Le automobili a idrogeno

Le automobili a idrogeno sono veicoli alimentate dall'idrogeno. Usano la stessa energia utilizzata dalle navicelle spaziali per raggiungere l'orbita terrestre.

Le tipologie di automobili a idrogeno

Attualmente esistono due tipologie di veicoli a idrogeno basati su tecnologie differenti.

• Fuel Cell. Le automobili fuel cell integrano delle celle a combustione ( o pile a combustibile ) sul veicolo che consentono di produrre l'elettricità necessaria per alimentare il motore elettrico dalla reazione elettrochimica di alcune sostanze ( idrogeno e ossigeno ) senza alcuna combustione interna. Si tratta di auto elettriche con batterie al litio alimentate dalle celle a combustione dell'idrogeno. Questi veicoli sono detti FCEV ( Fuel Cell Electric Vehicle ). Esistono già diversi modelli di auto ibride in commercio basate sulla tecnologia Fuel Cell.
  

  Alcuni esempi di auto a idrogeno fuel cell sono la Toyota Mirai e la Honda Clarity Fuel Cell. Questi modelli sono attualmente in commercio.

• Combustione diretta dell'idrogeno. Questa tecnologia alimenta il motore dell'automobile direttamente con la combustione diretta dell'idrogeno. Questi veicoli bruciano l'idrogeno nel motore a combustione interna per convertire l'energia chimica dell'idrogeno in energia meccanica. Sono detti HICEV ( Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle ).

  Un esempio di auto a combustione interna di idrogeno è la BMW Hydrogen 7. È il primo modello HICEV messo in circolazione in una serie limitata di poche centinaia di veicoli nelle flotte di aziende pubbliche per testare la tecnologia.

L'impatto ambientale delle auto a idrogeno

Le auto a idrogeno non inquinano. L'impatto ambientale delle automobili a idrogeno è molto basso perché non generano emissioni inquinanti ( gas serra, polveri sottili, ecc. ) ma soltanto vapore acqueo. Sono veicoli ZEV ( Zero Emission Vehicule ). Pertanto, l'uso delle automobili a idrogeno potrebbe essere una soluzione al problema dello smog urbano e dell'inquinamento dell'aria.

Tuttavia, l'inquinamento non è eliminato del tutto perché si trasferisce dal momento del consumo ( l'automobile ) a quello della produzione dell'idrogeno. L'idrogeno non esiste in natura allo stato naturale, per produrlo occorre consumare altra energia.

L'idrogeno non è una fonte energetica ma un vettore di energia. Non esiste idrogeno allo stato naturale sulla Terra perché è combinato nelle molecole con altri atomi ( es. l'acqua H₂O o gli idrocarburi ). Per avere l'idrogeno è necessario produrlo tramite il reforming o l'elettrolisi consumando altra energia. Quindi l'idrogeno è un vettore energetico.

Pertanto, l'impatto ambientale complessivo della mobilità a idrogeno dipende dalla fonte di energia usata per produrla. Se si utilizzano le fonti a energia rinnovabile per produrre l'idrogeno, l'impatto ambientale è minimo. Viceversa, se si usano le fonti fossili l'impatto ambientale è molto più alto.

In entrambi i casi, comunque, l'inquinamento è concentrato soltanto nel lungo di produzione e può essere gestito meglio rispetto all'inquinamento diffuso dalle singole automobili a benzina o diesel.

La produzione dell'idrogeno

L'idrogeno può essere prodotto tramite due processi produttivi e tecnologi differenti. Il reforming e l'elettrolisi.

• Il reforming è il processo di lavorazione dei combustibili fossili ( es. petrolio ). Ha un impatto ambientale più alto perché implica l'estrazione del greggio, il trasporto e la raffinazione. Il processo produttivo è concentrato nelle raffinerie del settore petrolchimico ed è simile a quello dell'attuale benzina o delle materie plastiche. Tuttavia, a differenza dei combustibili fossili, una volta prodotto l'idrogeno non emette emissioni inquinanti al momento della combustione nell'automobile.

  Oggi il reforming è usato per produrre l'ammoniaca, un prodotto secondario della raffinazione del petrolio. In passato era usato anche per produrre il gas di città.

• L'elettrolisi è il processo di scissione delle molecole d'acqua H₂O in singoli atomi di idrogeno e di ossigeno tramite la reazione chimica indotta dall'elettricità. Questo processo produttivo non emette gas inquinanti ma richiede una grande quantità di energia elettrica. Pertanto, l'impatto ambientale dipende dalla fonte usata per produrre l'energia elettrica. È molto basso se l'elettricità è prodotta dalle fonti rinnovabili o dalle centrali nucleari nelle ore notturne quando la domanda di energia è più bassa. È invece alto se l'elettricità è prodotta dalle centrali termiche con la combustione delle risorse fossili ( petrolio, gas, carbone ).

Le criticità e i problemi della mobilità a idrogeno

A parità di volume l'idrogeno ha minore contenuto energetico rispetto ad altri carburanti perché è un gas. Inoltre, è più difficile da stoccare e da trasportare. Per risolvere questi problemi è necessario trasformare l'idrogeno allo stato liquido. Tuttavia la liquefazione dell'idrogeno implica un ulteriore consumo di energia che riduce l'efficienza della mobilità a idrogeno. In particolar modo nelle auto a combustione diretta. D'altra parte l'elettrolisi, l'altro modo per produrre idrogeno direttamente nei veicoli, è ancora un processo abbastanza costoso.

Un altro aspetto critico delle automobili Hydrogen è la distribuzione delle stazioni di servizio a idrogeno. L'attuale rete distributiva è costruita per la distribuzione dei carburanti tradizionali ( benzina, gasolio) o del gas gpl o metano. La conversione all'idrogeno delle stazioni di rifornimento richiede elevati investimenti da parte delle compagnie petrolifere e un piano di attuazione molto prolungato nel tempo. Pertanto, fin quando circoleranno poche auto a idrogeno è minima, le compagnie petrolifere non attueranno l'adeguamento delle stazioni.

D'altra parte, la scarsa distribuzione dei distributori a idrogeno sul territorio è un disincentivo per le case automobilistiche a progettare e produrre modelli di auto a idrogeno o ibride a idrogeno. Queste due criticità si bloccano reciprocamente e non consentono alla filiera produttiva di realizzarsi pienamente. Si tratta di un problema di difficile soluzione che può essere risolto soltanto da un intervento pubblico o normativo a sostegno della mobilità a idrogeno.