Auto a idrogeno: Dall'articolo su Green del 2011 al Progetto Emobility 2.0 del 2025. 14 anni di divulgazione

 

Come funziona un’auto a idrogeno

Alla base dei veicoli elettrici a idrogeno c’è la citata Fuel Cell o cella a combustibile. Si tratta di un incredibile dispositivo, sviluppato dalla NASA fin dal programma Gemini (1961) e poi diventato fulcro del programma trentennale dello Space Shuttle, in grado di produrre energia elettrica per via elettrochimica a partire da idrogeno (H2) e ossigeno (O2). L’ossigeno viene prelevato direttamente dall’aria. Il risultato è la formazione di acqua, come innocuo gas di scarico e, appunto, elettricità. Quindi è un dispositivo ingegnoso e, allo stesso tempo, pulitissimo, perché produce come gas di scarico vapore acqueo.

Celle a combustibile

 

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico in grado di convertire direttamente l’energia chimica in energia elettrica tramite un processo a temperatura costante in cui l’idrogeno viene combinato con l’ossigeno per formare acqua. Il principio di funzionamento della cella a combustibile fu scoperto nel 1839 dal fisico inglese William Grove. Quasi cento anni dopo, sempre in Gran Bretagna, l’ingegnere Francis Th. Bacon sviluppò ulteriormente l’invenzione di Grove, dedicando particolare attenzione alla morfologia degli elettrodi e al ruolo del catalizzatore nel promuovere i processi di cella. In tempi più recenti si sono avuti ulteriori sviluppi tecnologici, prima negli anni Settanta, a seguito dei programmi spaziali che hanno selezionato le celle a combustibile quali sistemi preferenziali per l’alimentazione elettrica a bordo di importanti missioni, come i programmi Gemini e Apollo e, più recentemente, in relazione alle loro potenzialità nel rinnovamento energetico (ciclo di idrogeno) e nel trasporto ecosostenibile (veicoli elettrici).

Il funzionamento di una cella a combustibile è basato sulla seguente reazione elettrochimica:

H₂ (g) + ½ O₂ (g) → H₂O (l)

che comporta la combustione dell’idrogeno gassoso con l’ossigeno gassoso con formazione di acqua. L’idrogeno è il combustibile più utilizzato, ma possono essere adoperati anche alcoli o benzine. Poiché l’idrogeno non è una risorsa naturale è necessario che venga prodotto sfruttando dei processi che includono l’elettrolisi dell’acqua, il cracking o il reforming in corrente di vapore di combustibili organici quali il gas naturale, il metanolo o gli idrocarburi. Tra tutti questi processi di sintesi, solamente l’elettrolisi dell’acqua dà luogo a idrogeno puro, mentre dagli altri si ottengono miscele in cui l’idrogeno è presente con altri componenti gassosi, in genere indesiderati in quanto possono influire sul corretto funzionamento della cella a combustibile.

In linea di principio, una cella a combustibile è simile a una batteria elettrochimica, come per esempio il noto accumulatore piombo-acido. Infatti, entrambi i dispositivi sono in grado di convertire direttamente l’energia chimica in energia elettrica, combinando un elettrodo negativo, o anodo (idrogeno nella cella a combustibile e piombo nell’accumulatore), con uno positivo o catodo (ossigeno nella cella a combustile e biossido di piombo nell’accumulatore) posti a contatto con un opportuno mezzo a conduzione di ioni o elettrolita (una serie di sistemi protonici o alcalini nella cella a combustibile, soluzione di acido solforico nell’accumulatore). Vi è, tuttavia, una differenza tra i due dispositivi in quanto, mentre una batteria è un sistema chiuso che funziona consumando i componenti attivi agli elettrodi, la cella a combustibile lavora grazie a un flusso di reagenti gassosi riforniti dall’esterno. Ne segue che la batteria è limitata nella sua durata dalla quantità di reagenti che ha nel suo interno e necessita di un processo di carica per ripristinare le sue condizioni iniziali, mentre una cella a combustibile garantisce una vita di esercizio continua fino a quando essa viene rifornita con i reagenti gassosi.

 

Qual è il vantaggio del motore a idrogeno

Ma la peculiarità del trasporto a idrogeno risiede in un altro aspetto. L’idrogeno, a differenza dell’elettricità, è un combustibile, come la benzina o il metano. E, come tale, può essere immagazzinato per mesi o anni e trasportato dove si vuole, mentre l’energia elettrica può essere stoccata in una batteria solo per un tempo limitato. A chi non è capitato di trovare il proprio tablet o cellulare semi-scarico anche senza averlo utilizzato? Con l’idrogeno, come per la benzina, questo non accade. Rimane sempre lì, pronto all’uso.

In aggiunta, presenta un vantaggio che probabilmente sarebbe molto gradito agli automobilisti italiani, almeno a giudicare dalla risposta timida verso la mobilità elettrica. Quanti italiani hanno rinunciato all’acquisto di un’automobile elettrica a causa della presunta difficoltà di ricaricare la batteria, un’operazione che richiede da qualche decina di minuti a molte ore partendo da una batteria scarica, o per le apparenti scarse autonomie? Ebbene, un veicolo a idrogeno è in grado di effettuare un pieno in circa tre minuti, garantendo un’autonomia di 600-700 km. Come e più di un’automobile a benzina. Con un’importante differenza: quando guidate lasciate dietro di voi solo acqua, anziché CO2 e velenosi gas di scarico. Non è poco!

In breve, tempi di rifornimento rapidissimi, elevate autonomie e nessuna emissione di gas inquinanti o velenosi.