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Auto a idrogeno: tutto quello che c’è da sapere

9 min tempo di lettura
Guidare un’auto elettrica e fermarsi solo pochi minuti per il rifornimento? Si può? Certo, con auto a idrogeno come la BMW iX5 Hydrogen. Ma come funziona un’auto a idrogeno? Che cos’è un sistema con celle a combustibile? Quali vantaggi offre questa tecnologia e quali sfide deve affrontare? Chiariamo le domande più importanti.

Il 15 giugno 2023

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Meno sostanze nocive, meno rumorosità, guida dinamica: le auto elettriche offrono molti vantaggi per i clienti e per l’ambiente. Quando si parla di elettromobilità (➜ Leggete anche: Miti sulle auto elettriche), quasi tutti pensano a veicoli che si ricaricano collegandoli a una presa elettrica e sono dotati di una grande batteria. Ma esiste anche un’altra interessante tecnologia, molto promettente secondo gli esperti, un’alternativa senza emissioni e senza lunghi tempi di ricarica. Parliamo dell’alimentazione a idrogeno, detta anche alimentazione con celle a combustibile.

1.

Come funziona l’alimentazione a idrogeno?

Le auto a idrogeno vengono alimentate da un motore elettrico, quindi rientrano a pieno titolo nella tipologia delle auto elettriche. La sigla che si usa comunemente per designarle è FCEV, che significa “Fuel Cell Electric Vehicle” (le “Fuel Cell” sono le celle a combustibile in inglese), per distinguerle dalle auto elettriche alimentate a batteria, ossia le Battery Electric Vehicle, o BEV.

Una differenza decisiva rispetto agli altri veicoli elettrici consiste nel fatto che i veicoli a idrogeno producono da soli l’energia elettrica. Non prelevano l’energia da una batteria integrata come le auto esclusivamente elettriche o le ibride plug-in, che si possono ricaricare collegandole a una presa elettrica esterna (➜ Leggete anche: Ibride plug-in & Co.: panoramica delle auto elettriche). Le auto a idrogeno hanno, per così dire, un‘efficientissima centrale elettrica propria a bordo, che converte l’idrogeno caricato in elettricità. E questa centrale elettrica è la cella a combustibile.

Auto a idrogeno Motore elettrico Idrogeno Cella a combustibile Auto a idrogeno BMW Idrogeno FCEVAuto a idrogeno Motore elettrico Idrogeno Cella a combustibile Auto a idrogeno BMW Idrogeno FCEV
Nella cella a combustibile, idrogeno e ossigeno generano energia elettrica. A seconda delle necessità, questa energia viene convogliata nel motore elettrico e/o nella batteria.

Nella cella a combustibile si svolge un processo particolare, la cosiddetta elettrolisi inversa, durante la quale l’idrogeno reagisce con l’ossigeno. L’idrogeno proviene da uno o più serbatoi presenti sull’auto, mentre l’ossigeno viene dall’aria circostante. Questa reazione genera esclusivamente energia elettrica, calore e acqua, che fuoriesce dal terminale di scarico sotto forma di vapore acqueo, assolutamente senza emissioni.

La corrente generata nella cella a combustibile del motore a idrogeno può prendere due strade, in funzione delle necessità concrete della situazione di guida: arriva al motore elettrico e alimenta direttamente il veicolo e/o carica una batteria che funge da accumulatore intermedio fino a quando l’energia è necessaria per la trazione. Questa cosiddetta batteria da trazione è più piccola e quindi più leggera della batteria di un’auto esclusivamente elettrica, perché viene costantemente alimentata dalla cella a combustibile.

Come le altre auto elettriche (➜ Leggete anche: Tutto sulla ricarica delle auto elettriche in 10 punti), anche i veicoli a idrogeno sono in grado di recuperare l’energia in frenata. Il motore elettrico converte l’energia cinetica dell’auto in energia elettrica e la alimenta nella batteria tampone.

2.

I vantaggi e le potenzialità delle auto a idrogeno

  • Le auto a idrogeno hanno una trazione esclusivamente elettrica e viaggiano a zero emissioni locali. La sensazione di guida è come quella delle auto elettriche che già conosciamo. In altre parole: un’accelerazione dinamica e quasi completamente silenziosa, dato che i motori elettrici rendono disponibile tutta la coppia anche a bassi regimi (➜ Leggete anche: La coppia nelle auto: tutto quello che c’è da sapere).
  • Il vantaggio principale, nonché il maggior vantaggio competitivo, è rappresentato dal breve tempo di rifornimento. A differenza dei tempi di ricarica delle auto elettriche, che dipendono dal modello e dall’infrastruttura, il serbatoio dell’idrogeno di una BMW iX5 Hydrogen (flotta pilota) si riempie in soli tre o quattro minuti. La disponibilità e la flessibilità del veicolo per i clienti sono quindi le stesse delle auto tradizionali.
  • I veicoli a idrogeno hanno un’autonomia analoga a quella delle auto elettriche con sistemi di accumulo a batteria molto grandi. Un serbatoio pieno di idrogeno della BMW iX5 Hydrogen è sufficiente per 504 chilometri (secondo la normativa WLTP (➜ Leggete anche: WLTP: tempi nuovi, regole nuove)). L’autonomia dei veicoli a idrogeno non dipende dalla temperatura esterna, quindi non peggiora quando fa freddo.
  • Per soddisfare la crescente domanda di stazioni di ricarica elettrica per tutti i veicoli BEV, le unità a idrogeno possono contribuire ad ampliare l’infrastruttura esistente. Inoltre, l’idrogeno è uno dei modi più efficienti per immagazzinare e trasportare l’energia rinnovabile e svolge quindi un ruolo importante nel futuro approvvigionamento energetico.
  • I veicoli FCEV utilizzano lo stesso gruppo propulsore elettrico dei BEV, ma si differenziano per il modo in cui immagazzinano l’energia. Commercializzando auto a idrogeno, entrambe le tecnologie, con celle a combustibile e a batterie, ne traggono uguale vantaggio, riducendo i costi sul lungo periodo.
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Potenziale: l’idrogeno deve essere prelevato da speciali distributori. Questa infrastruttura viene ampliata continuamente, in tutto il mondo. Studi condotti in Germania dimostrano che un’infrastruttura con stazioni di ricarica elettrica e di rifornimento di idrogeno è complessivamente più economica di un’infrastruttura di ricarica esclusivamente elettrica. Per promuovere un ampliamento dell’infrastruttura, le case automobilistiche come BMW hanno creato l’iniziativa Clean Energy Partnership assieme ai produttori di idrogeno e ai gestori dei distributori. La pianificazione e la gestione delle stazioni di rifornimento di idrogeno in Germania è affidata a H2 MOBILITY.

3.

Quanto costa una macchina a idrogeno, e perchè?

I pochi modelli di veicoli a idrogeno già disponibili sul mercato costano, ancora, più delle auto elettriche o ibride con caratteristiche analoghe.

I motivi del prezzo attualmente elevato delle auto a idrogeno sono molteplici. Oltre al livello di industrializzazione ancora arretrato nella produzione, anche la necessità di platino ha il suo peso. Questo metallo nobile è necessario come catalizzatore per generare corrente. La quantità di platino necessaria per le celle a combustibile delle auto è già stata notevolmente ridotta; inoltre, il platino rientra sempre più nel ciclo dei materiali attraverso il riciclo dei catalizzatori. Anche il numero ridotto di unità in circolazione è un motivo, ma temporaneo. Infatti, dal momento che l’uso della tecnologia dell’idrogeno è molto simile per molte applicazioni, come ad esempio nei veicoli commerciali, nei treni, negli aerei o anche nelle soluzioni stazionarie, si può ipotizzare che ci siano effetti unitari, anche perché la dipendenza dalle materie prime è minore rispetto ai BEV.

Oltre al prezzo di acquisto, anche i costi di gestione hanno un ruolo importante in termini di economicità e accettazione di questa tecnologia propulsiva. Per le auto a idrogeno, essi dipendono non da ultimo dal prezzo del carburante. Attualmente, un chilogrammo di idrogeno costa circa 14 euro. Con un chilogrammo di idrogeno, un‘auto a celle a combustibile può percorrere circa 100 chilometri. Quindi, i costi al chilometro di un’auto a idrogeno sono attualmente pari a quelli dei veicoli a combustione. Se la produzione di idrogeno aumenterà a livello mondiale, come è attualmente prevedibile, il prezzo al chilogrammo in Germania potrebbe scendere a circa 4 a 6 euro entro il 2030.

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4.

Quali sono le caratteristiche di ecocompatibilità e sostenibilità dell’alimentazione a idrogeno?

Un’auto che viene alimentata solo con energie rigenerative e non produce emissioni dannose: ecco la soluzione ideale dal punto di vista ecologico. Vediamo quanto le auto a celle a combustibile si avvicinano a questo ideale rispetto ad altri tipi di propulsione.

  • Le trazioni alternative sono tenute per legge a ridurre le emissioni di sostanze inquinanti, in particolare della CO2, così dannosa per il clima, e anche di gas nocivi per la salute come gli ossidi di azoto. Le emissioni di un’auto a idrogeno sono costituite solo da vapore acqueo. La trazione con celle a combustibile è quindi priva di emissioni locali e mantiene pulita l’aria delle nostre città. Ma rispetta anche il clima? 

  • Dipende dalle condizioni di produzione dell’idrogeno. Per produrre idrogeno è necessaria l’energia elettrica. Durante il processo di elettrolisi, la corrente separa l’acqua nei suoi componenti, ossia idrogeno e ossigeno. Se la corrente utilizzata deriva da energie rinnovabili, la produzione di idrogeno ha un impatto climatico pari a zero. Se invece vengono utilizzati carburanti fossili, anche l’impatto climatico di un’auto a idrogeno può essere negativo. L’effetto dipende dal mix di corrente utilizzato. In questo l’auto a idrogeno non si differenzia dalle altre auto elettriche.

  • Uno svantaggio nella produzione di idrogeno è dato dalle perdite causate dall’elettrolisi. L’efficienza complessiva della catena energetica, dalla produzione di elettricità al funzionamento del veicolo, è attualmente pari solo alla metà di quella di un BEV. Tuttavia, se si considera l’intero ciclo di vita dei FCEV e dei BEV, le due tipologie non si discostano poi di tanto. 

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  • Tuttavia, a volte è possibile produrre l’idrogeno in momenti in cui è disponibile un eccesso di corrente elettrica derivante da fonti rinnovabili, perché l’energia eolica o solare prodotte non vengono ulteriormente utilizzate. Il potenziale è enorme. L’idrogeno si forma anche come sottoprodotto di numerosi processi industriali e viene spesso trattato come rifiuto e quindi non riutilizzato. La trazione con celle a combustibile offre in questo caso una possibilità di upcycling dell’idrogeno. Nel caso della produzione di idrogeno da combustibili fossili, esiste anche la possibilità di immagazzinare la CO2 risultante (“cattura e stoccaggio del carbonio”) o addirittura di utilizzarla (“cattura e utilizzo del carbonio”): questo idrogeno viene definito idrogeno “blu”.
  • Del bilancio energetico delle auto a celle a combustibile fanno parte anche il trasporto e lo stoccaggio dell’idrogeno. A seconda della tecnologia di trasporto utilizzata (sotto forma di liquido o di gas), i costi per la compressione, il raffreddamento, il trasporto e la conservazione sono diversi. Tuttavia, il trasporto e lo stoccaggio dell’idrogeno sono molto più costosi e comportano un consumo più elevato di energia rispetto alla benzina e al diesel. al contrario dei combustibili fossili è possibile produrre idrogeno ovunque siano disponibili energia e acqua, addirittura anche presso le aree di servizio, come dimostrano gli esempi di Anversa (Belgio) e Fürholzen (Germania). Un’infrastruttura più ampia potrebbe quindi ridurre notevolmente la necessità di trasporto in futuro.

Conclusioni: questo tipo di trazione ha il potenziale di consentire una mobilità ecologicamente sostenibile. Le premesse necessarie sono in particolare l’utilizzo di energie rigenerative nella produzione di idrogeno e un ampliamento delle infrastrutture tecnologiche che consentano di ridurre le vie di trasporto.

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BMW iX5 Hydrogen:
emissioni CO2 combinate 0 g/km (WLTP)
consumo di carburante combinato 1,19 kg/100 km (WLTP)
classe CO2 A
La BMW iX5 Hydrogen è una concept car non disponibile per la vendita.  
5.

Quali rischi presenta l’alimentazione a idrogeno?

Cosa succede se l’idrogeno reagisce con l’ossigeno in modo incontrollato? Molti se lo ricordano per le lezioni di chimica frequentate a scuola: si ha la reazione del gas tonante. L’idrogeno è infiammabile. Per evitare una reazione incontrollata di idrogeno e ossigeno durante il funzionamento di un’auto a celle a combustibile, l’idrogeno del veicolo viene immagazzinato in forma gassosa in serbatoi dalle pareti spesse, che sono particolarmente sicuri. Numerosi crash test hanno dimostrato la sicurezza di questa struttura: i serbatoi non hanno subito danni e l’idrogeno non è fuoriuscito.

E non dimentichiamo che la tecnologia dell’idrogeno non è nuova, anzi: in molti settori si è affermata da tempo. Le raffinerie, ad esempio, impiegano grandi quantità di idrogeno come gas di processo nella lavorazione del petrolio greggio. Anche le condutture e i depositi di idrogeno esistono da decenni. Come sempre per BMW, la sicurezza viene al primo posto. I veicoli a idrogeno soddisfano gli stessi elevati standard di sicurezza di tutti gli altri veicoli del Gruppo.

6.

Quale ruolo avrà l’alimentazione a idrogeno in futuro?

BMW è convinta che l’idrogeno possa fornire un contributo importante per la mobilità sostenibile del futuro, a fianco delle auto alimentate da una batteria, a condizione che siano disponibili le infrastrutture adeguate per l’idrogeno, che il suo prezzo sia vantaggioso e che il prezzo dei veicoli diminuisca. In questo caso, le auto FCEV possono rappresentare la tecnologia a emissioni zero che permette agli utenti di mantenere le loro flessibili abitudini di guida. Il dato importante è che BMW vede i veicoli FCEV come un complemento alle auto elettriche a batteria, non come concorrenti. Inoltre, per gli automobilisti che viaggiano molto e hanno elevate esigenze di flessibilità, un veicolo FCEV costituisce una risposta adeguata. BMW sta anche studiando l’uso della tecnologia dell’idrogeno nella produzione e nella logistica.

La pensa così anche l’Hydrogen Council, un’iniziativa a livello globale che annovera membri appartenenti a imprese leader nel settore dell’energia, del trasporto e dell’industria. L’Hydrogen Council ritiene che l’idrogeno sia non solo una soluzione sostenibile per la mobilità del futuro, ma anche un vettore energetico pulito in grado di generare calore e corrente elettrica e utilizzabile a livello industriale.

Secondo un rapporto dell’AIE (Agenzia Internazionale dell’Energia), l’idrogeno ha un grande potenziale come vettore energetico del futuro nel quadro delle attività mondiali per la transizione energetica. Grazie alla sua trasportabilità e possibilità di stoccaggio, l’idrogeno può essere utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni.

7.

Prospettiva: la scelta è del cliente

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Ogni automobilista ha esigenze e desideri diversi per la sua mobilità. Oliver Zipse, CEO di BMW AG, spiega: “Per noi la domanda centrale è: in futuro, quali tipi di trazione e quali tecnologie vorranno i nostri clienti? E come possiamo raggiungere i risultati migliori in termini di rispetto dell’ambiente?”

La risposta di BMW è l’apertura tecnologica a tipologie di trazione diversificate e l’idrogeno svolgerà un ruolo chiave nella transizione energetica come fonte di energia versatile. “Dovremmo sfruttare il potenziale dell’idrogeno per accelerare la trasformazione del settore della mobilità. L’idrogeno è il pezzo mancante del puzzle per la mobilità a emissioni zero, perché una singola tecnologia non sarà sufficiente per consentire una mobilità neutrale dal punto di vista climatico in tutto il mondo”, sostiene Zipse.

Autore: Nils Arnold; Art: Lucas Lemuth; Illustrazioni: Cyprian Lothringer; Foto: BMW

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