I problemi dell’idrogeno per autotrazione

Suscita molta animata discussione la bozza del Recovery Fund circolata in questi giorni nella quale – al capitolo Mobilità Sostenibile – la larga maggioranza delle risorse sono legate all’idrogeno anziché alla mobilità elettrica.

Sembra in effetti una scelta curiosa che privilegia una tecnologia prossima ventura rispetto ad una presente che potrebbe da subito contribuire alla riduzione dell’inquinamento nelle nostre città, ma lasciamo ad altri più competenti la discussione politica.

Su meriti e demeriti dell’idrogeno abbiamo già avuto modo di esprimerci da queste pagine:

e vi rimando a quegli articoli per una discussione su quei temi; oggi vorrei trattare aspetti più strettamente legati alle applicazioni di autotrazione.

Per fare questo, immaginiamo di voler costruire un’automobile che sia in grado di percorrere 300 km con un pieno e di voler confrontare tra loro le varie motorizzazioni; dobbiamo perciò calcolare la quantità necessaria di ciascun “carburante” e stimare peso e dimensioni del relativo “serbatoio”.

In effetti il dato che spiega perché l’idrogeno sia ritenuto interessante per l’autotrazione è la sua elevata energia specifica (=energia per unità di massa): ben 33,6 kWh per kg, quasi il triplo di quella della benzina (12,8 kWh/kg) e 147 volte quello delle batterie (0,23 kWh/kg). Essendo però il più leggero tra i gas, la sua densità energetica (=energia per unità di volume) a pressione normale è invece bassissima (solo 0,0028 kWh/lt) [Fonte: Wikipedia] tanto che, essendo poco pratico avere a che fare con volumi di centinaia di metri cubi, per immagazzinarlo e trasportarlo lo si comprime a 700 bar in bombole metalliche. ottenendo un gas compresso che ha una densità energetica molto maggiore: 1,26 kWh/lt contro i 9,5 della benzina e gli 0,13 della batteria.

Problema 1: la tara

Ovviamente una pressione di 700 bar richiede un contenitore alquanto robusto e pesante. Abbiamo preso ad esempio le bombole commerciali che contengono 7,21mc di H2 compresso, hanno un volume lordo di circa 58lt ed un peso di 45kg. Immaginando che un serbatoio di automobile debba avere più o meno le stesse caratteristiche, possiamo calcolare i parametri “lordi” (cioè comprensivi di tara) per l’idrogeno che risultano pari a:

  • energia specifica: 7.210*0,0028/45 = 0,45 kWh/kg
  • densità energetica: 7.210*0,0028/58 = 0,35 kWh/lt

Problema 2: l’efficienza

Come sappiamo, un powertrain ad idrogeno non è altro che un motore elettrico alimentato da energia che non proviene da una batteria, ma da una cella a combustibile alimentata ad idrogeno. Questo doppio passaggio purtroppo comporta una perdita di efficienza abbastanza rilevante; l’efficienza complessiva infatti scende dal 73% di una BEV al 22% di una FCEV:

Non essendoci che pochi esemplari in circolazione di vetture ad idrogeno, non abbiamo dati “reali” sul loro consumo e dobbiamo accontentarci di una stima che (usando proprio il dato che abbiamo appena visto) approssimeremo in 6/73%*23% = 1,9 km/kWh, ben più alto dei 6 km/kWh ipotizzati per la BEV.

Concludendo…

Siamo finalmente in grado di rispondere alla domanda che ci eravamo posti all’inizio. Per percorrere i 300 km del nostro test immaginario, i “serbatoi” delle tre vetture endotermica (ICE), elettrica pura (BEV) e ad idrogeno (FCEV) avranno questi pesi e dimensioni:

In sostanza il “prezzo” che pagano le ICE per avere serbatoi piccoli e leggeri è quello di sprecare la gran parte dell’energia contenuta nel combustibile; ma anche il doppio passaggio della FCEV costa parecchio in termini di efficienza, e le elevate pressioni a cui va compresso l’idrogeno rendono necessario un serbatoio che pesa praticamente come la batteria della BEV e occupa più del doppio dello spazio.

Al di là di ogni considerazione su come l’idrogeno verrà prodotto, dunque, l’obiezione principale al suo uso per autotrazione deriva dalla sua scarsa praticità.

Per il suo uso in impieghi statici (come lo stoccaggio) ovviamente questi problemi sono molto meno cogenti, così come probabilmente i fattori moltiplicativi giocano a suo favore in impieghi semi-statici come quelli di propulsione navale e (forse) del trasporto pesante.


2 risposte a "I problemi dell’idrogeno per autotrazione"

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