Non è ancora possibile acquistare un’auto a idrogeno. Se vivi in California, invece, puoi noleggiarne uno. Non sorseggia benzina. Non inquina l’aria. Lo scarico è solo vapore. Il carburante misterioso è l’idrogeno. Questo è l’elemento più semplice e abbondante nell’universo. Alcuni esperti ritengono che tra 20 o 30 anni guideremo tutti questi veicoli a basso consumo di carburante.
L’idea non è nuova. La tecnologia per l’utilizzo dell’idrogeno per generare energia risale alla prima parte del XIX secolo. È più vecchio dell’automobile stessa. La novità è vedere sulle strade un’auto alimentata a idrogeno. Dal tubo di scarico esce vapore invece di gas maleodoranti. Oggi esistono diverse auto a idrogeno. La maggior parte sono concept car. Queste macchine da guida ecologiche includono la Chevrolet Equinox. La BMW 745h è un altro esempio. La Honda FCX è quella attualmente disponibile per il noleggio in California.
Ciò che rende possibile un’auto a idrogeno è una cella a combustibile. Converte l’idrogeno in elettricità. Gli unici sottoprodotti sono calore e acqua. Poiché non inquina, l’idrogeno sembra il combustibile ideale per il 21° secolo. Molte persone nel governo e nell’industria automobilistica sono entusiaste del suo potenziale. Le auto a idrogeno hanno il potenziale per essere efficienti nei consumi. Offrono la speranza di una guida ecologica ed ecologica.
“A meno che non vi capiti di vivere in parti molto specifiche del paese e di avere le tasche piene di contanti, non aspettatevi un’auto a idrogeno nel vostro vialetto entro il prossimo decennio.”
Ci sono ancora molti problemi da superare. È necessario rispondere a alcune domande prima che l’idrogeno diventi il carburante preferito. Deve fare molta differenza nel nostro attuale utilizzo dei combustibili fossili. Ad esempio, dove troveremo l’idrogeno? Quanto costerà l’acquisto di queste auto a basso consumo di carburante? Riuscirai a trovare una stazione di rifornimento di idrogeno per riempire il tuo serbatoio? E, cosa forse più importante, l’idrogeno come combustibile è davvero così non inquinante come sembra?
Esamineremo queste domande nelle pagine che seguono. Ma possiamo darti una risposta rapida proprio adesso. A meno che non vi capiti di vivere in parti molto specifiche del paese e di avere le tasche piene di contanti, non aspettatevi un’auto a idrogeno nel vostro vialetto entro il prossimo decennio.
Celle a combustibile a idrogeno
Sir William Robert Grove non si è limitato a inventare un gadget. Ha invertito la fisica. Nel 1839, lo scienziato gallese prese l’elettrolisi, il processo che utilizza l’elettricità per dividere l’acqua in idrogeno, e la capovolse. Ha creato l’elettricità e l’acqua dall’idrogeno. La chiamò batteria a gas voltaico. La chiamiamo cella a combustibile a idrogeno.
Decenni dopo, Francis Bacon perfezionò la tecnologia. Questa invenzione è il cuore del moderno veicolo a idrogeno.
Dalle capsule spaziali alle strade delle città
La General Electric costruì il primo sistema pratico all’inizio degli anni ’60. Alimentava le capsule spaziali orbitali. Negli anni ’90, le celle a combustibile facevano funzionare gli autobus urbani. La fattibilità non era una supposizione. È stato dimostrato.
Pensa a una cella a combustibile come a una batteria con un problema di ego. Una batteria contiene il carburante al suo interno. Una cella a combustibile deve essere ricaricata. Il suo carburante è l’idrogeno. È l’elemento più semplice. Un elettrone. Un protone.
La cellula genera energia strappando gli elettroni ai protoni. Quegli elettroni fluiscono come una corrente pura. Gli atomi di idrogeno ionizzato incontrano l’ossigeno. Formano acqua. Il calore è l’altro sottoprodotto. Quell’acqua di solito esce sotto forma di vapore.
Zero emissioni dallo scarico. Guidi, espiri vapore.
I meccanismi del PEM
Le auto utilizzano un tipo specifico di cella. La cella a combustibile con membrana a scambio polimerico. È leggero. È piccolo.
Ha due elettrodi. Un anodo carico negativamente. Un catodo carico positivamente. Un catalizzatore. E una membrana.
L’idrogeno entra come molecole di H2. Due atomi di idrogeno legati insieme. Il catalizzatore sull’anodo rompe il legame. Ottieni ioni idrogeno (protoni) ed elettroni. Gli ioni passano attraverso la membrana. Gli elettroni non possono. Devono andare in giro.
Quella deviazione è il potere. Sfrutti quel flusso per lavorare.
L’ossigeno entra dal catodo. I protoni e gli elettroni si riuniscono lì. Si uniscono con l’ossigeno. Forme d’acqua. La maggior parte diventa scarico.
Le cellule sono piatte. Magro. Si impilano. Più celle nello stack significano una tensione più elevata. Matematica semplice.
L’iniziativa Freedom Fuel
Molti ritenevano che i veicoli a basso consumo di carburante, come le auto alimentate a idrogeno, fossero la risposta alla domanda energetica del 21° secolo. Nel 2003, il presidente George W. Bush ha espresso questa convinzione. Ha annunciato una Freedom Fuel Initiative da 1,2 miliardi di dollari.
L’obiettivo? Sostenere lo sviluppo delle celle a combustibile.
I vantaggi principali rispetto ai combustibili fossili sono due. Innanzitutto, il petrolio non è esaurito. Preserviamo le forniture esistenti. Riduciamo la dipendenza dal petrolio estero.
In secondo luogo, l’inquinamento scende a zero. Gli unici sottoprodotti sono calore e acqua. Le emissioni di carbonio delle automobili sono collegate al riscaldamento globale. Le celle a combustibile non si aggiungono a quella pila.
Nella pagina successiva, esamineremo la produzione. Come sono costruite queste auto. E, cosa ancora più importante, da dove proviene l’idrogeno.
Produrre un’auto a idrogeno non è scienza missilistica. È appena diverso dalla costruzione di un veicolo standard con motore a combustione interna. Naturalmente la trasmissione e l’architettura elettrica subiscono il colpo. Una pila di celle a combustibile genera elettricità anziché bruciare gas. Ciò significa che il propulsore condivide più DNA con un veicolo elettrico a batteria rispetto a una berlina tradizionale.
Il vero collo di bottiglia non sono le catene di montaggio. È il carburante stesso.
L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo. Costituisce circa il 90% di tutti gli atomi. Penseresti che estrarlo sarebbe banale. Ripensaci. È anche l’elemento più leggero esistente. Qualsiasi idrogeno libero sulla superficie terrestre non rimane al suo posto. Vola via nello spazio. Ciò che resta sul pianeta è sotto chiave. Più comunemente nelle molecole d’acqua (H2O). L’acqua copre la superficie di questo pianeta. Molto.
Quindi, come dividiamo quelle molecole di H2O? Oppure cerchiamo una fonte altrove?
Il metodo dell’elettrolisi
Il percorso più semplice risale a oltre 150 anni fa, a Sir William Grove. Elettrolisi. Passa una corrente elettrica attraverso l’acqua e le molecole di H2O si disgregano. Il processo rispecchia una cella a combustibile al contrario. Utilizza un anodo e un catodo, tipicamente realizzati con metalli inerti.
Quando la corrente colpisce l’acqua:
– L’idrogeno si accumula al catodo.
– L’ossigeno si raccoglie nell’anodo.
È lento. Ma è in scala. Puoi farlo a livello industriale. È pulito se l’elettricità è pulita.
La scorciatoia per il gas naturale
C’è un altro modo. Gas naturale. È pieno di idrocarburi. La riformazione del vapore estrae l’idrogeno da quel gas e lascia dietro di sé il carbonio. Questo è attualmente il metodo dominante per la produzione di idrogeno su scala industriale. Sarà probabilmente il primo metodo utilizzato per alimentare l’ondata iniziale di veicoli a celle a combustibile.
Ecco il problema. La riformazione del vapore si basa sui combustibili fossili. Se l’obiettivo è smettere di bruciare combustibili fossili, usare il gas naturale per produrre idrogeno è ironico. È probabilmente la peggiore fonte possibile di carburante “verde”.
Impianti grandi quanto un garage e automobili alimentate ad acqua
Alcuni esperti sognano impianti di idrogeno in miniatura. Quelli che stanno nel tuo garage. Non avresti bisogno di visitare una stazione di rifornimento. Faresti il pieno a casa.
L’estremo limite di questa idea suggerisce di eseguire l’elettrolisi all’interno dell’auto stessa. Un’auto che corre sull’acqua. Sembra fantascienza. Ma richiede potere. L’elettricità per l’elettrolisi deve provenire da qualche parte. Una batteria. Quindi, un’auto alimentata ad acqua avrebbe comunque bisogno di una ricarica periodica. Non è una macchina a moto perpetuo. Si tratta semplicemente di spostare la fonte di energia dalla pompa di una stazione di servizio a una presa a muro.
La strada da percorrere
Queste macchine a guida ecologica sono il futuro? Molti lo sperano. Ma il percorso verso un mondo alimentato a idrogeno è pieno di potenziali ostacoli. Costi di produzione. Lacune infrastrutturali. Perdite di efficienza.
Successivamente esamineremo questi intoppi.
Insuccessi delle auto a idrogeno
Senti ancora l’hype. Le celle a combustibile a idrogeno sono spesso dipinte come il Santo Graal del trasporto pulito. Sembra pulito. Sembra efficiente. Sembra il futuro. Ma la realtà è più complicata. Mancano decenni prima che questi veicoli dominino le strade. Gli ostacoli non sono solo tecnici. Sono economici, logistici e, francamente, un po’ imbarazzanti per i sostenitori della tecnologia.
Possiamo suddividere gli insuccessi in tre segmenti. Il primo è il denaro. Molto. Il secondo è la fisica dello stoccaggio di un gas che rifiuta di restare fermo. E la terza è la scomoda verità sulla provenienza effettiva dell’idrogeno.
L’incubo delle infrastrutture e il prezzo da pagare
Parliamo di dollari. Se oggi comprassi un veicolo a idrogeno, non avresti nessun posto dove metterci il carburante.
Le infrastrutture di rifornimento sono praticamente inesistenti. La California è l’eccezione. Il governatore Arnold Schwarzenegger ha spinto molto per questo in passato, quindi troverai le stazioni lì. Altrove? Prova a trovare un distributore. È come cercare un ago in un pagliaio.
Costruire quella rete non è economico. Stime pessimistiche fissano il costo di un’infrastruttura nazionale a 500 miliardi di dollari. E questo non è un progetto del fine settimana. Potrebbero volerci quattro decenni per farlo bene.
Poi c’è l’auto stessa.
Le celle a combustibile si basano sul platino come catalizzatore. Il platino è costoso. Molto costoso. Un singolo veicolo costa più di $ 100.000. Alcune stime arrivano addirittura più in alto. Ecco perché non li compri. Li affitti. E solo in mercati selezionati. L’acquirente medio non può permetterselo.
I ricercatori sono alla ricerca di catalizzatori più economici. Sappiamo che esistono nei laboratori. Nessuno sa quando aumenteranno la produzione di massa. Fino ad allora, il prezzo rimane una barriera.
Il problema della fisica dello stoccaggio
L’idrogeno è un gas. Si espande. Vuole riempire ogni centimetro cubo disponibile. Comprimerlo in un serbatoio per un’auto è un grattacapo ingegneristico.
Ma c’è un problema termico che la maggior parte delle persone non vede. Quando l’idrogeno si trova nel serbatoio di un’auto parcheggiata, si riscalda. Il gas si espande. La pressione aumenta. Il serbatoio deve sfogare l’idrogeno in eccesso per evitare rotture.
Lasciare l’auto ferma per qualche giorno? Potresti trovare il serbatoio vuoto. Tutto quel carburante è fuoriuscito perché la fisica della dilatazione termica lo ha costretto a fuggire. Ciò non è solo inefficiente. È un pericolo per la sicurezza.
L’idrogeno è altamente infiammabile. Ricordate il disastro dell’Hindenburg negli anni ’30? Quell’esplosione è stata probabilmente un incendio di idrogeno. È un timore fondato.
C’è un lato positivo, però. Gli incendi da idrogeno bruciano a temperature più basse rispetto agli incendi da benzina. Hanno meno probabilità di innescare esplosioni secondarie. E poiché l’idrogeno è più leggero dell’aria, sale verso l’alto. Se scappa, vola via velocemente. Non si accumula sul terreno come la benzina. Pertanto, il rischio di un’esplosione a livello del suolo è inferiore. Ma il pericolo di una perdita rimane una sfida ingegneristica persistente.
Il paradosso dell’inquinamento
Ecco il kicker. L’idrogeno è davvero non inquinante?
Il tubo di scappamento dice di sì. Le uniche emissioni di una cella a combustibile sono calore e acqua. Pulito. Puro. Bellissimo.
Ma guarda la fonte. L’idrogeno deve essere prodotto da qualche parte.
La maggior parte dell’idrogeno proviene dal gas naturale. Questo processo, chiamato reforming del metano a vapore, rilascia anidride carbonica. Stiamo utilizzando un combustibile fossile per creare un combustibile “pulito”. Sconfigge lo scopo.
Poi c’è l’elettrolisi. Dividere le molecole d’acqua utilizzando l’elettricità. Se l’elettricità proviene da una centrale elettrica a carbone, non fai altro che spostare l’inquinamento dall’auto alla rete elettrica. Non lo stai eliminando. Lo stai semplicemente spostando.
Le emissioni del ciclo di vita sono importanti. Se l’energia per produrre il combustibile è sporca, il combustibile è sporco.
L’alternativa ibrida
Gli ottimisti dicono che risolveremo questi problemi. Dicono che le infrastrutture arriveranno. I costi diminuiranno. Lo spazio di archiviazione si stabilizzerà.
Ma i tempi sono lunghi. Decenni, non anni.
Nel frattempo, abbiamo opzioni migliori per un’efficienza immediata. I veicoli elettrici ibridi sono qui ora. Funzionano. Sono convenienti. Puoi comprarli oggi.
La Toyota Prius. La Ford Fusion Ibrida. Queste auto non necessitano di una nuova infrastruttura. Non fanno affidamento su metalli rari come il platino a prezzi proibitivi. Non perdono carburante nell’atmosfera a causa della dilatazione termica.
Per ora, gli ibridi sono la scelta pragmatica. L’idrogeno potrebbe essere ancora l’obiettivo per un lontano futuro. Ma la strada è bloccata dalla fisica, dalla politica e dall’economia pura.
Continuiamo ad aspettare l’alba dell’idrogeno. Potrebbe venire. Ma prima il sole sorgerà altrove.
