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Auto a idrogeno: come funzionano

Le auto ad idrogeno sono le nuove prospettive per un futuro green. La tecnologia delle celle a combustibile ci aiuterà a risparmiare denaro e diminuire l’inquinamento.

Meno inquinamento e meno rumore: quando si parla di mobilità elettrica si pensa a una batteria enorme che si carica ad una presa. Tuttavia esiste un’altra tecnologia: il motore a idrogeno, noto anche come veicolo elettrico a celle a combustibile a idrogeno.

I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV: Full Cell Electric Vehicle) utilizzano l’elettricità per alimentare un motore elettrico. A differenza di altri veicoli, essi producono elettricità utilizzando una cella a combustibile alimentata a idrogeno. Il produttore, durante la progettazione, definisce la potenza del veicolo in base alla dimensione dei motori elettrici che ricevono energia dalla combinazione di celle combustibile e batteria di dimensioni adeguate.

La maggior parte degli FCEV utilizza la batteria per recuperare l’energia di frenata e per fornire potenza extra durante brevi eventi di accelerazione. Il motore elettrico converte l’energia cinetica dell’auto in energia elettrica e la immette nella batteria di riserva.  La quantità di energia immagazzinata a bordo è determinata dalle dimensioni del serbatoio del carburante idrogeno.

Le auto a idrogeno producono da sole l’elettricità e, a differenza di veicoli ibridi completamente elettrici o plug-in, hanno a bordo una propria centrale elettrica chiamata cella a combustibile.

L’idrogeno reagisce con l’ossigeno nella cella a combustibile, dando così luogo a un processo di elettrolisi inversa. L’ ossigeno proviene dall’aria dell’ambiente mentre l’idrogeno proviene da uno o più serbatoi. I risultati di questa reazione sono l’energia elettrica, il calore e l’acqua emessa attraverso il vapore acqueo.

Come funziona l’idrogeno?

L’idrogeno gassoso è immagazzinato in un serbatoio che alimenta celle a combustibile. Ciascuna di queste è composta da terminali negativi e positivi, rispettivamente anodi e catodi. Gli anodi e i catodi sono separati da un elettrolita come una batteria agli ioni di litio.

L’idrogeno produce elettricità invece di una cella di batteria. L’ossigeno viene pompato nel catodo mentre l’idrogeno fluisce al terminale dell’anodo di platino. Quest’ultimo funge da catalizzatore e scinde gli ioni di idrogeno positivi dal gas.

Infine, attraverso l’elettrolita fluiscono al catodo per costruire una carica positiva. Dato che gli elettroni separati non possono fluire attraverso l’elettrolita, fluiscono attorno ad un circuito esterno e generano una carica utilizzata per alimentare il motore elettrico.

Quando gli ioni d’idrogeno entrano in contatto con il catodo e si combinano con l’ossigeno per produrre acqua che fuoriesce dallo scarico, l’acqua è talmente pura che la si potrebbe bere.

L’idrogeno può essere utilizzato anche come un sostituto alla benzina o al diesel in un motore a combustione interna convertito o specializzato. In questo caso l’idrogeno gassoso pressurizzato viene iniettato nella camera di combustione direttamente. La combustione avviene, quindi, come in un normale motore a combustione interna, detto anche ICE (Internal Combustion Engine).

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Vantaggi e svantaggi dell’auto a idrogeno

Tra i vantaggi più evidenti va considerato che quando si guida un’auto a celle a combustibile idrogeno si ha l’impressione di guidare un’auto elettrica normale: il rumore del motore è praticamente inesistente.
Il tempo di ricarica è rapidissimo, infatti generalmente il veicolo si ricarica in soli cinque minuti contro i 30 minuti fino a diverse ore dei veicoli elettrici. L’idrogeno può essere pompato nel serbatoio del carburante di un veicolo proprio come il gas, quindi si può fare velocemente il pieno.

Il serbatoio di idrogeno dura quasi fino a cinquecento km, presentando quindi un’autonomia migliore rispetto alle auto elettriche. L’ autonomia delle auto a idrogeno non si deteriora con il freddo e non dipende dalla temperatura esterna.

Un’attuale grande svantaggio è la scarsità di opzioni per il rifornimento poiché viene effettuato da pompe di carburante speciali.

Le auto a celle combustibile a idrogeno sono ancora un po’ costose anche perché vengono prodotte in piccoli volumi senza una rete industrializzata. Inoltre, come elemento catalizzatore viene utilizzato il platino, un metallo prezioso indispensabile durante la generazione di energia.

Queste auto tendono ad essere molto grandi perché i serbatoi a idrogeno occupano molto spazio.

Il costo per km di funzionamento delle auto a idrogeno attualmente è quasi il doppio di quello dei veicoli elettrici a batteria caricati in casa.

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L’idrogeno è veramente a emissioni zero?

La maggior parte delle auto a idrogeno viene prodotta dal reforming di metano e purtroppo durante il processo vengono generati biossido di carbonio e monossido di carbonio. Finché non si migliorerà questo processo i veicoli a idrogeno non possono essere considerati come soluzione completamente ecologia per combattere il cambiamento climatico. Potrebbero anche essere prodotti con mezzi pirolitici o termochimici, anche se questi sono processi costosi.

L’idrogeno verde è un combustibile alternativo generato con energia pulita, ma ciò che rende l’idrogeno pulito dipende da come viene prodotto.

L’idrogeno verde è privo di carbonio e viene prodotto utilizzando l’elettricità per separare le molecole di idrogeno da quelle d’ossigeno nell’acqua. Il sottoprodotto dopo la combustione dell’idrogeno è infatti l’acqua e non l’anidride carbonica.

Uno dei più grandi impianti di idrogeno verde è stato aperto vicino a Fukushima. I paesi che vogliono rispettare gli impegni sul clima dell’accordo di Parigi dovranno implementare l’uso dell’idrogeno verde, grazie alla sua efficienza energetica a zero emissioni.

Conclusioni: perché scegliere un’auto a idrogeno?

Le auto a idrogeno hanno delle caratteristiche positive sia delle auto elettriche, grazie all’uso dell’energia elettrica e motore, sia delle auto convenzionali grazie al serbatoio.

L’idrogeno verde può dare un contributo importante alla mobilità sostenibile e può essere utilizzato anche come fonte di energia pulita per riscaldamento, elettricità e industria.

Oltre ad essere il carburante più pulito che ci sia, l’idrogeno è l’elemento più abbondante sul nostro pianeta. Le auto a idrogeno non sono ancora decollate nel mondo dell’automobilismo, ma l’idrogeno è un carburante che non può essere ignorato.

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