Come funziona un auto ad idrogeno? parte 2° - Cella a combustibile

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Come funziona l'auto ad idrogeno?

L'auto a carburante alternativo più discussa degli ultimi tempi è senz'altro l'auto ad IDROGENO! L'alternativa green al classico motore a combustione.

Quando si parla di auto ad idrogeno non si intende un motore che funzioni con un carburante ad idrogeno, ma parliamo di un veicolo con un motore elettrico che riceve energia elettrica da una cella a combustile ad idrogeno.

Al giorno d'oggi esistono due modi per far muovere un auto con motore elettrico:

1. Le batterie a IONI DI LITIO, ovvero la tecnologia più utilizzata, che nel 2020 ha registrato 1,42 milioni di unità vendute, il 147% in più del 2019;
2. Le FUEL CELL, celle a combustibile ad idrogeno, veicoli innovativi dei quali parleremo in questo video.

La prima cosa da dire sulle auto con alimentazione ad idrogeno è che non producono sostanze inquinanti, ma soltanto vapore acqueo come sottoprodotto che fuoriesce dallo scarico, alternativa più che valida per una società che vede crescere di anno in anno il tasso di inquinamento mondiale.

Ma vediamo nel dettaglio come funzionano questi particolari veicoli.

Le auto ad idrogeno sfruttano una cella a combustibile posizionata al centro della vettura; una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico in grado di convertire direttamente l’energia chimica in energia elettrica. Il principio di funzionamento della cella a combustibile fu scoperto nel 1839 dal fisico inglese William Grove. Accanto alla cella a combustibile troviamo un serbatoio in fibra di carbonio capace di resistere a 700 bar di pressione durante il rifornimento.

All'interno della cella a combustibile avviene un procedimento inverso a quello dell'elettrolisi che abbiamo visto in un nostro precedente video (“come si produce l'idrogeno”), quindi con l'unione di idrogeno ed ossigeno si ottiene energia elettrica da trasferire ai motori del veicolo.

La cella a combustibile è composta da un anodo ed un catodo, ovvero un elettrodo negativo ed uno positivo. L'anodo è saturo di ossigeno mentre il catodo ossida l'idrogeno; dall'incontro tra ossigeno ed idrogeno avviene una reazione chimica (H2 + ½ O2 → H2O) che produce elettricità e da cui si ottiene materiale di scarto come calore ed acqua.
L'energia elettrica prodotta confluisce direttamente al motore elettrico che permetterà all'automobile di muoversi.

Una delle qualità dell'idrogeno è quella di avere una densità specifica di energia molto elevata, 40.000 watt per kilo, 236 volte in più rispetto all'energia specifica delle batterie a ioni di litio. Questo vuol dire che le auto ad idrogeno sono più leggere e hanno più autonomia; inoltre il rifornimento di un serbatoio ad idrogeno richiede pochi minuti rispetto a diverse ore per ricaricare un auto con batteria a litio.

Con tutti questi vantaggi, ci si pone la domanda: come mai le auto ad idrogeno non sono diffuse?

Il problema principale è alla base, ovvero la sua produzione. Esistono diversi metodi per produrre idrogeno, il più diffuso è lo steam reforming, ma questo processo è molto inquinante perché ha bisogno di combustibili fossili per la produzione. Altro problema è sicuramente la distribuzione dell'idrogeno alle varie stazioni di rifornimento. Purtroppo tutti questi complicati processi fanno sì che il prezzo del carburante salga, oltre ad inquinare l'atmosfera.
Una valida alternativa che molte aziende stanno studiando è quella di produrre l'idrogeno in piccole centrali posizionate all'interno delle stazioni di servizio, preferibilmente con un processo di elettrolisi, molto meno inquinante dello steam reforming. In questo modo si riducono i costi e le emissioni di sostanze inquinanti derivate dal trasporto del carburante.

Abbiamo parlato della particolarità dell'idrogeno come carburante, ma c'è da dire che molto particolare è anche il suo processo di stoccaggio. L'idrogeno ha una densità molto bassa come gas, e per aumentare la densità effettiva ci sono due modi:

1. Attraverso una compressione dell'elemento con una forza pari a 790 atmosfere ed iniettarlo all'interno di serbatoi pressurizzati, ma facendo così perdiamo il 13% della sua efficienza energetica;
2. Oppure attraverso un processo di raffreddamento; c'è da dire che l'idrogeno è l'elemento più difficile da liquefare dopo l'elio, quindi dev'essere portato ad una temperatura di -253°, e questo comporta una perdita di efficienza del 40%.

Liquefacendo l'idrogeno tramite raffreddamento possiamo usare anche...

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