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Trazione con l’idrogeno, il futuro è già arrivato

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La Hunday Nexo (ph dal sito Hunday)

A inizio estate si è conclusa a Piacenza la “HYDROGEN EXPO 2023“, una rassegna dedicata allo stato attuale dell’arte nell’utilizzo dell’idrogeno per ottenere una fonte di energia pulita. All’ingresso della mostra facevano bella mostra di sé 2 vetture: la FORZE VIII e la Hyundai “NEXO”, due auto completamente elettriche alimentate a Fuel Cells, che dimostrano come la tecnologia dell’utilizzo dell’Idrogeno quale fonte di energia pulita, impiegato nelle celle a combustione interna nella propulsione stradale sia già una realtà.

La FORZE VIII è una vettura da corsa LMP2 (Le Mans Prototype Endurance series), capace di prestazioni interessanti: dotata di una serie di celle a combustione interna per un totale di 105 KW (141 CV), che con la funzione “booster” sviluppa 220 KW (295 CV) rendendola capace di accelerazioni notevoli (da 0 a 100 Km/h in meno di 4 sec.), con una velocità di punta di 210 Km/h., il tutto con un peso di 1250 Kg. Nel 2019 al Gamma Racing Days, ad Assen dove si è onorevolmente posizionata al secondo posto, battendo auto a propulsione convenzionale.

La “Forze Hydrogen Racing” è stata fondata nel 2007 presso l’Università di Delf (Olanda) da Edgar Van Os ed è gestita e formata da studenti della stessa Università. Inizialmente hanno progettato e realizzato Go-Karts elettrici per partecipare alla Formula Zero (Da qui il nome ForZe).

Successivamente sono state realizzate auto vere e proprie auto come la Forze VI e la Forze VII, la prima auto completamente elettrica a gareggiare in pista in una competizione ufficiale contro auto a propulsione convenzionale. Grazie alla estrema flessibilità consentita dalla trazione elettrica, è attualmente in una fase di avanzata progettazione e costruzione la nuova auto FORZE IX a 4 ruote motrici, dotata di un pacco di celle a combustione interna da 105 KW (141 CV), che con la funzione “booster” è capace di sviluppare 600 KW (805 CV), rendendola capace di accelerazioni notevoli (da 0 a 100 Km/h in meno di 3 sec.), con una velocità di punta di 300 Km/h., il tutto con un peso di soli 1600 Kg.

Tecnicamente la FORZE VIII è ispirata come telaio ed aereodinamica alla PORSCHE LMP2 con la particolarità di avere i due serbatoi in pressione per l’H2 sistemati nel vano motore e nell’abitacolo.

Sono degni di nota: la semplice complessità della gestione dei due propulsori elettrici montati entrobordo, che fungono anche da freni elettrici per il recupero della energia nelle fasi di frenata; la sospensione posteriore multi-link, collegata alla barra anti-rollio ed ad un sensore per poterne registrarne i movimenti durante la corsa.

Il campo delle competizioni è utile ed interessante per potere esplorare le potenzialità di un nuovo sistema, ma al signor Rossi interessa un’auto per muoversi agevolmente nel traffico di tutti i giorni. A questa necessità la Hyundai propone e commercializza sul mercato la “NEXO”, una berlina a trazione elettrica alimentata da un pacco di celle a combustibile ad idrogeno capace di sviluppare una potenza pari a 120 KW 163 CV, potenza capace di spingere quest’auto a quasi 180 Km/h ed una coppia di 395 Nm che, grazie alla notevole coppia assicurata dalla trazione elettrica, le consente riprese notevoli, 0-100 Km/h in 9,5 sec, un valore di tutto rispetto considerando un peso complessivo di ben 2340 Kg. Valori che riflettono un consumo nel Ciclo Medio combinato di 0,95 H2 Kg/100 Km, che contribuiscono ad un valore di Autonomia nel ciclo medio combinato di ben 666 Km, valore accettabile e confrontabile con vetture a combustione interna di simile classe.

Sul carter del motore compare la grossa scritta in blu “HYDROGEN” a testimoniare il tipo di combustibile usato, mentre il rifornimento viene fatto attraverso una apposita valvola posta in una nicchia coperta da sportello sul lato posteriore sinistro della vettura.

Ma la propulsione ad idrogeno è contemplata anche nel mondo del lavoro. Infatti, la Toyota esponeva al proprio stand un muletto (derivato dalla versione elettrica a batterie ricaricabili) dove le batterie erano sostituite da un sistema a Celle di Combustione avente una capacità tale da garantire circa 8 ore di lavoro continuativo, praticamente un turno lavorativo completo. Va considerato il fatto che il riempimento delle bombole di H2, può essere eseguito rapidamente sia al chiuso che all’aperto (bastano 2-3 minuti), prima che diventi necessario effettuare un ulteriore pieno di H2. Il tutto a testimoniare la bontà della soluzione delle celle a combustione interna, sia in termini di elevata autonomia lavorativa con bombole di capacità adeguata, sia a testimoniare la fattibilità di avere realizzato un prodotto destinato alla grande diffusione.

Concludendo, l’idrogeno può essere approvvigionato esternamente attraverso tubature o bombole di gas, oppure prodotto direttamente in loco mediante elettrolisi. Nel caso che l’elettrolisi venisse prodotto da una sorgente rinnovabile, il prodotto finale H2 viene definito “IDROGENO VERDE”. Il grande vantaggio della tecnologia delle celle a combustione è che è ideale per flotte grandi e complesse, dove in condizioni normali è necessario sostituire la batteria di mezzi, operazione a volte lunga e non agevole. Le celle a combustione sono un po’ penalizzate nel caso sia necessario operare in condizioni di bassa temperatura, ma sono molto adatte dove è già esistente una struttura per la produzione di idrogeno. Garantendo una notevole flessibilità di impiego, specialmente se venissero impiegati più mezzi diversi fra di loro, perché potrebbero avvalersi dello stesso distributore di idrogeno, il cui costo e tempo di utilizzo, verrebbero spalmati su di un numero elevato di utilizzatori. Lo schema dell’utilizzo dell’H2 si potrebbe semplificare in: “schema di produzione” e “schema di utilizzo”.

Lo “schema di produzione” si basa su energia elettrica generata da sistemi eco sostenibili come le pale eoliche, le cellule fotovoltaiche, o turbine ad aria (che utilizzano aria surriscaldata con impianti di energia solare a concentrazione). L’energia elettrica viene utilizzata in un sistema di idrolisi dell’acqua per produrre H2 all’Anodo ed O2 al Catodo, gas da comprimere e conservare in appositi serbatoi in pressione.

Lo “schema di utilizzo” prevede l’utilizzo di Celle a combustione interna, alimentate ad idrogeno H2 che si va combinare con l’ossigeno presente nell’aria. L’effetto di tale accoppiamento molecolare consente (attraverso una membrana separatrice), di catturare gli elettroni rilasciati dall’idrogeno generando energia elettrica ed acqua come prodotto della combustione dell’idrogeno con l’ossigeno.

L’utilizzo dell’idrogeno per la propulsione, non si limita all’alimentazione elettrica: alcune aziende propongono per i motori alimentati a gasolio (Diesel) oppure alimentati a benzina, la conversione in alimentazione ad idrogeno. La proposta più comune è quella di conservare la parte meccanica originale (generalmente un motore diesel, per ovvie ragioni di robustezza), aggiungendo un sistema di iniezione indiretta nei condotti di aspirazione ed un sistema di accensione mediante candele.

Le aziende che propongono tale soluzione, sono più numerose di quanto si possa immaginare, generalmente sono aziende che sono use a trasformare e convertire i motori originali (a Benzina o Gasolio), in alti tipi di combustibile per realizzare conversioni a: BI-FUEL; Dual Fuel; applicazioni per Metano oppure GPL o LNG; aziende come, ad esempio, la Ecomotive Solutions S.r.l. di Serralunga di Crea in provincia di Alessandria. Per concludere durante la manifestazione fieristica sono state tenute una serie di conferenze su: “La Transizione Energetica nel mondo dei trasporti dagli elettrici a Batteria ai Camion ad Idrogeno”, dove alcuni costruttori di camion come DAF; RENAULT; IVECO; DAF; e macchine movimento terra come JCB.

La visione nel prossimo futuro di queste aziende si può riassumere nella completa fiducia di avere entro il 2050 una produzione in serie di camion a trazione elettrica generata da Fuel Cell e riservare ai veicoli leggeri (Minibus e Furgoncini) con percorrenze giornaliere inferiori ai 350 Km la sola alimentazione a batterie. Solamente la DAF prevede per i camion una soluzione mista che contempla l’adozione di motori a combustione interna alimentati ad Idrogeno. Iveco invece sposa la strada dei Bio fuel al contrario dei concorrenti, che non considerano l’alimentazione a Bio-Fuel in regola in quanto anche se poco inquinante, non risponde completamente al target di emissione “0”. Interessante il punto di vista della JCB, secondo la quale, la propulsione elettrica con Fuel Cell o motori alimentati ad Idrogeno, è fattibile senza problemi, richiede però l’organizzare un sistema di rifornimento barellabile in cantiere, per potere ricaricare velocemente i mezzi che fossero a corto di H2.

Concludendo, l’utilizzo dell’Idrogeno nella trazione, è tecnicamente una realtà, rimane davanti a noi nell’immediato futuro, un percorso lento ma inesorabile fatto di progressi nel migliorare le prestazioni delle varie componenti, sia nella parte “Fuell Cells” che nella parte produzione H2 per idrolisi; la strada è tracciata rimano solo la ricerca e relativo sviluppo per migliorare.

Testo e foto di Flavio Scopinich