Home Academy Mobilità elettrica o… mobilità elettrica? Alcune considerazioni sulla mobilità ad idrogeno.

Mobilità elettrica o… mobilità elettrica? Alcune considerazioni sulla mobilità ad idrogeno.

25
CONDIVIDI
mobilità ad idrogeno

Alcuni nostri articoli sul tema della mobilità ad idrogeno  (leggi) hanno suscitato un acceso dibattito fra i lettori. Come sempre avviene, la platea si è divisa tra favorevoli e contrari. Spesso, però, avendo cognizioni superficiali sulla tecnologia della mobilità all’idrogeno. Il professor Alessandro Abbotto, direttore del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano – Bicocca, studia l’argomento da anni, Già nell’intervista pubblicata l’altro ieri (leggi) aveva espresso fiducia nello sviluppo di questa tecnologia. In questo intervento approfondisce il suo pensiero. La mobilità ad idrogeno, spiega, è una prospettiva già attuale per il trasporto pesante su terra e mare. Ma le ricerche in corso possono aprire nuovi orizzonti anche per l’auto.   

 

                                              di Alessandro Abbotto

mobilità ad idrogeno
Alessandro Abbotto

Esordisco col mettere in evidenza un aspetto che in genere viene poco sottolineato. Le automobili ad idrogeno sono automobili con un motore elettrico, né più né meno delle automobili comunemente dette “elettriche”. Anche per loro si usa comunemente l’acronimo inglese EV (electric vehicle), come per le automobili elettriche, ma precedute da FC (FCEV), dove FC sta per Fuel Cell (cella a combustibile). La differenza principale consiste proprio nella provenienza dell’energia elettrica che fa funzionare il motore. In un’automobile elettrica l’energia elettrica viene prodotta altrove, da fonti fossili e rinnovabili, e poi immagazzinata in batterie ricaricabili.

Sono due facce della stessa medaglia

In un’automobile ad idrogeno la corrente di elettroni viene prodotta in situ attraverso una cella a combustibile che, a partire da idrogeno (conservato in un serbatoio, e questo è invece un elemento in comune con le automobili a benzina o diesel) e ossigeno (aria), produce acqua e, appunto, corrente elettrica. Quindi non sono due modi competitivi ma due facce diverse della stessa medaglia. La domanda che possiamo porci è pertanto: conviene produrre energia elettrica altrove e conservarla in batterie o produrla, in maniera pulita, laddove ne ho bisogno, ovvero nella stessa autovettura?

A mio parere la mobilità ad idrogeno diventa interessante nel trasporto pesante verde, per mare o su terra. Nel secondo caso è interessante nell’autotrasporto pesante su ruota, dove lunghe percorrenze e rifornimenti veloci sono necessari. Già oggi sono possibili autonomie di oltre 1200 km con un pieno di idrogeno da 15 minuti, valori al momento irrealizzabili con le batterie (https://nikolamotor.com/one).

mobilità ad idrogeno
Hyundai Nexo

Idrogeno e batterie a confronto

Ma per l’auto trasporto leggero, le automobili private, conviene? Innanzitutto va detto che i modelli ad idrogeno stanno pian piano crescendo (Toyota, Hyundai) e presto ve ne saranno altri (Audi, Volkswagen, Honda, ecc.). La Hyundai Nexo, venduta anche in Italia, raggiunge autonomie dichiarate di 800 km, paragonabili alle migliori automobili elettriche oggi disponibili, ma con un tempo di ricarica di circa 3 minuti. Se poi pensiamo alla densità di energia non c’è confronto. Un kg di idrogeno conserva oltre 200 volte l’energia contenuta in 1 kg di batterie a litio-ione.

Tornando alla domanda di sopra, a mio parere in un paese come l’Italia dove certe abitudini legate al trasporto tradizionale sono dure a morire (nel I semestre 2020 sono state vendute in Italia poco più dell’1% di auto elettriche, contro il 48% della Norvegia o il 6% della Francia; peggio di noi solo Spagna, che però ci doppia nell’ibrido plug-in, e Grecia) la risposta è: potrebbe essere. Conviene prendere adesso un’auto ad idrogeno in Italia? Assolutamente no, e lo dico anche da fiero possessore di 1 (presto 2) automobili elettriche (su 2) in famiglia. Ma il motivo principale non è la tecnologia in sè ma la pressoché totale mancanza di distributori (al momento solo 1, sull’Autobrennero a Bolzano Sud, su prenotazione). Ma se qualcuno mi facesse la stessa domanda in Germania, Giappone, Corea del Sud o California del Sud, allora la risposta cambierebbe.

mobilità ad idrogeno
Stazione di servizio e camion ad idrogeno secondo Nikola Motor

In Italia manca il rifornimento. Ma all’estero…

Nikola Motor sta creando negli Usa una rete di distributori analoga ai Supercharger Tesla, con una previsione di produzione di 40.000 kg per giorno di idrogeno (ogni automobile porta un pieno di circa 6 kg). In Germania già oggi esistono quasi 100 stazioni di rifornimento ad idrogeno (quasi quintuplicate rispetto a 4 anni fa), 40 in California (US Department of Energy, afdc.energy.gov), 111 in Giappone (che diventeranno oltre 600 in 5 anni). E’ chiaro che stiamo parlando di situazioni molto diverse dal nostro paese dove al momento siamo fermi ad 1! Io ho parlato con un tedesco che è sceso con la sua automobile ad idrogeno in Italia e vi posso assicurare che l’entusiasmo di guida è analogo, se non superiore, a quello dell’automobile elettrica.

Quindi tutto bene? La risposta è no e il motivo non è solo il costo dell’automobile ad idrogeno (comunque paragonabile, se non inferiore, a quello di diverse auto elettriche anche di successo) o del numero di stazioni di rifornimento (che abbiamo visto dipende molto da quale parte del mondo consideriamo) ma anche, o soprattutto, il modo con cui oggi l’idrogeno viene prodotto. L’idrogeno, che non si trova come tale sul pianeta (e quindi non è di per se una fonte di energia ma un carrier, trasportatore) oggi proviene al 95% da una reazione detta di steam reforming da metano (quindi un combustibile fossile!), che produce monossido di carbonio e anidride carbonica (!!). Quindi siamo al punto di partenza.

L’idrogeno è un vettore di energia pulita ma viene prodotto in modo “sporco”. E’ quindi importante trovare metodi alternativi per produrlo in modo pulito ed economicamente accettabile (da metano oggi l’idrogeno costa circa 1-3$ /kg). Già oggi è possibile produrlo da elettricità da fonti rinnovabili (ad es. fotovoltaico o idroelettrico) e elettrolizzatori, che scindono acqua in idrogeno e ossigeno, ma è un processo dispendioso dal punto di vista energetico, poco efficiente e il costo è ancora elevato (H2 Sudtirol lo vende alla stazione di Bolzano a 11.3 €/kg IVA escl).

L’obiettivo? Acqua+Sole=idrogeno

Inoltre, chiunque osserverebbe che un processo in cui dell’energia elettrica viene utilizzata per produrre idrogeno (con immancabili perdite ed efficienze minori del 100%), per poi riprodurre da capo energia elettrica non sarebbe certo un sistema efficiente rispetto ad utilizzare direttamente l’energia elettrica, attraverso una batteria, in un’auto elettrica. E’ per questo che nel mio dipartimento, e in altri centri di ricerca, siamo conducendo ricerche per produrlo in modo ancora più pulito ed efficiente direttamente da sole e acqua, due fonti verdi (anzi, verdissime) e abbondanti (anzi, inesauribili).

mobilità ad idrogenoA livello europeo un grosso network composto da importanti centri di ricerca (tra cui il nostro) e industrie è stato organizzato per raggiungere questo obiettivo entro i prossimi 10 anni (https://www.sunergy-initiative.eu/). Uno dei leader a livello europeo è Nicola Armaroli, direttore della rivista Sapere e uno dei massimi esperti nel campo della mobilità elettrica (nonché autore in questa rubrica). Ma qui l’orizzonte è ancora a più lungo termine, anche se molti passi in avanti, soprattutto nel campo dei nuovi materiali, sono stati fatti nell’ultimo decennio.

In conclusione: la mobilità ad idrogeno è solo un altro aspetto della nuova (e speriamo presto predominante) mobilità pulita elettrica. Cambia solo l’approccio ma non la vision. Nel medio-lungo termine diventerà sempre più importante, soprattutto quando nuove tecnologie pulite ed efficienti di produzione di idrogeno diventeranno percorribili.

 

25 COMMENTI

  1. Volevo chiedere all’autore dell’articolo quali sono le potenzialità dell’idrogeno come sistema di accumulo per immagazzinare l’energia in eccesso prodotta dalle rinnovabili e riutilizzarla quando se ne produce poca. Ho letto che sono in corso anche studi in questo settore poichè non raggiungeremo mai una produzione di energia interamente da rinnovabili se non riusciamo ad accumulare l’energia in eccesso nei momenti di picco e riutilizzarla nei momenti di scarsa produzione

    • Effettivamente il problema dell’accumulo della produzione da rinnovabili è una delle grandi sfide per l’ingegneria elettrica del nostro tempo.
      L’idrogeno una possibilità, ma soffre di scarsa “efficienza di ciclo” Il ciclo è elettricità->idrogeno->elettricità. Nel primo passaggio le efficienze che si ottengono sono quando va bene dell’80% nel secondo del 60%. L’efficienza di ciclo si calcola moltiplicando i due parziali, quindi 0,8×0,6=0,48=48%. Cioè metà dell’energia si perde per strada.
      Quindi anche per la rete si pensa ad accumuli inbatterie (oltre ad altri sistemi fra cui l’idrogeno). C’è molto interesse su batterie diverse da quelle veicolari, le cosiddette batterie a flusso (o Redox)

  2. Riassumendo: l’elettrico è forte nel costo, l’idrogeno nel potere energetico e nella capacità di stoccaggio e distribuzione, qualche problema di sicurezza da risolvere.Questo ad oggi. Ho capito bene?

    • Ingegneristicamente l’idrogeno per autotrazione è anche più complesso dell’elettrico liscio.

    • Be’, perfetto… Per dirne una, sole e soprattutto acqua non sono inesauribili, sebbene per i nostri usi e capacità possano sembrarlo. Ma in un articolo in cui vuoi convincermi che la tal forma di energia non è una patacca, non puoi permetterti certe imprecisioni.

      • Sole ed acqua non sono inesauribili?
        Ma su serio si può scrivere una cosa cosi?
        Per il sole è inutile anche rispondere.
        Per l’acqua basta prendere in mano un mappamondo…

        • Ma quando si spegnerà il sole cosa ce ne faremo di tutti questi pannelli fotovoltaici?!?!!111!
          😀

          • Eh, eh! Già! 😀

            Non sarà un problema, perché prima di diminuire drasticamente la luminosità, il sole avrà già spazzato via la Terra.

        • Savio, lei può dimostrare quello che dice? Io si.

          È possibile che confonda il significato del termine “inesauribile” con quello dell’espressione “molto grande”?

          Ad esempio, se in una giornata serena lei alza gli occhi al cielo è certamente indotto a credere che l’aria che respira sia “inesauribile”. Se così fosse, però, perché preoccuparsi di Bolosnaro che brucia la foresta amazzonica che pulisce proprio l’aria che lei ed io respiriamo? Sarebbe un controsenso, se l’aria fosse infinita.

          • Lei invece non ha chiaro il concetto di inesauribile derivato dal fatto che una fonte di energia è rinnovabile. Anche secondo me sul solepossiamo metterci una pietra sopra. è ridicolo parlarne visto che piu o meno durerà altri 5 miliardi di anni. l’acqua e l’aria si possono riciclare e di certo, sviluppando tecnologie rispettose proprio di questi elementi, ne aumenteremo la possibilità di rigenerazione. Riguardo Bolsonaro, Trump e molti altri, l’unico provvedimento efficace è far studiare i nostri figli per dar loro un cervello pensante nel momento di andare a votare

          • Marco, se lei avrà la bontà di rileggere tutto quello che ho scritto – “sole e soprattutto acqua non sono inesauribili, sebbene per i nostri usi e capacità possano sembrarlo”, senza estrapolare soltanto “sole e soprattutto acqua non sono inesauribili”, si accorgerà che diciamo le stesse cose.

            Infatti lei conferma quello che ho detto, quando ricorda che, fra 5 miliardi di anni, la nostra piccola stella finirà il suo ciclo e smetterà di mandarci tutta l’energia elettromagnetica che ci manda ora tenendoci in vita.

            Non sono invece d’accordo sul “mettere una pietra sopra”, come non ero d’accordo con Savio sul “per il sole è anche inutile rispondere”: io osservavo semplicemente che “Articolo PERFETTO.” non è.

            Un cervello pensante è utile anche e non solo per votare, ma in molte altre attività della nostra vita, ad esempio leggere e capire i commenti degli altri.

  3. Importante premessa: sono assolutamente favorevole alla ricerca e quindi non discuto che quanto fatto dal Professor Abbotto sia importante e doveroso, anche perché ci saranno applicazioni dove l’idrogeno ha senso, in particolare per applicazioni stazionaria, ma non per l’automotive…
    …quello che manca è il passaggio dal centro di ricerca alla produzione di qualcosa di obiettivamente sensato e qui si vedono i limiti della visione da ricercatore, perché dal punto di vista ingegneristico non mi serve a niente sapere che 1kg di idrogeno sviluppa 200 volte l’energia di 1 kg di batterie perchè 1 kg di batterie mi fornisce energia elettrica pronta all’uso mentre 1 kg di idrogeno lo devo mettere in bombole a 700 bar, quindi multistrato, voluminose e pesanti e poi mi serve una fuel cell che pesa e occupa altro spazio oltre ad avere un’efficienza ridicola rispetto alle batterie. Come faccio a progettare un’auto concorrenziale con le batterie in queste condizioni?
    Alcuni dati per capirci: Toyota Mirai FWD con serbatoio da 5 kg ha soltanto 4 posti e pesa 1850 kg mentre Tesla Model 3 Long Range AWD con 5 posti pesa 1847 kg. Capacità di carico Mirai 361 litri, Model 3 542 litri. Potenza Mirai 113 kW, Tesla 258 kW (ok, qui ad essere sovradimensionata è obiettivamente la Model 3). Dimensioni Mirai L 4890 mm, W 1810 mm, H 1535 mm; Model 3 L 4690 mm, W 1930 mm, H 1440 mm. Quindi è vero che l’idrogeno pesa poco ma quello che serve per contenerlo e ritrasformarlo in energia elettrica è molto voluminoso e pesante già rispetto alle attuali batterie, figuriamoci rispetto alle batterie di nuova generazione.

    • Ciao Leo, ormai siamo amici, ci ritroviamo di nuovo a dibattere. Sono d’accordo che l’auto è l’applicazione meno indicata per l’idrogeno, per quello che è lo stato dell’arte. Ho appena comprato un’auto elettrica, ca va sans dire. Però l’idrogeno mi ha intrigato, per tutte le applicazioni “pesanti” energicamente, e anche per una credo migliore compatibilità ambientale. Il reperimento delle materie prime, lo smaltimento e riciclo delle batterie mi sembra ancora complicatino, sempre ad oggi. Io credo molto nella convivenza dei vari strumenti per produrre energia. C’è anche un fattore “politico” di non poco conto. Generare e stoccare energia sotto forma di idrogeno è più democratico. Sole e acqua sono a disposizione di tutti, al contrario di cobalto e nichel.

    • In linea teorica credo tu abbia ragione e, sempre teoricamente, lo stoccaggio stagionale di energia sotto forma di idrogeno è una buona idea anche se non è efficiente. Quello che sto cercando di dire è che a causa dell’inefficienza dei processi coinvolti lo stoccaggio giornaliero conviene farlo con le batterie che hanno prestazioni e in particolare velocità di risposta molto maggiori a costi inferiori. Ben presto i picchi che oggi sperimentiamo saranno attenuati e poi eliminati dalle batterie. Per avere picchi di produzione stagionale dobbiamo aspettare quote di rinnovabile sopra l’80% ed è per questo che ho detto che occorre fare ricerca sull’idrogeno ma occorre anche restare coi piedi per terra e rendersi conto che solo tra parecchi anni potremo vedere applicazioni dell’idrogeno profittevoli che saranno principalmente applicazioni stazionarie. Per trasporti, anche aerei o navali, è meglio sintetizzare combustibili liquidi che hanno una densità volumetrica di energia maggiore e sono più semplici da immagazzinare.

    • Mi chiedevo, appunto, 1 kg di plutonio quanta energia contiene in più rispetto a 1 kg di batteria? Se fosse molto, ma molto maggiore, perché non pensare a un veicolo sicuro e sgillato in fabbrica da restituire per lo smaltimento controllato a fine vita? Niente più ansia da percorrenza, ricerca di colonnine elettriche, idrogeno, o benzina: comperi l’auto e vai finché non è ora di rottamarla.

      • certo. già mi immagino 30 milioni di auto solo in Italia con batteria al plutonio da smaltire. Grande idea. Tra l’altro il plutonio in natura non esiste. viene prodotto partendo dall’uranio, quindi ulteriore spreco di energia. In fine..quanto costa produrre una batteria tanto pericolosa e fatta con un materiale tanto costoso ? e in caso di incidente ?
        Questa non è nemmeno fantascienza..è follia pura

        • Marco, ero ironico. Riprendevo il confronto, esasperandolo, fatto nell’articolo tra 1 kg di idrogeno e 1 kg di batteria li-ion e ne evidenziavo i vantaggi, sorvolando sugli svantaggi.

          La prossima volta, farò ampio usi di faccine così che il commento sia classificato correttamente da chi legge.

  4. Tutto questo in attesa di produrre tanta … ma veramente tanta energia elettrica da fonti rinnovabili.
    Italia: circa 316 terawattora è il consumo annuale di energia elettrica. Solo 116 terawattora derivano da fonti rinnovabili. Quindi bisogna produrre 200 terawattora più altri 80 terawattora se tutte le auto fossero elettriche a batteria, ma 200 più 240 terawattora se le auto fossero a idrogeno (perchè alla fine delle conversioni è utilizzabile solo il 30 % dell’elettricità). Quindi ad oggi mancano all’appello da 280 a 440 terawattora di elettricità da fonti rinnovabili. Manca l’elettricità da rinnovabili eppure ti danno 10.000 euro per comprare l’auto elettrica …boh….

    • Certo che servono più rinnovabili: infatti, “ti danno”, come dice lei, anche il 50% di credito d’imposta se installi pannelli fotovoltaici e il 110% se efficienti la casa. Mi sembra una politica coerente. Infatti nel primo semestre 2020 la produzione elettrica da fonti rinnovabili è già salita al 50% dei consumi. La sua alternativa?

      • La produzione è salita al 50 % rispetto ai consumi ….perchè sono diminuiti i consumi a causa di tutte le politiche legate al coronavirus ma …”….complessivamente la produzione netta da fonti rinnovabili nei primi sei mesi del 2020 è stata di 58,1 TWh (+3,9% rispetto allo stesso periodo del 2019)…”. 300 terawattora di energia elettrica rinnovabile al 2050 vuol dire 10 terawattora da aggiungere ogni anno … Sono 7 o 8 anni che la produzione rinnovabile è sempre lì che oscilla tra i 110-120 terawattora all’anno.
        Un’alternativa?…. Se il privato non basta deve inserirsi lo stato e poichè adesso la sovranità monetaria ce l’ha la Banca Centrale Europea, è lei che deve “stampare i soldi” per produrre i pannelli fotovoltaici o le turbine eoliche o migliorare la rete elettrica…

        • I consumi di elettricità in Italia e nell’Ue stanno calando da molti anni; non per causa del coronavirus, ma per la politica dell’Unione europea che è in linea con gli obiettivi di Parigi.Efficientamento energetico di abitazioni e industria hanno già generato un surplus di capacità produttiva di quasi il 20%. E’ una tendenza che proseguirà, anche grazie alla politica espansiva della Bce (con il quantitative easing di fatto è come se la Bce stampasse moneta), al Green Deal europeo e anche al Recovery Fund che come lei saprà è fortemente orientato alla sostenibilità. Quindi lei ha perfettamente ragione. Quello che non considera è che si tratta esattamente di ciò che si sta già facendo da anni.

          • Vorrei veramente che l’efficientamento enrgetico sia una tendenza che proseguirà, facendo diminuire la richiesta di energia, ma, resto pessimista.
            Se è stata fatta una politica da diversi anni a livello europeo e italiano che è bastata per raggiungere il 20- 20 -20, adesso l’obiettivo al 2050 è molto più in salita.
            Parlo per l’Italia, …devo ripetrelo: sono 7 o 8 anni che la produzione rinnovabile è sempre lì che oscilla tra i 110-120 terawattora all’anno. Il governo deve fare un piano ben preciso (…magari esiste già, non lo sò…) per programmare, fare e infine produrre ogni anno 10 terawattora in più rispetto all’anno precedente di energia elettrica da fonti rinnovabili …

Comments are closed.