo dell’energia elettrica, ovvero in base al costo della fonte utilizzata per produrlo.
Lasciando da una parte la teoria sull’idrogeno e sui suoi vantaggi/svantaggi, vediamo come si stanno muovendo le principali case produttuttrici di automobili in questo contesto.
GM
A Torino è stato presentato HydroGen4, il primo veicolo elettrico a celle combustibili a idrogeno. La Regione Piemonte investirà circa 10 milioni di euro per la costruzione di distributori di idrogeno sull’autostrada Torino-Milano e per la produzione di vetture prova. E’ una buona notizia, e dimostra come solo il connubio pubblico-privato potrà contrastare la dipendenza del petrolio.
Mazda
La casa giapponese lotta controcorrente e concentra il lavoro dei propri ingegneri sulla Mazda RX-8 Hydrogen RE, rimodellando il tanto amato motore Wankel per funzionare a inizione diretta di idrogeno. La seconda generazione di questa vettura, già in vendita in Europa, è dotata di 109 CV (80 kW), ha 100 km di autonomia con l’idrogeno e 45 km con la benzina. L’idea è che il serbatoio di benzina sia di emergenza, come in tutti i motori bi-fuel.
Hyundai
Il gruppo Hyundai ha annunciato un investimento di più di 2,25 miliardi di euro destinato allo sviluppo delle auto ecologiche, confermando l’obiettivo di diventare entro il 2012 uno dei primi quattro costruttori di veicoli a basse emissioni al mondo. E’ una somma esorbitante, che al momento attuale ha già fruttato una concept, la i-Blue.
Toyota
Ha sviluppato un SUV a idrogeno (Highlander FCHV), che è stato testato su un percorso di oltre 400 miglia in condizioni reali. Come conclusione di questi test, la Toyota ha presentato un documento sulla reale possibilità di introduzione di un veicolo completamente alimentato ad idrogeno. Non dimentichiamo che la Toyota ha puntato moltissimo sull’ibrido, e sembra voler continuare su questo percorso, almeno fino a che le infrastrutture per l’elettrico/idrogeno non saranno completate.
BMW
Equipaggiata con il motore è il V12 di 6.0 litri della “760i”, depotenziato e portato a 260 CV e 390 Nm di coppia a 4300 giri, la “Hydrogen 7” dovrebbe raggiungere i 100 km/h con partenza da fermo in meno di 10 secondi e toccare i 230 km/h di velocità (limitata elettronicamente). La vettura ha due serbatoi: 74 litri di benzina e 8 chilogrammi di idrogeno (mantenuto liquido a una temperatura di -250°) che, secondo la Casa, garantiscono rispettivamente 500 e 200 chilometri di autonomia; quando uno rimane vuoto, il sistema passa automaticamente all’altro. Visto che viaggiando a idrogeno l’auto ha minime emissioni inquinanti, speriamo che presto il più grande diventi inutile.
Di seguito i principali punti aperti riguardo le due tecnologie, tanto per Toyota come per il resto dei costruttori:
Celle a combustibile
- Costi: alti, ma in linea con gli obiettivi per l’introduzione commerciale.
- Durabilità: in miglioramento, ancora insufficiente per l’uso abituale.
- Autonomia e partenza a freddo: Risolto.
- Infrastruttura: punto dolente, la redditività non è chiara, sussidi pubblici inizialmente necessari.
PHEV/BEV
Plug-in ibrido elettrico/Elettrico a batteria
- Costo Batterie: alto sulla base dei kW-hr. Riduzioni significative difficili con tecnologia a ioni di litio.
- Durabilità: non provata per il raggiungimento degli obiettivi di costo e dimensioni.
- Densità di potenza/energia: bassa. Miglioramenti limitati.
- Performance a basse temperature: bassa. Miglioramenti limitati.
- Ricarica: Residenziale (~50%) e poche stazioni pubbliche.
Prendendo in considerazione questo studio della Toyota (si può scaricare qui la presentazione) possiamo concludere che c’è ancora molta strada da percorrere prima che il petrolio venga definitivamente sostituito. Il principale problema restano le infrastrutture, c’è bisogno di molta sperimentazione, investimenti e di standard internazionali. Questo collo di bottiglia ritarderà senza dubbio l’introduzione dei veicoli elettrici/idrogeno nel trasporto di massa. Anche in questo caso sono gli interessi di potere/economici del pianeta a frenare il progresso tecnologico.
Davide vorrei ringraziarti ancora una volta per il tuo contributo non da poco. Con tutta la passione possibile immaginabile per i motori, devo ammettere che non sapevo molte cose tra quelle che ci hai descritto nei tuoi ultimi due articoli di vetture ecologiche. Ancora una volta evitare un comportamento saccente si è rivelata una scelta vincente che ci ha portato ad una splendida collaborazione 😀
Spesso in altre situazioni di lavoro o altri siti vi è un accentramento da parte dell’ideatore che tende a voler far suoi tutti i meriti. Questo impedisce di instaurare delle collaborazioni che potrebbero rivelarsi: Sorprendenti 🙂
Per caso esistono motori a idrogeno anche al contrario? Ossia che fanno il pieno con l’acqua e emettono allo scarico idrogeno. Scusate la domanda forse sciocca ma la scarsità di informazione fatta in merito dai media che si limitano a piccoli cenni mi confonde alle volte.
x Renato. Forse ti riferisci appunto alle auto a celle combustibili che funzionano sulla base dell’elettrolisi che viene condotta su soluzioni acquose. Mentre auto come quelle della BMW necessitano di un pieno di vero e proprio idrogeno.
Ah già! scusate ci eravamo dimenticati di BMW. Articolo aggiornato 🙂
Thank you Bruce!
In risposta a Renato.
L’auto di cui stai parlando è un po’ utopica, ti spiego subito il perché. Ogni veicolo per muoversi ha bisogno di energia. Nel caso più classico del motore a metano, vengono miscelati in camera di scoppio aria e metano, e con una piccola scintilla si sviluppa una combustione che da come risultato ossidi di carbonio + vapore acqueo + energia. (semplificando: CH4 + 5 O2 = CO2 + 4 H2O). Nel caso della combustione dell’idrogeno si ha una reazione ancora più semplice, ovvero si toglie dalla formula la molecola di carbonio del metano e si ha in scarico semplice vapore acqueo.
Il discorso è analogo per la cella a combustibile, che altro non è che un apparato che miscela idrogeno e ossigeno per generare energia elettrica invece che energia meccanica.
L’idea di motore ad acqua è una utopia per il semplice fatto che separare l’idrogeno dall’ossigeno consuma energia invece di generarla. Infatti uno dei punti ancora aperti per le auto ad idrogeno è appunto la generazione dell’idrogeno stesso, perché per separare i due componenti dell’acqua c’è bisogno di una quantità di energia superiore a quella ottenibile al momento di riunirli (si ha una perdita reale del 30% circa).
Il motore di cui probabilmente stai parlando (correggimi se mi equivoco) è il tanto discusso motore ad acqua che secondo alcuni sarebbe stato inventato e poi fatto sparire da qualche governo/multinazionale. Chiariamo subito: il motore ad acqua non utilizza l’acqua come combustibile (l’acqua non è un combustibile) ma utilizza l’acqua come vettore per trasportare l’energia immagazzinata in un compressore verso gli organi che muoveranno le ruote. Resta il problema di come riempire il compressore, già che il semplice lavoro di comprimere l’aria richiede energia elettrica o di qualunque altro tipo.
Il motore “ad acqua”, come quello ad aria compressa, in realtà è pratico solo per il fatto che non trasporta sostanze pericolose (come l’idrogeno appunto) e che non emette gas contaminanti. In definitiva è un tipo di auto elettrica che invece di utilizzare direttamente delle batterie utilizza la compressione dell’aria come immagazzinamento dell’energia. Stessi pro e contro dell’auto elettrica, anche se l’autonomia data dell’aria compressa e la velocità limitatissima fanno preferire il modello a batterie.
In risposta a Ralph-dte (eheh)
Sai benissimo che per me è un onore collaborare in un sito così pieno di spunti interessanti e soprattutto originali. Per non parlare del livello tencico-professionale di chi scrive gli articoli e di chi li commenta.. sta nascendo una comunità unica nel suo genere. Di nuovo complimenti.