Motori termici alimentati a idrogeno: soluzione per le emissioni zero?

Sono in molti ad indicare i motori ad idrogeno come la soluzione che ci permetterebbe realmente di abbattere le emissioni dei veicoli. Ma a che punto è veramente questa tecnologia? E dove si potrà arrivare?

Motori termici alimentati a idrogeno: soluzione per le emissioni zero?

Le normative che limitano le emissioni di gas serra da parte dei veicoli a motore termico sono sempre più stringenti. Per tale motivo l’idrogeno sta riscuotendo un grande successo come risorsa energetica. L’idrogeno è l’elemento più comune che abbiamo sulla terra, può essere estratto dall’acqua sfruttando energia elettrica da fonti rinnovabili, oppure può essere ottenuto tramite un processo detto di “gassificazione”, grazie al quale si estrae appunto idrogeno da gas come, per esempio, il metano (CH 4 ). Non c’è quindi da meravigliarsi se c’è un grande interesse nei motori ad idrogeno.

Come può l’idrogeno fornire potenza ad un veicolo?

Utilizzare l’idrogeno per muovere un veicolo è più semplice e diretto di quanto si possa pensare. Ci sono due modi per farlo. Il primo modo include quei dispositivi chiamati “celle a combustibile” o anche “fuel cells”. Esse, come abbiamo già discusso in un precedente articolo, convertono l’idrogeno in energia elettrica, la quale successivamente viene sfruttata da un motore elettrico. L’altra via sono invece i motori ad idrogeno. Veri e propri motori a combustione interna che però bruciano idrogeno come combustibile. Dall’esterno un motore a idrogeno può facilmente essere confuso con un classico motore a benzina. Questo poiché entrambi hanno lo stesso ciclo di funzionamento e condividono gli stessi componenti – blocco motore, albero, cilindri, sistema di iniezione, ecc ecc. Questo alto livello di similitudine tra i componenti motore è un grande vantaggio in termini di economia di scala, siccome riduce i costi di conversione e si appoggia alla grande affidabilità dei motori a combustione interna.

Emissioni (quasi) zero

Quando l’idrogeno è utilizzato per alimentare un sistema fuel cell si ha sostanzialmente un powertrain elettrico, al 100% a zero emissioni. Così non è quando si brucia idrogeno all’intero di una camera di scoppio. Si potrebbe pensare che durante il processo di combustione l’idrogeno si lega con l’ossigeno presente nell’aria e l’unico prodotto allo scarico sia semplicemente acqua. Non è così purtroppo! In questo caso non ci sono idrocarburi incombusti, CO e CO2 (emissioni che abbiamo nei classici motori a Diesel o benzina), ma alcuni ossidi d’azoto vengono immessi comunque nell’atmosfera. Quando bruciamo idrogeno infatti le alte temperature tendono a legare l’azoto presente nell’aria all’ossigeno, producendo i famigerati ossidi di azoto, responsabili delle piogge acide. Si tratta in ogni caso di quantità estremamente più basse rispetto a quanto emesso dalla combustione di gasolio e benzina. Principalmente perché un motore che brucia idrogeno ha una miscela con rapporto aria/carburante molto più alto (tanta aria, poco carburante). Alzando il rapporto aria/combustibile si riducono le temperature in camera di scoppio, riducendo così la quantità di ossidi di azoto allo scarico.

I nodi del rendimento e dello stoccaggio

Come detto in precedenza, attualmente l’idrogeno viene prodotto tramite elettrolisi dell’acqua oppure tramite gassificazione di gas come il metano. Una volta ottenuto l’idrogeno puro, esso restituisce, durante il processo di combustione, la stessa quantità di energia che è stata impiegata per produrlo, al netto dei rendimenti propri di ognuno dei due processi. Per questo motivo non si ha nessun risparmio energetico sul ciclo complessivo, a meno che per produrre l’idrogeno non vengano impiegate risorse rinnovabili. L’altro problema dell’idrogeno è che, per avere a bordo quantità sufficienti a garantire una autonomia paragonabile a quella di un veicolo alimentato a gasolio o benzina, deve essere stoccato in serbatoi a pressioni altissime, circa 700 bar. Inoltre, un motore a benzina con iniezione indiretta, per esempio, se convertito ad idrogeno ha un rendimento di molto inferiore a quello di un propulsore analogo che brucia benzina. Le cose cambiano quando invece il motore è progettato ad hoc per bruciare idrogeno.

Sviluppi per il futuro

Al momento attuale c’è da considerare il fatto che i motori a idrogeno a combustione interna sono essenzialmente motori a benzina con qualche modifica. Ci sono programmi di ricerca, come quello avviato dall’Università di Graz con Bosch, che dimostrano che motori ad hoc, progettati in origine per funzionare con l’idrogeno, possono avvicinarsi alle zero emissioni. Attualmente, i progetti più riusciti di vetture con motore ad idrogeno sono stati Hydrogen 7 da parte di BMW e alcuni prototipi sviluppati da Mazda tra la fine degli anni ’90 e l’inizio del 2000, oltre al prototipo di Toyota per disputare la 24 Ore con una Corolla da corsa alimentata a idrogeno.

O meglio, con una Corolla da corsa equipaggiata con un 3 cilindri a benzina preso dalla Yaris GR e adattato per bruciare idrogeno come in un normale motore termico. Ma alla luce della transizione ecologica e con la lotta alle emissioni in cima alle agende di politica e industria, i motori termici alimentati ad idrogeno sono senz’altro una tecnologia da tenere d’occhio.

Commenti
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Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 19:52
@armando45 beh, è già un altro tono rispetto alla prima risposta. A parte i problemi di produzione, trasporto e stoccaggio dell'idrogeno, andare in giro con un serbatoio di idrogeno a 700 atmosfere mi darebbe un pò di ansia. Poi magari, come per tante cose, ci farei l'abitudine...
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Avatar di giove4 giove4
12 Gen 2023 - 10:06
Ammesso (e non concesso) che l’inquinamento sia al livello drammatico come sostengono i ciarlatani interessati al profitto, questa potrebbe essere la soluzione per le emissioni zero.
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Avatar di ulissesecondo ulissesecondo
12 Gen 2023 - 10:12
@giove4 dove prendiamo l'idrogeno? nelle miniere? ah! ah! ah
Avatar di giove4 giove4
12 Gen 2023 - 10:40
@ulissesecondo - Bravo! Vedo che si diverte ... si faccia spiegare cos'è l'elettrolisi
Avatar di ulissesecondo ulissesecondo
12 Gen 2023 - 12:28
@giove4 la conosco forse meglio di lei : il problema è la sovratensione agli elettrodi per le celle di elettrolisi che producono idrogeno , questa fa si che il rendimento sia basso. inoltre ho bisogno di energia elettrica dove la prendo senza inquinare visto che le centrali nucleari sono vietate, il solare e l'eolico sono poca cosa.

l'idrogeno deve essere stoccato liquido a temperature −252,882 °C e occupa grandi volumi : vogliamo auto con serbatoi criogenici ? quando sono fermo in garage l'idrogeno evapora comunque onde evitare che esploda! oppure uso bombole a 700 atmosfere? è una bomba vagante!
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 10:12
Innanzitutto devo scusarmi con vinvince per averlo quasi insolentito in un precedente post: mi ero scordato dei motori termici a idrogeno, e dire che ne aveva parlato anche grillo... Detto questo, e al netto che una tecnologia "esiste" quando è sulle strade e non nei laboratori, non risolve quello che per me è il maggior difetto dei motori termici: il basso rendimento, che fa sprecare molta energia, comunque la si produca. Oltre al fatto che andremmo in giro con un serbatoio a 700 (settecento!!) atmosfere. Oh, sarà sicurissimo eh. Però...
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Avatar di armando45 armando45
12 Gen 2023 - 11:54
@berand Molti autobus in giro per il mondo vanno a idrogeno! Studiare!
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 13:17
@armando45 le ho dato retta e ho studiato, ma vedo solo autobus a celle, che non è il tema dell'articolo. Mi può cortesemente dire dove trovare notizie di autobus con motore termico a idrogeno?
Avatar di bruddobibbo bruddobibbo
12 Gen 2023 - 13:59
@armando45 spero immaginerete un autobus dell'atac ,si, di quelli che "prendono fuoco" inspiegabilmente, alimentato ad idrogeno?
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 14:53
@bruddobibbo come si dice adesso: lol lol lol. Intanto sono sempre in fiduciosa attesa di informazioni dal "professor" @armando45 ...
Avatar di armando45 armando45
12 Gen 2023 - 15:14
@berand Non ho mai voluto insegnare (pur avendone i titoli)! Non mi pare che io abbia affermato che gli autobus attualmente in circolazione siano mossi da motori endotermici alimentati con idrogeno, ho solo affermato che in alcune città viaggiano bus che sono alimentati con l'idrogeno! Studiare!!!!!
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 15:37
@armando45 e io ripeto, i miei dubbi riguardano i motori "termici" a idrogeno. Prima di dire agli altri di studiare, bisognerebbe almeno leggere quello che scrivono! Ma se si hanno i titoli...
Avatar di armando45 armando45
12 Gen 2023 - 19:24
@berand La mia osservazione era relativa ai mezzi che vanno a idrogeno indipendentemente dal tipo di motorizzazione, in particolar modo alle sue perplessità sui serbatoi, attualmente si utilizzano serbatoi con capacità intorno ai 40 kg.
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 19:52
@armando45 beh, è già un altro tono rispetto alla prima risposta. A parte i problemi di produzione, trasporto e stoccaggio dell'idrogeno, andare in giro con un serbatoio di idrogeno a 700 atmosfere mi darebbe un pò di ansia. Poi magari, come per tante cose, ci farei l'abitudine...
Avatar di arfmaury arfmaury
12 Gen 2023 - 11:40
Gli ossidi di azoto, NOX, non hanno niente a che vedere con le pioggie acide, dovute allo zolfo presente nei vecchi combustibili, che producevano acido solforico. Il contenuto di zolfo dei combustibili attuali è inferiore allo 0,01%.

I NOX sono irritanti per le vie aereee
Avatar di Flex Flex
12 Gen 2023 - 12:31
Questa è la strada da seguire ma sarà durissima non tanto per le scelte tecnologiche ma per gli ostacoli che lobby Politiche/economiche frapporranno a questa scelta soprattutto se non saranno loro ad averne il controllo.
Avatar di romeo47 romeo47
12 Gen 2023 - 18:19
Ma siamo sicuri che la "transizione ecologica" sia veramente necessaria ?

Potrebbe essere un colossale imbroglio ideato da gruppi finanziari per aumentare i loro già alti guadagni a spese della gente ( con l'aiuto di creduloni ed allarmisti prezzolati)
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Avatar di armando45 armando45
12 Gen 2023 - 19:26
@romeo47 Io è. una cosa è l'inquinamento altra cosa è la capacità dell'uomo a modificare il clima!
Avatar di berand berand
12 Gen 2023 - 19:35
@romeo47 che non si possa andare avanti all'infinito così, dovrebbero capirlo snche i detrattori: quando saremo 20mld cosa facciamo? La transizione alla mobilità alternativa farà la sua parte, come le energie alternative, nessuna determinante, ma tutte utili. Che basti...lo scopriranno i nostri figli.
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