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17/07/2018 - Mobilità: Arrivano le auto ad idrogeno

Creato il 17 luglio 2018 da Orizzontenergia

HYDROGEN CARS ARE ARRIVING

In the last years a lot of alternative fuel cars came on the market. Alternative fuels is an expression which comprehends a number of different technologies, normally everything is different from diesel and gasoline.

Alternative fuel and are concerning cars but also all other vehicles in generals, like bicycles, motorcycles, buses, in the futurefuture
Contratto a termine standardizzato, stipulato all'interno di un mercato regolamentato, in cui chi lo sottoscrive si prende l'obbligo di acquistare o vendere un determinato bene ad una data e prezzo prefissati.
probably tracks, too. Since many years, methane gas or LPG gas fueled cars have been  largely present on the streets, after decades of decline electric cars are in strong increase, in some countries ethanol cars are circulating in large number, and now apparently hydrogen gas cars are arriving on the market.

In this article there is a brief explanation of the main types of hydrogen cars, their functioning principles, their main advantages and disadvantages, and what is possible to say today about the risk assessment of hydrogen cars. 

Il Dr. Guido Zaccarelli a margine dell'evento organizzato da Toyota Motor Italia e dal Corpo Nazionale VVF, ha descritto per i nostri lettori i principali modelli di auto ad idrogenoidrogeno
Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell'acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l'idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell'idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell'aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
presenti ad oggi sul mercato focalizzando l'oggetto dell'approfondimento anche sui principi di funzionamento e sui principali vantaggi e svantaggi offerti da questa tipologia di auto.

ARRIVANO LE AUTO AD IDROGENO 

Negli ultimi anni si sono diffuse automobili alimentate a combustibili alternativi, cioè diversi da quelli tradizionali come benzina e gasoliogasolio
Prodotto derivante dalla distillazione del petrolio greggio. Viene utilizzato soprattutto per alimentare motori Diesel oppure negli impianti di riscaldamento civile. Nei motori Diesel, detti anche ad accensione spontanea, il gasolio viene iniettato nel cilindro dove trova aria molto compressa (anche 40 volte la pressione ambiante). Per poter essere impiegato nei motori il gasolio deve avere determinate caratteristiche, per esempio una buona capacità di accensione (soprattutto alla basse temperature) e un opportuno potere lubrificante.
. In realtà si tratta di una evoluzione che tocca non soltanto le automobili, ma tutti i veicoli in generale: dai motorini alle biciclette, agli autobus, in futuro forse anche ai camion. Già da molti anni sono in circolazione auto a metanometano
Idrocarburo che rappresenta il costituente principale del gas naturale.
o a GPLGPL
Miscela di idrocarburi gassosi, principalmente butano e propano derivanti dalla raffinazione di petrolio e gas naturale. Il GPL si presenta in forma gassosa a temperatura e pressione ambiente, mentre si presenta in forma liquida a temperatura ambiente se sottoposto a lievi pressioni. Questo è il motivo per cui il trasporto e lo stoccaggio del GPL sono agevoli, sia in forma gassosa attraverso reti urbane, sia in bombole o su carri cisterna. È caratterizzato da una grande versatilità d'uso, ma è normalmente più costoso del metano. È utilizzato per scopi di riscaldamento laddove non esiste una rete di metano capillare ed anche per scopi di autotrazione.
, dopo decenni di oblio sono prepotentemente tornate di moda le auto elettriche, in alcuni paesi sono molto diffuse le auto ad alcool (etanoloetanolo
Termine che indica l'alcol. Esso viene prodotto a partire dalla fermentazione di zuccheri.
), ora si affacciano sul mercato anche le auto ad idrogeno.

A questo proposito ha fatto notizia l’evento organizzato da Toyota Motor Italia S.p.A. e dal Corpo Nazionale VVF nel giugno di quest’anno alle Scuole Centrali Antincendio a Roma Capannelle, dove erano presenti fra gli altri Mauro Caruccio, Amministratore delegato di Toyota Motor Italia, e l’Ing. Gioacchino Giomi, Capo del Corpo Nazionale VVF, oltre a molti altri altissimi dirigenti dei Vigili del Fuoco.

Come mai proprio Toyota? Perché la Toyota Mirai[1] è una delle prime auto ad idrogeno in commercio[2], sebbene finora non abbia riscosso un travolgente successo di vendite: lanciata nel 2014 in Giappone, pare che finora siano venduti meno di 6.000 esemplari nei mercati europei dove è disponibile, cioè Belgio, Francia, Germania, Gran Bretagna, Norvegia, Svezia.

 

Auto a Idrogeno.jpg

Fig. 1. Da sinistra, l’Ing. Gioacchino Giomi, Capo del Corpo Nazionale VVF, ed il Dott. mauro Caruccio, AD di Toyota Motor Italia S.p.A.

Qual è la ragione di questo avvio lento? Intanto in Italia ancora non è in vendita a causa pare di problemi con l’iter autorizzativo delle stazioni di rifornimento; ma per quanto riguarda gli altri paesi si possono citare il costo non trascurabile (per la Mirai si parla di ben 66.000 euro[3], il prezzo di una ammiraglia), il fatto che la rete di distribuzionedistribuzione
Attività di trasporto (di elettricità o di gas) agli utilizzatori finali attraverso le reti di distribuzione.
dell’idrogeno è ai suoi primi passi, ma forse anche una insufficiente conoscenza di questa tecnologia da parte del grande pubblico. Vediamo allora come è fatta e come funziona una auto ad idrogeno, quali sono i suoi punti di forza ed i suoi punti di debolezza.

 

Toyota Mirai.jpg

Fig. 2.La Toyota Mirai.

Come sono fatte le auto ad idrogeno

Per prima cosa occorre suddividere le auto ad idrogeno in due categorie: quelle che utilizzano l’idrogeno come semplice carburante all’interno di un motore “tradizionale” a combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
interna, e quelle che utilizzano l’idrogeno in una pila a combustibile o Fuel-Cell. Solo questi ultimi vengono denominati FCEV (Fuel-Cell Electric Vehicle)[4].

La prima modalità di utilizzo dell’idrogeno è stata testata con successo una decina di anni fa da BMW, peraltro con pochi esemplari non messi in vendita al pubblico bensì assegnati in prova a persone selezionate. Molto semplicemente, l’idea era di bruciare all’interno dei cilindri idrogeno anziché benzina, usando un motore a combustione interna abbastanza simile ad un tradizionale motore a ciclo Otto. La vettura era una Serie 7, un modello grande e pesante, reso ancora più pesante dall’inserimento dei numerosi dispositivi per l’idrogeno liquido, che deve essere conservato a temperature non superiori a -253°C: il risultato è stato un’auto da quasi due tonnellate e mezzo che ad idrogeno con un litro di idrogeno percorreva 2 chilometri. Non risulta che questa tipologia sia attualmente in produzione.

Passiamo allora ai più innovativi veicoli FCEV, a cui appartiene anche la Toyota Mirai. L’idea è superare i limiti del secondo principio della termodinamicatermodinamica
Parte della fisica che studia le leggi con cui i corpi scambiano (ricevono o cedono) lavoro e calore con l'ambiente che li circonda. In particolare, la termodinamica studia le trasformazioni di calore in lavoro all'interno di macchine termiche.
, che limita inevitabilmente il rendimentorendimento
In termini generali il rendimento è il rapporto tra "quanto ottenuto" in un processo e "quanto speso" per fare avvenire lo stesso processo. In termodinamica rappresenta la capacità di un sistema di convertire l'input di calore in lavoro utile. Il rendimento è un numero puro (cioè non ha unità di misura) ed è sempre compreso tra 0 e 1. A seconda dei termini che vengono messi a confronto è possibile ottenere diverse tipologie di rendimento utili a definire la bontà di un processo o di una macchina (per esempio rendimento elettrico, rendimento termico, ecc..) ma il ragionamento alla base è sempre lo stesso.
energetico dei motori che utilizzano una combustione. Per capirci, un motore a benzina a ciclo Otto ha una efficienza spesso non superiore al 30%, un motore a benzina a ciclo Atkinson può anche arrivare intorno al 40%, i migliori motore diesel possono sperare di arrivare al 50%. Il funzionamento delle fuel-cell intende superare questi limiti arrivando ad una efficienza intorno al 60%. La ragione è il funzionamento delle fuel-cell si basa, anziché sulla combustione, sulla reazione elettrochimica in cui si spezzano le molecole del combustibile in ioni positivi e negativi (elettroni)[5]. Questi ultimi vengono fatti transitare in un apposito circuito in modo da creare una corrente continua, in modo analogo ad una normale batteria. L’idrogeno H2 è particolarmente adatto a questo scopo, perché il legame fra i due atomi che compongono la sua molecola è relativamente debole. Per permettere la reazione elettrochimica è necessario ossigeno, che viene prelavato dall’aria esterna, nel caso della Mirai aiutandolo con un compressorecompressore
Macchina operatrice che impartisce ad un gas in ingresso (per esempio aria o gas naturale) una certa quantità di moto tale da innalzarne la pressione fino al valore richiesto.
. La corrente elettrica prodotta va ad alimentare un motore elettrico di trazione.

Funzionamento Fuel cell.jpg
 

Fig. 3. Schema semplificato di funzionamento di una fuel-cell.

La Toyota Mirai possiede 370 celle collegate in serie, ognuna delle quali lavora con una tensionetensione
Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).
di 1 volt. L’energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
prodotta dalle celle viene in parte assorbita dai sistemi di bordo, in parte utilizzata dal motore elettrico di trazione, ma la si può anche utilizzare per ricaricare una batterie al Ni-MH simile a quelle delle Toyota ibride. Questa batteria serve per le partenze da fermo e le accelerazioni grazie al recupero dell’energia in frenata, in analogia a quanto avviene, per l’appunto, nelle auto elettriche ibride (HEV).

Le auto ad idrogeno inquinano?

Il prodotto di scarto della reazione chimica fra l’idrogeno e l’ossigeno è….. acqua!

Infatti l’idrogeno H2 si combina con l’ossigeno O e si forma H2O: cioè proprio acqua, con una produzione di qualche litro ogni 100 chilometri. D’altra parte, gli amanti dell’etimologia lo sanno bene: idrogeno viene da ὕδωρ (hydor, cioè “acqua”) e γεν- (ghen, la radice che significa “generare”) e quindi idrogeno significa proprio “generatoregeneratore
Dispositivo che traforma l'energia meccanica in energia elettrica.
di acqua”. Ed infatti le grandi prese d’aria sul muso della Mirai servono proprio ad assicurare il necessario rifornimento di ossigeno per il funzionamento delle celle.

Ecco quindi un primo vantaggio delle auto FCEV: l’assenza totale di emissioni inquinanti.

Si noti che ciò però vale soltanto per le auto a fuel-cell: le auto che sfruttano l’idrogeno come combustibile per un motore a combustione interna non presentano questo vantaggio. Intatti, per avere come risultato soltanto acqua, l’idrogeno dovrebbe essere fatto bruciare nel motore con ossigeno puro, ma è un procedimento costoso e pericoloso: di conseguenza, come per tutte le altre auto “normali”, anziché ossigeno puro si utilizza l’aria. L’aria contiene circa il 21% di ossigeno, mentre il resto è in gran parte azotoazoto
Elemento chimico costituente il 78% dell'aria in volume. L'uso commerciale più diffuso dell'azoto è nella produzione di ammoniaca, sostanza costituente dei fertilizzanti. L'azoto liquido è impiegato anche come refrigerante per il trasporto di alimenti.
: la combustione quindi produce anche una certa quantità di ossidi di azoto, che sono inquinanti.

Quanto tempo occorre per fare rifornimento?

Veniamo ora ad un secondo vantaggio: il tempo necessario per il rifornimento.

Toyota garantisce che il tempo necessario per il rifornimento è inferiore a 3 minuti, quindi un tempo paragonabile ad un rifornimento tradizionale di benzina o gasolio. È un dato gonfiato dal produttoreproduttore
Secondo quanto stabilito dal decreto legislativo n. 79/99, il produttore è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica indipendentemente dalla proprietà dell'impianto.
per invogliare i possibili clienti? Pare proprio di no, perché anche alcune autorevoli riviste indipendenti che si occupano di automobili confermano questo dato.

Va sottolineato che questo è un vantaggio particolarmente rilevante nei confronti delle auto elettriche. Come è noto, infatti, le auto elettriche necessitano di tempi di “rifornimento” molto elevati, spesso poco graditi agli utenti, che anche nel migliore dei casi si misurano nell’ordine delle decine di minuti, come avviene con i Supercharger di Tesla[6]. Nei casi più estremi, per fare il pieno di elettricità ad un’auto usando una normale ricarica casalinga, si arriva addirittura ad aver bisogno di ore ed ore, anche nel caso di batterie non troppo grandi.

Ovviamente il lungo tempo di ricarica delle batterie, ed il numero ancora ridotto di stazioni di ricarica, limita molto l’appeal delle auto elettriche su una notevole massa di potenziali utenti, che sono attualmente frenati proprio da questo problema. Per quanto riguarda invece le auto ad idrogeno, invece, almeno il problema del tempo di rifornimento già oggigiorno non pare esistere.

Esiste invece il problema del numero e della distribuzione di postazioni di rifornimento pubbliche, che attualmente in Italia non esistono con la sola eccezione di una (dicesi una sola!) postazione a Bolzano, molto opportunamente situata in Via Enrico Mattei.

 

Stazione rifornimento idrogeno Bolzano.png

Fig. 4. La stazione di rifornimento di idrogeno di Bolzano.

Da questo punto di vista, le auto ad idrogeno sono in una situazione ancora più disagevole rispetto alle auto elettriche, per le quali una rete di stazioni di ricarica private e pubbliche si sta progressivamente sviluppando.

Altri vantaggi delle auto ad idrogeno

Un ulteriore vantaggio delle auto ad idrogeno, rispetto alle auto tradizionali, è la silenziosità: in questo le auto ad idrogeno sono simili alle auto elettriche pure (EV). Le celle a combustibile non producono rumore in quantità rilevante: nel caso della Toyota Mirai, oltre al rumore aerodinamico e dovuto al rotolamento degli pneumatici, l’unico generatore di (poco) rumore è dato dal compressore che immette aria, cioè ossigeno, nelle celle.

Un altro vantaggio, rispetto alle auto elettriche, è l’autonomia. Le auto elettriche hanno faticato molto, e tuttora faticano, a garantire le medesime distanze di percorrenza che un pieno di benzina o gasolio può fornire: alcuni modelli si sono avvicinati, ma resta ancora molta strada da fare. Non così le auto ad idrogeno: le percorrenze già attualmente sono per la Toyota Mirai dichiarate intorno ai 500 Km, ma Hyundai, con la ix35 Fuel Cell, ha già annunciato che è vicino il traguardo dei 600 Km. Si tratta di risultati interessanti, del tutto paragonabili alle auto normali.

Secondo Yoshikazu Tanaka, progettista della Toyota Mirai, l’alimentazione elettrica per le auto di grandi dimensioni ed i camion resterà non economicamente conveniente ancora per molto tempo, a causa del costo delle batterie che ovviamente cresce con il peso del veicolo e l’autonomia richiesta. L’alimentazione elettrica ed ibrida è invece adatta alle autovetture piccole, da città. Per le autovetture grandi o i camion, sempre secondo Tanaka, l’alimentazione ad idrogeno è più adatta.

 

Honda Clarity.jpg

Fig. 5. La Honda Clarity Fcx.

Consumi, serbatoi e rifornimento

Il problema dell’autonomia è ovviamente strettamente connesso al problema dei consumi. La Mirai consuma (dati dichiarati) 0.76 Kg di idrogeno ogni 100 km. Per le auto ad idrogeno avviene lo stesso che con le auto tradizionali: i consumi dichiarati dalle case automobilistiche sono sempre un po’ ottimistici. Ma anche i dati pubblicati da riviste specializzate del settore hanno dichiarato valori non troppo lontani da questi, più precisamente nell’ordine dei 1,2 Kg ogni 100 km. Analogamente, la Honda Clarity Fcx dichiara un consumo di 1,4 Kg di idrogeno ogni 100 km. Naturalmente è facile fare il conto 5 kg con un consumo di 1,2 Kg/100 km significa una percorrenza di 400 km.

Facciamo però un confronto fra idrogeno e benzina. Prendiamo entrambe queste sostanze a temperatura e pressione ambiente, la benzina in forma liquida (ovviamente) e l’idrogeno in forma gassosa. Ebbene, l’energia prodotta dalla benzina è circa 30-35 MJ/litro (40-45 MJ/kg), mentre quella prodotta dall’idrogeno è pari a circa 0.01 MJ/litro. Cioè pochissimo. Infatti l’idrogeno ha una densità di energia per unità di volume bassissima, perché è un gas molto leggero.

Per portarsi dietro la stessa energia di un serbatoio di 50 litri di benzina, occorrerebbe un serbatoio di idrogeno da circa decine di metri cubi (!),anche considerando che per fortuna l’idrogeno ha un rendimento superiore a quello della benzina. Ovviamente agganciare alla propria utilitaria una autocisterna di idrogeno è improponibile: la soluzione è comprimere l’idrogeno. Infatti l’idrogeno ha una densità di energia per unità di massa molto alta, circa 120 KJ/kg.

Tanto per dare un’idea dello spazio necessario per le bombole di idrogeno, la Honda Clarity Fcx dispone di un serbatoio di idrogeno da 5 Kg in bombole a 700 bar, che occupa un volume di 141 litri. In analogia a quanto accade alle auto elettriche con le batterie, di solito le bombole riducono un po’ lo spazio a disposizione per il bagagliaio.

Quanto costa il pieno?

A Bolzano (unica stazione di rifornimento aperta al pubblico in Italia, come si è visto), l’idrogeno costa intorno ai 14 €/kg. Facciamo allora due conti: trascurando il prezzo di acquisto della vettura, percorrere 400 km con la Mirai può venire a costare intorno ai 70 Euro, mentre con la mia auto a gasolio, che pure non è fra le più risparmiose in termini di consumo, ai prezzi attuali del gasolio il costo per percorrere la stessa distanza si aggira intorno ai 50 euro. Ognuno è libero di decidere se si tratti di una differenza rilevante, ma comunque per lo meno allo stato attuale delle cose non appare giustificata l’idea di comprare un’auto ad idrogeno per poter risparmiare al distributoredistributore
Soggetto proprietario e responsabile della rete di distribuzione locale (di elettricità o di gas) a cui sono allacciati direttamente gli utenti finali.
.

 

Connettore rifornimento idrogeno.jpg

Fig.6. Connettore per il rifornimento di idrogeno a 700 bar.

Le auto ad idrogeno sono pericolose?

Veniamo ora alla questione della possibile pericolosità delle auto ad idrogeno che, per chi si occupa di prevenzione incendi, è particolarmente interessante.

Bisogna essere consapevoli del fatto che parlare di sicurezza antincendio dell’idrogeno significa richiamare nella mente di molti l’immagine del dirigibile tedesco Hindenburg che, nel 1937, esplose negli Stati Uniti in fase di atterraggio. L’esplosione uccise 35 delle 97 persone a bordo e distrusse la fiducia del pubblico nei dirigibili ad idrogeno. C’è dunque da mettere in conto una certa diffidenza preconcetta generale sulla sicurezza dell’idrogeno.

Quando hanno iniziato a diffondersi le auto elettriche, sono sorte molte polemiche sulla loro presunta pericolosità, con larga dovizia di articoli e filmati che mostravano auto elettriche in fiamme, peraltro piuttosto poche. Alcuni, maliziosi, hanno anche pensato che si potesse trattare di una campagna di stampa negativa per alzare ed abbassare artificiosamente i listini di borsa di alcuni produttori. Da quando hanno iniziato ad arrivare i primi dati statistici sul numero di auto elettriche bruciate, si è iniziato a comprendere che queste polemiche erano largamente infondate.

Analogamente, potremmo essere tentati di considerare sbrigativamente come esagerati anche i numerosi allarmi sulla pericolosità delle auto ad idrogeno che iniziano ad essere pubblicati, anche perché allo stato attuale non sono disponibili notizie di incidenti che hanno coinvolto le auto ad idrogeno. Ed infatti alcuni produttori di gas proprio questo scrivono sui loro siti internet, e cioè che “l’idrogeno di per sé non è più pericoloso della benzina o di altri gas combustibili. Anche in caso di collisione i rischi non sono diversi da quelli di una vettura tradizionale o a metano”[7].

In realtà, e contrariamente a quanto riguarda le auto elettriche, per quanto riguarda l’idrogeno una certa prudenza è sicuramente d’obbligo.

Per prima cosa l’idrogeno è contenuto in bombole in pressione a 700 bar. Si tratta di una pressione molto superiore a quella delle bombole di metano per autotrazione (circa 200 bar), per non parlare poi del GPL (massimo circa 8 bar). Già da questo aspetto non si può non concludere che è presente un maggiore rischio di scoppio. Naturalmente per contrastare questo pericolo i costruttori utilizzano materiali speciali, protezioni particolari ecc.: Toyota dichiara di aver provato a far esplodere le bombole prendendole a fucilate, senza riuscirci.

Lasciamo allora la questione della robustezza meccanica delle bombole e concentriamoci sulle proprietà chimico-fisiche dell’idrogeno.

L’idrogeno si presenta normalmente sotto forma di gas, non è tossico, è estremamente volatile ed infiammabile, è facilmente esplosivo. L’idrogeno è fra le sostanze in natura con il campo di esplosività più ampio, circa dal 4% al 75%. Molti altri gas hanno un campo di esplosività più ridotto: il metano, per esempio, ha un campo di esplosività compreso fra il 4% ed il 15%. Ciò significa che, al di sopra o al di sotto di queste proporzioni, il metano non esplode perché la miscela è troppo magra o troppo grassa. L’idrogeno invece resta esplosivo se miscelato con aria in quasi tutte le proporzioni. Per fortuna, essendo molto leggero, in caso di perdite normalmente l’idrogeno si disperde velocemente nell’aria verso l’alto, senza produrre pericolosi ristagni in basso come potrebbe per esempio fare il GPL; naturalmente ciò vale all’aperto, in caso di spazi confinati il pericolo ovviamente esiste.

 

Hyunday Fuel cell.jpg

Fig. 7. La nuova Hyundai Fuel-Cell.

Come sa bene chi possiede un’auto a GPL, disporre di un gas allo stato liquido anziché compresso consente di usare meglio il volume a disposizione: in un certo volume, è possibile immagazzinare più gas se è liquido piuttosto che solo compresso. Già, ma il punto di ebollizione dell’idrogeno è intorno ai -253°C…! Quindi se vogliamo disporre di idrogeno liquido, deve essere conservato a temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto, con i conseguenti problemi di isolamento e di raffreddamento (e di costi conseguenti) che infatti interessavano le BMW di anni fa.

Dato che c’è il problema di convincere il riluttante idrogeno a restare liquido senza creare difficoltà, i serbatoi di liquidi criogenici non sono mai stagni, ma in caso di aumento della temperatura una piccola parte di liquido evapora, la pressione aumenta, la valvola di sicurezza consente lo sfogo, la pressione diminuisce e la temperatura ridiscende, ripristinando l’equilibrio. Già, ma in questo modo chi dispone di un’auto con un serbatoio di idrogeno liquido e la lascia nel box senza usarla, dopo un po’ di giorni la troverà comunque con il serbatoio vuoto, e con il box pieno di idrogeno gassoso[8]. Con le bombole di gas in pressione almeno questo problema non c’è.

 

Serbatoio criogenico.png

Fig. 8. Spaccato di serbatoio criogenico.

Dunque una soluzione meno complessa è evitare l’idrogeno liquido e utilizzare idrogeno gassoso compresso. Già, ma l’idrogeno è una sostanza che si comporta in modo bizzarro con altre sostanze, in particolare ha la sgradevole abitudine di rendere fragili i metalli, e necessita per le bombole realizzate con materiali speciali e molto costosi. Avendo poi una molecola davvero molto piccola, riesce perfino ad intrufolarsi fra le molecole dei materiali che costituiscono i serbatoi fino ad uscirne, e ci sono ancora problemi per trovare materiali che riescano ad imprigionarlo (le cosiddette spugne, le nanostrutture, le microsfere…).

Bombole idrogeno complesso per auto.png
 

Fig. 9. Bombole di idrogeno compresso per auto FCEV.

C’è poi un ulteriore aspetto, che esula dallo scopo di questo articolo ma che non è legittimo sottacere. Ci siamo concentrati sulla pericolosità delle auto ad idrogeno, ma la loro eventuale futura diffusione porterebbe con sé la diffusione delle necessarie infrastrutture: stabilimenti di produzione dell’idrogeno, infrastrutture fisse di stoccaggiostoccaggio
Attività di raccolta e deposito di una determinata risorsa. 
, stazioni di rifornimento su strada, ed anche autocisterne di trasporto che probabilmente vedremmo aumentare molto di numero sulle nostre strade. Una autocisterna criogenica che trasporta 45.000 litri di idrogeno liquido in giro sulle nostre strade farà probabilmente dormire sonni molto agitati ad ogni Comandante Provinciale dei Vigili del Fuoco.

Nel caso, naturalmente, sarà necessario occuparsi anche degli aspetti legati alla sicurezza di questi elementi.

L’idrogeno non inquina?

Abbiamo detto che un’auto ad idrogeno non emette prodotti nocivi quali gas tossici, particolatoparticolato
Insieme delle sostanze sospese in aria, composto da tutte quelle particelle solide e liquide che si disperdono in atmosfera a causa di fattori naturali (pollini, erosione di rocce, polvere cosmica, ecc..) e di fattori antropici (traffico urbano, emissioni da riscaldamento domestico, fumo di tabacco, centrali termoelettriche, ecc..).
o altro: emette soltanto acqua. Tuttavia è opportuno segnalare un dettaglio importante. L’idrogeno che viene introdotto nelle bombole non si trova puro in natura, normalmente è prodotto a partire dal metano[9] con un procedimento denominato “revamping” o anche “steam reforming”. Gli esperti del settore ci scuseranno la semplificazione, ma a grandi linee il procedimento prende metano CH4, lo scalda con acqua H2O molto calda (intorno a 800 - 1.000°C) in pressione ed il risultato è monossido di carboniocarbonio
Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell'atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).
) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante.
CO e idrogeno H. Il monossido di carbonio, un gas estremamente tossico, viene scaldato fino a convertirsi in CO2, cioè anidride carbonica.

Per ottenere il calore necessario al procedimento, di solito si brucia una parte del metano stesso e si produce altra anidride carbonica. Quindi in realtà il procedimento non è privo di impatto ambientaleimpatto ambientale
L'insieme degli effetti (diretti e indiretti, nel breve o nel lungo termine, positivi o negativi, ecc..) che l'avvio di una determinata attività ha sull'ambiente naturale circostante.
, in particolare sul bilancio energeticobilancio energetico
Rappresentazione dei flussi energetici (produzione, importazione, trasformazione, utilizzazione, esportazione) di una certa area (ad esempio uno Stato o una Regione) o di un soggetto (ad esempio un Gruppo aziendale, un'unità abitativa, ecc...) in un periodo di tempo definito. Esistono diversi tipi di bilanci energetici a seconda che si consideri energia primaria o energia elettrica. Nel bilancio energetico vengono indicate le diverse quantità di energia necessarie al soddisfacimento del fabbisogno: in tal senso esso può rappresentare un valido strumento di controllo dei consumi e, di conseguenza, di risparmio energetico.
finale[10], sulla produzione di CO2 e sul consumo di combustibili fossili. Quando la produzione di idrogeno potrà avvenire con facilità ed a costi sostenibili da fonti rinnovabilifonti rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse
mediante elettrolisielettrolisi
È un processo che utilizza energia elettrica per rompere i legami chmici delle molecole facendo avvenire una reazione che, in natura, non avverrebbe spontaneamente. Le sostanze sottoposte ad idrolisi vengono scomposte nei loro elementi costitutivi. L'etimolgia della parola deriva dal greco e significa "rottura con l'elettricità".
dell’acqua, allora si potrà davvero sostenere che non si consumano combustibili fossili: e di acqua negli oceani ce n’è a sufficienza per garantire il rifornimento di un discreto numero di autovetture fino alla fine dei secoli.

Il problema dell’origine dell’idrogeno porta con sé anche il problema del trasporto. Nel caso di produzione a partire dall’acqua, con la sola eccezione dei deserti non ci sarebbero praticamente problemi di rifornimento della materia prima. In alternativa, con il revamping del metano, è necessaria una rete logistica e di trasporti che può anche incidere molto sul prezzo finale del combustibile e sulla sicurezza del sistema nel suo complesso.

Quando la produzione di idrogeno da elettrolisi dell’acqua sarà una realtà consolidata, è agevole ipotizzare una diffusione di massa di autovetture ad idrogeno: ma anche in questo caso ciò non avrà risolto proprio tutti i problemi ambientali poiché, tanto per fare un esempio, sull’intero pianeta non esisterebbe platino a sufficienza per le celle a combustibile necessarie, nell’ipotesi che tutte le automobili diventassero ad idrogeno. D’altra parte, un problema analogo avviene con il litio per le auto elettriche: insomma, purtroppo pare proprio che una soluzione che garantisca rimedio a tutti i problemi non esista.

Quanto costa un’auto ad idrogeno?

La Toyota Mirai costa 66.000 euro. La Honda Clarity Fcx, non disponibile in Europa almeno attualmente, in Giappone è in vendita a circa 55.000-58.000 Euro (dati 2017).

Anche Hyundai dispone di auto ad idrogeno: ha consegnato alcuni modelli ix35 Fuel Cell all’Arma dei Carabinieri ed alla Polizia di Stato. In Italia non è in vendita: sul sito svizzero della Hyundai è disponibile una brochure in cui il prezzo della versione base, priva di optional, è dichiarato pari a 66.990 Franchi Svizzeri, al cambio attuale oltre 58.000 Euro.

In alcuni paesi esistono incentivi per l’acquisto di auto FCEV, ma in ogni caso il prezzo attualmente di un’auto ad idrogeno è ancora molto superiore ad una analoga autovettura tradizionale, e la differenza è molto maggiore anche di quella che ancora si riscontra fra le auto elettriche e le auto tradizionali. Si confida che, come è avvenuto e sta tuttora avvenendo per le auto elettriche, la diffusione stessa delle auto ad idrogeno favorisca l’abbassamento dei costi di produzione.

Nel frattempo, almeno per ora, il costo delle auto a fuel-cell continua a restare altissimo.

Conclusioni

In conclusione, come sempre avviene, le auto ad idrogeno hanno pregi e difetti.

Il costo delle autovetture è attualmente molto alto, soprattutto come costo di acquisto (sempre che l’acquisto sia poi possibile), ma anche i costi di gestione non sono economicamente convenienti.

Dal punto di vista ambientale, che è normalmente l’argomento più gettonato per promuovere questo tipo di automobile, almeno per ora il giudizio è molto problematico, e ad essere buoni occorre quantomeno sospenderlo in attesa della diffusione di nuove tecnologie.

Dal punto di vista dei consumi, dell’autonomia e dei tempi di rifornimento ci sono già numeri interessanti, del tutto comparabili con le altre automobili tradizionali.

Sulla pericolosità effettiva di questo tipo di auto riteniamo che allo stato attuale non sia possibile trarre conclusioni definitive. Si possono elencare i potenziali pericoli, cioè gli elementi che potrebbero compromettere la sicurezza. Ma naturalmente una cosa è elencare i potenziali pericoli ed una cosa ben diversa è effettuare una valutazione del rischio, che è la probabilità che questi pericoli arrivino davvero a concretizzarsi, mettendo effettivamente in pericolo la nostra sicurezza.


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