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Come funzionano le macchine a idrogeno Illustrazione di come funziona una macchina a idrogeno - Credit: Pexels
GREEN 20 ottobre 2021

Come funzionano le macchine a idrogeno

di Maura Corrado

Possono essere FCEV o HICEV, contribuiscono ad abbattere le emissioni nocive e potrebbero consentire spostamenti molto lunghi.

Le auto a idrogeno, secondo numerosi esperti, rappresentano il futuro della mobilità sostenibile.

Sono ritenute, da un lato, più sostenibili anche rispetto alle migliori auto full electric e, dall’altro, più adatte per gli spostamenti a lunga percorrenza. Fattore, quest’ultimo, che rappresenta invece una criticità per molti modelli di auto elettriche attualmente in commercio.

 

Scienziati e case automobilistiche, infatti, sono alla ricerca di tecnologie alternative in grado di abbattere totalmente le emissioni di anidride carbonica. Le auto a idrogeno, al momento, rappresentano la tecnologia più vicina al raggiungimento di questo obiettivo.

Fuel cell, il cuore dell’auto

Va subito detto che anche le macchine a idrogeno sono auto elettriche. L’idrogeno è l’elemento più semplice leggero e diffuso dell’Universo. Un atomo di questo elemento, infatti, comprende solo un protone e un elettrone. Le automobili a idrogeno immagazzinano il gas in bombole ad alta pressione e successivamente lo immettono poi in una pila a combustibile, chiamata fuel cell. La fuel cell rappresenta il cuore delle auto a idrogeno, poiché in essa avviene una reazione elettrochimica.

 

Questa reazione genera elettricità e, nella fase di scarico, della semplice acqua. Più nel dettaglio, le celle a combustibile ricevono due flussi in entrata: dal polo negativo entra l’idrogeno, mentre dal polo positivo entra l’ossigeno. Il catalizzatore contenuto nel motore a idrogeno è in grado di generare la separazione degli elettroni dal nucleo.

 

Questa reazione a sua volta sprigiona energia elettrica. Gli elettroni si muovono verso il polo positivo e si uniscono agli atomi di ossigeno, che ricevono una carica negativa. L’unione dell’idrogeno con l’ossigeno innesca una reazione chimica il cui prodotto finale è acqua ed è proprio vapore acqueo quello che viene immesso nell’atmosfera dalle auto a idrogeno, al posto della più pericolosa anidride carbonica.

HICEV e FCEV

Le automobili a idrogeno con fuel cell, come già accennato, sono a tutti gli effetti veicoli elettrici, in quanto l’elettricità così prodotta aziona un motore elettrico collegato alle ruote. La batteria ad alta tensione presente anche nelle macchine a idrogeno serve, inoltre, per immagazzinare l’energia prodotta dal motore durante le frenate (meccanismo di frenata rigenerativa), come avviene oggi nelle auto ibride e in quelle elettriche convenzionali. Il processo appena descritto per produrre energia, tuttavia, non è l’unico possibile.

 

L’idrogeno, infatti, può bruciare (come già detto) innescando una reazione con l’ossigeno in una cella a combustibile, come nel caso delle auto a idrogeno Fuel Cell Electric Vehicle FCEV, 100% elettriche, o può bruciare in un motore tradizionale a combustione interna nelle auto a idrogeno HICEV (Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle).

Differenze tra auto a idrogeno e auto elettrica

Le sigle HICEV e FCEV servono anche per distinguere le macchine a idrogeno dalle auto elettriche attualmente in commercio, alimentate a batteria, dette anche Battery Electric Vehicle o BEV. Ciò che più differenzia le auto a idrogeno da quelle elettriche non è solo la batteria per immagazzinare energia ma un vero e proprio un serbatoio a idrogeno attraverso il quale la cella combustibile si alimenta.

 

Grazie alle fuel cell e alle membrane elettrolitiche polimeriche (PEM), che producono energia elettrica dalla reazione tra ossigeno atmosferico e idrogeno contenuto nel serbatoio, le auto a idrogeno possono attualmente offrire dei vantaggi che le auto elettriche non offrono.

L’importanza del serbatoio

Come appena accennato, un altro componente essenziale dell’auto a idrogeno è rappresentato dalle bombole, l’equivalente del serbatoio del carburante. Ad oggi, infatti, il modo più semplice per immagazzinare l’idrogeno sono proprio le bombole, molto più sofisticate di quelle per il GPL. L’idrogeno, per rimanere liquido, ha infatti bisogno di temperature talmente basse (-253 C°) da risultare impraticabili. Per contenere una quantità sufficiente di idrogeno si usano quindi pressioni altissime - circa 700 bar - che rendono necessario l’uso di bombole speciali realizzate con materiali compositi.

 

Gli altri componenti, invece, sono molto simili a quelli delle auto elettriche convenzionali. I motori, infatti, sono tra loro equiparabili, così come gli inverter che li controllano. Idem per la batteria, necessaria sia per recuperare energia in frenata che per dare una spinta maggiore nel caso in cui serva più potenza.

Macchine a idrogeno, i vantaggi 

Il principale vantaggio delle auto a idrogeno riguarda la possibilità di ridurre notevolmente le emissioni nocive (nel computo delle emissioni viene però escluso il ciclo produttivo dell’idrogeno), evitando la produzione di gas serra attraverso lo scarico, da cui, nel caso delle macchine a idrogeno, fuoriesce soltanto vapore acqueo.

 

Queste vetture, inoltre, consentono di ricaricare le batterie del motore elettrico in modo molto più rapido e offrono una densità specifica di energia molto elevata, pari a più di 200 volte rispetto agli ioni di litio. A ciò corrisponde anche una maggiore autonomia, che rende possibile provvedere ad un rifornimento di idrogeno in pochissimo tempo (3-5 minuti) rispetto alle auto elettriche a batteria, che richiedono, al contrario, diverse ore per essere completamente ricaricate.

Gli svantaggi

Anche nel caso delle macchine a idrogeno, tuttavia, non mancano le criticità da risolvere. Per quanto riguarda la meccanica del veicolo, ci sono il rendimento minore (rispetto a quello delle elettriche a batteria) e la presenza di ingombranti, pesanti e costose bombole ad alta pressione. Inoltre, se da un lato questi veicoli richiedono bassi costi di manutenzione, dall’altro sono dotati di una tecnologia piuttosto costosa, il che si traduce in un ingente investimento iniziale, cioè il prezzo d’acquisto, che si aggira in media sui 70mila euro (anche se sono disponibili delle soluzioni a noleggio).

 

Quasi il doppio, dunque, di un’auto elettrica o ibrida con le stesse caratteristiche. Infine, la rete di distribuzione dell’idrogeno in Italia è ancora in fase di costruzione: i distributori oggi presenti sull’intero territorio nazionale sono meno di dieci. Quindi, anche se le auto a idrogeno possono raggiungere un’autonomia di 500 km con un pieno, le poche stazioni attualmente presenti in Italia non favoriscono i lunghi viaggi.

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