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Invenzioni di successo

Idrogeno: un nuovo traguardo per la propulsione dei camper e l’autonomia energetica?

Prima parte della nostra indagine su quale ruolo potrebbe svolgere l’idrogeno nei camper del futuro

Testo di Terry Owen

Nel cammino costante verso le zero emissioni, i veicoli elettrici a batteria (BEV) vengono indicati sempre più come i veicoli del futuro. Puliti, efficienti e privi di emissioni, questi veicoli indicano la via da seguire, ma dipendono tutti da un fattore: l’energia della batteria. E questo, almeno per ora, significa litio.
Oltre all’impatto ambientale dell’estrazione del litio e dei metalli a esso associati nelle batterie come cobalto, nichel e manganese, abbiamo ancora limiti di autonomia e tempi di ricarica lunghi, se confrontati con i combustibili fossili. La tecnologia sta avanzando lentamente, ma la promessa batteria a stato solido deve ancora arrivare.
Ecco perché, fino a ora, abbiamo visto così pochi camper elettrici a batteria, o auto elettriche in grado di trainare una caravan. Anche se la situazione sta migliorando lentamente, la necessità di ricarica può raddoppiare i tempi di viaggio e, in caso di traino, quasi certamente si dovrà sganciare il rimorchio e trovare un posto sicuro per parcheggiarlo mentre l’auto viene condotta al punto di ricarica. Il traino riduce anche significativamente l’autonomia del veicolo, spesso del 50%, il che significa che si dovrà ricaricare due volte più spesso.
Il degrado della batteria, inoltre, comincia a diventare un problema man mano che i veicoli invecchiano, con le nuove batterie che spesso costano più del valore residuo del veicolo. E anche l’assicurazione può essere un problema.
È interessante notare che, sia in Europa che negli Stati Uniti, le vendite di BEV stanno ora stagnando poiché i privati, in particolare, continuano a non prendere in considerazione questi modelli. Secondo il quotidiano Telegraph, del Regno Unito, le vendite di veicoli elettrici (EV) ai conducenti privati sono diminuite di quasi un quinto quest’anno. Il Telegraph prosegue asserendo che le vendite al consumatore di veicoli elettrici sono state inferiori del 17%, nei primi due mesi del 2024, rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente.
Nel frattempo negli Stati Uniti, a novembre 2023, l’Economist ha riportato che i veicoli elettrici languiscono nei piazzali dei concessionari per 92 giorni, rispetto ai 54 giorni di giacenza dei veicoli alimentati con combustibili fossili.

La crescita dell’idrogeno

In questo contesto, l’idrogeno sta lentamente guadagnando terreno come carburante alternativo a zero emissioni. Con tempi di rifornimento simili a quelli dei combustibili fossili e la capacità di produrre calore ed energia “off grid”, l’idrogeno potrebbe essere il carburante perfetto per il mondo dei veicoli ricreazionali. Parlando di camper, è anche utile notare che i serbatoi di idrogeno sono più facili da inserire in veicoli come i van, mentre il peso inferiore di un furgone a celle a combustibile o a idrogeno rispetto a uno elettrico a batteria consente di trasportare un carico maggiore.
Finora, l’adozione della tecnologia dell’idrogeno è stata lenta, anche a causa della mancanza di punti di rifornimento. Tuttavia, la situazione sta cambiando.
Nell’UE è entrata in vigore, a settembre 2023, un’importante normativa che promuove l’uso dell’idrogeno nei trasporti. Il Regolamento sull’Infrastruttura per i Combustibili Alternativi (AFIR) richiede ai 27 Stati membri di garantire che entro il 2030 stazioni di rifornimento di idrogeno, accessibili al pubblico per veicoli pesanti e leggeri, siano installate in ogni “nodo urbano” e ogni 200 km lungo le rotte principali della pianificata Rete Transeuropea dei Trasporti.
Nel frattempo, negli Stati Uniti, l’amministrazione Biden ha pubblicato la sua Strategia Nazionale per i Corridoi di Trasporto a Zero Emissioni per sostenere la decarbonizzazione dei camion medi e grandi. Ha l’obiettivo di garantire un accesso “ubiquo e conveniente” alle stazioni di rifornimento di idrogeno e ai punti di ricarica elettrica entro il 2040.

Veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV)

Per la propulsione dei veicoli, l’idrogeno può essere utilizzato in due modi. In quello più comune, alimenta una cella a combustibile per produrre elettricità per una batteria che agisce poi come serbatoio per fornire energia alla guida e ad altri sistemi. Questo tipo di veicolo è noto come veicolo elettrico a celle a combustibile (FCEV).
I veicoli a celle a combustibile, utilizzando motori elettrici, sono relativamente efficienti dal punto di vista energetico, sebbene non siano così efficienti come l’uso dell’energia di rete attraverso una batteria. Un sistema a celle a combustibile può utilizzare il 60% dell’energia del carburante, che corrisponde a una riduzione di oltre il 50% del consumo rispetto a un veicolo convenzionale con un motore a combustione interna a benzina. Mercedes è stata una delle prime ad applicare questa tecnologia con il suo van F-Cell Sprinter, presentato al Caravan Salon di Düsseldorf nel 2018.
Il grande vantaggio dei FCEV rispetto ai BEV (veicoli elettrici a batteria) è il tempo di rifornimento rapido e, potenzialmente, la maggiore autonomia. L’inconveniente è il costo, a causa della natura complessa della tecnologia rispetto a quella dei veicoli BEV e di quelli a motore a combustione interna (ICE). La minore efficienza degli FCEV rispetto ai BEV è dovuta alle perdite di energia nella produzione dell’idrogeno, nella compressione, nella conservazione e nella conversione attraverso la cella a combustibile.

Motori a combustione interna a idrogeno (ICE H2)

Un altro modo per utilizzare l’idrogeno per la propulsione è bruciarlo in un motore a combustione interna come un carburante. Questo processo è simile a quello dei veicoli a benzina e diesel, ma utilizza gas invece di carburante liquido. Le uniche emissioni sono acqua e una piccola quantità di gas ossidi di azoto (NOx), che possono essere facilmente trattati attraverso la tecnologia AdBlue convenzionale.
L’inconveniente è che questa modalità è meno efficiente della tecnologia FCEV nella maggior parte degli scenari, quindi non si percorrerà la stessa distanza con una data quantità di idrogeno. I motori a combustione interna tendono a essere più efficienti sotto carico elevato, situazione in cui possono avvicinarsi all’efficienza dei FCEV.
La tecnologia ICE H2 non ha alcuno degli svantaggi dell’energia proveniente dal litio, pur essendo altrettanto comoda di quella a combustibili fossili. Inoltre, utilizza gran parte dell’attuale tecnologia motoristica. Infatti, le modifiche a un motore a benzina o diesel, per farlo funzionare con l’idrogeno, sono relativamente poche ed economiche. Ciò significa anche che le procedure di manutenzione e assistenza sono già diffuse e, nello specifico, richiedono ben poco training aggiuntivo. Un vantaggio rispetto agli FCEV è che la qualità di idrogeno necessaria è significativamente più bassa rispetto a quella richiesta da una cella a combustibile, con evidenti vantaggi sia nei costi che nella reperibilità.
Aggiungiamo infine l’assenza di interruzioni nella catena di approvvigionamento rispetto ai BEV o agli FCEV e diventa facile capire perché i motori a combustione alimentati a idrogeno sono sempre più visti come il percorso più semplice e veloce verso la guida a zero emissioni.

L’adozione della tecnologia dell’idrogeno nel settore industriale

La tecnologia ICE H2 è particolarmente adatta per il mercato dei camion e dei trasporti pesanti, dove prevalgono grossi carichi di lavoro ed è richiesta una performance “robusta”. Lo spazio per i serbatoi di gas è anche molto meno problematico.
Un pioniere in questo settore è stata l’azienda produttrice britannica JCB, che ha rapidamente compreso il potenziale della tecnologia e ha sviluppato motori con prestazioni simili a quelli diesel, che sono andati a sostituire. Oggi JCB è seguita da altri grandi nomi come Cummins, Deutz e Volvo.
“Vediamo i motori a combustione a idrogeno come particolarmente adatti per applicazioni a lungo raggio dove l’accesso alla ricarica è limitato o il tempo è scarso, e le opzioni di rifornimento sono poche,” afferma Volvo. “La tecnologia di combustione a idrogeno è un elemento chiave nella transizione in corso verso le emissioni zero, e supporterà il viaggio e gli investimenti dei nostri clienti nella riduzione della loro impronta di carbonio.”
Più recentemente, il CEO di Stellantis, Carlos Tavares, ha annunciato che anche loro stanno lavorando sui motori a combustione a idrogeno come una delle quattro diverse soluzioni per la guida a zero emissioni. Parlando all’inaugurazione della fabbrica di celle a combustibile a idrogeno Symbio, a Lione, in Francia, nel dicembre 2023, Tavares ha aggiunto: “Sta cominciando la vera concorrenza tra celle a combustibile, EV, motori a combustione interna a idrogeno e persino carburanti sintetici. Vedremo nei prossimi anni quale sarà la soluzione migliore per i cittadini.”
Tavares non ha fornito dettagli su quali dei loro veicoli potrebbero essere offerti con motori a combustione a idrogeno, ma è già in vendita la gamma K0 di furgoni di medie dimensioni (per esempio, Opel/Vauxhall Vivaro) con opzione a celle a combustibile.
Anche Toyota è una forte sostenitrice dell’idrogeno. A gennaio di quest’anno, il suo presidente ed ex CEO, Akio Toyoda, ha dichiarato ai manager del settore che crede che la quota di auto a batteria raggiungerà solo il 30% del mercato. Il restante 70% sarà costituito da ibride, celle a combustibile a idrogeno e motori a combustione a idrogeno.
Basandosi sulla tecnologia delle celle a combustibile, la Mirai di Toyota è una delle poche auto alimentate a idrogeno disponibili sui vari mercati (insieme alla SUV Nexo di Hyundai). Toyota ha anche utilizzato motori a combustione a idrogeno nelle auto da competizione su base Yaris e Corolla in Giappone.
Un ulteriore segnale del sostegno dell’industria alla tecnologia ICE H2 è la formazione dell’Hydrogen Engine Alliance. Si tratta di un consorzio di aziende tra cui Daimler Truck, Claas, Isuzu, JCB, MAN e fornitori come Bosch, BorgWarner e Dana che è stato istituito per promuovere e sostenere il percorso dell’ICE H2.