Un veicolo a idrogeno è un veicolo che utilizza l'idrogeno come combustibile. Con tale espressione ci si può riferire sia ad un'automobile, sia ad un

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1 Un veicolo a idrogeno è un veicolo che utilizza l'idrogeno come combustibile. Con tale espressione ci si può riferire sia ad un'automobile, sia ad un altro qualsiasi mezzo di trasporto ad idrogeno, come un aeromobile. Questi veicoli convertono l'energia chimica dell'idrogeno in energia meccanica, bruciandolo in un motore a combustione interna o facendolo reagire con l'ossigeno in una pila a combustibile, producendo elettricità. La diffusione su larga scala dell'idrogeno come combustibile nei trasporti è l'elemento chiave della cosiddetta economia dell'idrogeno.

2 Autobus, treni, biciclette, battelli, cargo bikes, golf cart, motocicli elettrici (ENV), sedie a rotelle, navi, aerei, sottomarini, e razzi possono già andare a idrogeno. La NASA usa l'idrogeno per lanciare gli Space Shuttles nello spazio. C'è anche una vettura giocattolo di lavoro che funziona a energia solare, utilizzando una cella a combustibile rigenerativa per immagazzinare energia sotto forma di idrogeno e ossigeno. Si può quindi convertire il combustibile di nuovo in acqua per liberare l'energia solare.

3 Curiosità L'attuale record di velocità per un veicolo alimentato a idrogeno è 461,038 km/h stabilito dal Buckeye Bullet 2 Team dell'università statale dell'ohio, che ha conseguito una velocità "flying-mile" di 450,628 km/h presso la Bonneville Salt Flats nell'agosto Per i veicoli di styling, l'attuale record per un veicolo alimentato a idrogeno è 333,38 km/h, stabilito da un prototipo Ford Fusion Hydrogen 999 Fuel Cell Race Car a Bonneville Salt Flats in Wendover, Utah nel mese di agosto È stato accompagnato da un grande serbatoio di ossigeno compresso per aumentare la potenza. Honda ha anche creato una concept car chiamata FC Sport, che può essere in grado di battere quel record, se messa in produzione.

4 Ford Fusion Hydrogen 999 Fuel Cell Race Car

5 Molte aziende stanno attualmente studiando la fattibilità per costruire automobili ad idrogeno, e alcune case automobilistiche hanno cominciato a svilupparle. Il finanziamento è venuto sia da fonti private che governative. Tuttavia, la Ford Motor Company ha abbandonato i suoi piani per sviluppare macchine a idrogeno, affermando che "Il prossimo passo importante nel piano di Ford è quello di aumentare nel tempo il volume di veicoli elettrici». A partire da ottobre 2009, il CEO di General Motors Fritz Henderson ha osservato che GM ha ridotto il suo programma sull'idrogeno perché il costo di costruzione di auto a idrogeno è stato troppo alto. "E 'ancora lontana la strada per la commercializzazione", ha detto. Il Chevrolet Volt ha probabilmente un costo di circa $, mentre un veicolo a idrogeno costa circa $.

6 Chevrolet Volt

7 Sequel, un veicolo alimentato da celle a combustibile dalla General Motors

8 Ford Edge, concept car ibrida idrogeno-elettrica

9 Gli autobus a celle a combustibile (in contrasto con gli autobus a idrogeno) vengono testati da diversi produttori in diversi luoghi. Il Fuel Cell Bus Club è una collaborazione nata a livello mondiale per testare bus a celle a combustibile. L'idrogeno è stato inizialmente immagazzinato in serbatoi montati sul tetto, sebbene i modelli sono ora incorporati a bordo. Alcuni modelli a due piani utilizzano il serbatoio nella parte centrale tra i due piani.

10 Pearl Hydrogen Power Sources di Shanghai, ha presentato una bicicletta a idrogeno al 9 China International Exhibition per Gas Technology, Equipment and Applications nel 2007.

11 Bicicletta a idrogeno

12 L'azienda produttrice della ENV sviluppa motocicli elettrici alimentati da celle a combustibile, incluso il Suzuki Crosscage. Altri produttori come Vectrix stanno lavorando su scooters alimentati a idrogeno. Infine, sono in corso di sviluppo scooters ibridi elettrico-fuel cells come il Suzuki Burgman e il Fhybrid.

13 Suzuki Crosscage hydrogen fuel cell motorcycle

14 REGISTRO FIAT Il registro FIAT è la Rivista Ufficiale del Registro FIAT Italiano, Associazione fra collezionisti di vetture d'epoca Le propulsioni alternative e, in particolare, quella a idrogeno sono state argomento d'interesse e discussione in questi ultimi anni, sia a livello mediatico che istituzionale e industriale. Sebbene l'enfasi mediatica si sia inevvitabilmente affievolita, è rimasto l'interesse a livello governativo e scientifico, seppur in parte ridimensionato dagli esiti delle ricerche effettuate.

15 Ma perché si è assistito a questo (diciamo pure) rinnovato interesse? Come funziona l'auto a idrogeno? Cosa distingue la propulsione a idrogeno rispetto alle altre a quali sono i suoi vantaggi e svantaggi? A che punto è la ricerca? Sono lecite domande che i non adetti ai lavori si fanno e a cui cercano di dar risposta attingendo dalle fonti di informazione di grande diffusione, che non sempre, però, possono o sono in grado di chiarire tutti i dubbi. Anzi, leggendo queste pubblicazioni (cartacee o elettroniche) ci si trova davanti a pareri spesso contrastanti sull'effettiva utilità ed efficacia della soluzione idrogeno. E, come in tutte le cose, non si può dire che siano sbagliate le conclusioni e le opinioni dell'uno e dell'altro, ma è più corretto affermare che tutto dipende dal modo in cui si analizza la questione. Ma procediamo con ordine

16 Un rinnovato interesse La prima auto che ha sfruttato l'idrogeno come combustibile risale al 1807 circa (François Isaac de Rivaz). Si sono susseguite poi altre applicazioni, con tecnologie diverse, ma sono sempre rimaste applicazioni a livello di prototipo. Non c'è mai stata una diffusione in larga scala di questo tipo di trazione, per carenze tecnologiche sì, ma anche e soprattutto per gli stessi motivi che ne limitano la diffusione in massa al giorno d'oggi (come vedremo nel seguito). Le luci della ribalta si sono nuovamente accese su questo combustibile nell'ultimo decennio, essenzialmente per due motivi: caro petrolio e inquinamento. Motivazioni ignote ai pionieri dell'auto, ma tanto care ai governi attuali, soprattutto quelli occidentali. L'idrogeno, infatti, permetterebbe di ridurre il fabbisogno petrolifero degli stati che sono privi di tale risosrsa e consentirebbe di ridurre praticamente a zero le emissioni inquinanti dei veicoli che lo utilizzano. Vista così, una bella prospettiva, vero?

17 Come funziona I veicoli a idrogeno e, più in particolare, l'automobile a idrgeno, sfruttano questo elemento (il più diffuso in natura) per fornire energia al sistema di trazione e consentire il movimento. Ad oggi, l'idrogeno viene utilizzato nei veicoli essenzialmente in due modi: - Come combustibile in un motore a cambustione interna del tutto analogo a quelli (funzionanti con benzina, gasolio o metano) a cui siamo normalmente abituati. - Come riserva energetica da utilizzare per alimentare uno o più motori elettrici di trazione. Nel primo caso, il motore viene modificato per poter bruciare efficacemente l'idrogeno all'interno del cilindro. Il grosso del problema tecnologico si sposta all'alimentazione del motore e alla gestione e stoccaggio all'interno del veicolo di tale elemento, che in condizioni ambiente è un gas estremamente leggero e infiammabile.

18 Nel secondo caso, l'auto è essenzialmente un'auto elettrica, nella quale le batterie sono in parte o completamente sostituite da un reattore chimico in grado di trasformare l'idrogeno fornitogli e l'ossigeno presente nell'aria in energia elettrica, acqua e calore. Tale generatore è accompagnato da tutto il sistema necessaario per alimentarlo e gestirlo correttamente. Questi reattori, denominati pile a combustibile (o fuel cell stack, in termini anglosassoni), possono funzionare in diversi modi. Quelli più adatti all'uso veicolistico (temperature e sostanze in gioco) sono quelli ad idrogeno diretto, il cui elettrolita è costituito da membrane polimeriche a scmbio protonico. Senza scendere nel dettaglio, la pila a combustibile è in grado di combinare (tramite l'elettrolita solido e grazie ad opportuni catalizzatori che favoriscono la reazione) le molecole di idrogeno, che gli vengono fornite, con quelle di ossigeno presenti nell'aria. Durante la trasformazione viene generata corrente elettrica, che viene quindi utilizzata dal sistema di trazione direttamente o passando attraverso degli accumulatori (batterie), a seconda dell'architettura scelta per il veicolo.

19 Il principio è semplice, la tecnologia che ci sta dietro un po' meno. Infatti, oltre alla pila a combustibile, va progettato anche tutto ciò che si porta dietro e che serve a garantirne il corretto funzionamento: il così detto fuel cell system. Esso deve gestire l'idrogeno in pressione, il raffreddamento della pila a combustibile, la fornitura di aria, ecc... Come per la soluzione a combustibile interna, anche in questo caso resta il problema di imbarcare a bordo del veicolo idrogeno in quantità sufficiente. Tra le due tipologie elencate di auto a idrogeno, quella più promettente (perché più efficiente e ad emissioni nocive effettivamente nulle) è quella che utilizza le pile a combustibile. Le famose auto a fuel cell adottano proprio questa soluzione. D'ora in avanti si farà riferimento solo a questa tipologia di alimentazione quando ci si riferirà all'auto a idrogeno. L'idrogeno può essere immagazinato a bordo veicolo direttamente oppure può essere ricavati da altri combustibili (benzina, metano, etanolo, ecc..) tramite i così detti reformers, che operano una generazione di idrogeno al volo e a seconda delle necessità. L'immagazzinamento diretto è la soluzione migliore (allo stato attuale) per quanto concerne efficienza ed inquinamento.

20 Funzionamento della pila a combustibile Le molecole di idrogeno perdono il loro elettrone e passano attraverso un elettrolita costituito da una membrana polimerica in grado di favorire la migrazione degli ioni idrogeno (protoni) verso il catodo. Qui si combina con l'ossigeno presente nell'aria e con gli elettroni che, nel frattempo, sono passati attraverso l'utilizzatore fornendogli energia. Il risultato è la formazione di molecole d'acqua e calore (dovuto alla, seppur minima, inefficienza della pila).

21 Differenze rispetto alle auto normali Iniziamo il confronto da un punto chiave (e dolente, per questa tecnologia), ovvero dall'accumulo di energia a bordo veicolo. Nelle auto con motore a combustione interna, il combustibile, che fornisce l'energia necessaria al motore, è costituito essenzialmente da benzina o gasolio (trascuriamo, in questa sede, metano GPL). Questi idrocarburi, in condizioni ambiente, sono allo stato liquido, con una densità piuttosto elevata, circa 780 kg/m3 (media tra benzina e gasolio) ovvero poco meno dell'acqua. L'idrogeno, invece, nelle stesse condizioni si trova allo stato gassoso, con una densità bassissima, circa 0,09 kg/m3 (più di 8500 volte in meno!).

22 Risulta quindi molto chiaro che, per imbarcare nel veicolo la stessa quantità (in massa) di idrogeno e benzina, se le condizioni restano quelle ambiente, sarebbe necessario un serbatoio 8500 volte più grande di quello a benzina! Impensabile. Ecco quindi una prima grandissima differenza. Anche se l'idrogeno, a parità di peso, sarebbe in grado di fornire un'energia di oltre 2,5 volte superiore rispetto a quella degli altri due idrocarburi, la sua bassissima densità lo penalizza in modo allarmante per quanto concerne i volumi del serbatotio. Per risolvere il problema, le soluzioni adottate son principalmente due:

23 - Serbatoi criogenici, in grado di mantenere l'idrogeno a temperature bassissime ed allo stato liquido aumentandone la densità e quindi riducendo il volume richiesto; - Bombole in pressione, si aumenta la densità aumentando la pressione all'interno della bombola. Con queste soluzioni, si riesce ad ottenere un'autonomia del veicolo sufficiente ad utilizzi urbani ( km con un pieno), con volumi del serbatoio di dimensioni non eccessive. Delle due soluzioni, quella con bombole in pressione è la più utilizzata. Questo perch la liquefazione dell'idrogeno ed i serbatoi criogenici sono costosi e le comlicazioni a livello di impianto di alimentazione a bordo veicolo sono notevoli. Inoltre, per mantenere temparature di oltre 200 gradi sotto lo zero, questi serbatoi sfruttano l'evaporazione dell'idrogeno in essi contenuto... insomma, l'auto consuma anche da ferma! Lo stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione si porta dietro anch'essa degli svantaggi. L'idrogeno va compresso, con un costo a livello energetico notevole, fino a pressioni che possono raggiungere i 700 bar. Ci sono complicazioni a livello di alimentazione e distribuzione a bordo veicolo e c'è la pericolosità connessa all'elevatissima energia elastica legata a pressioni così elevate.

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