Automobili che corrono a idrogeno: uno sguardo alla missione nazionale dell'idrogeno dell'India - Febbraio 2023

L'India ha annunciato una missione nazionale sull'idrogeno che elaborerà una tabella di marcia per l'utilizzo dell'idrogeno come fonte di energia. L'iniziativa ha il potenziale per trasformare i trasporti.

La rinnovata auto a celle a combustibile a idrogeno Mirai di Toyota, che mostra l'ingegneria sotto il cofano, in mostra al suo evento di lancio a Tokyo nel dicembre 2020. (Foto: Reuters)

Tradizionalmente un lento movimento nelle tecnologie dei veicoli elettrici (EV) di frontiera, l'India ha fatto un ingresso insolitamente precoce nella corsa per sfruttare il potenziale energetico dell'elemento più abbondante nell'universo, l'idrogeno. Meno di quattro mesi dopo che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha annunciato un investimento fino a 100 milioni di dollari nella produzione di idrogeno e nella ricerca e sviluppo di tecnologie per celle a combustibile, l'India ha annunciato una missione nazionale sull'idrogeno.



La proposta nel bilancio sarà seguita da una bozza di missione nei prossimi due mesi: una tabella di marcia per l'utilizzo dell'idrogeno come fonte di energia, con un focus specifico sull'idrogeno verde, che combini la crescente capacità rinnovabile dell'India con l'economia dell'idrogeno, hanno indicato i funzionari del governo. .

E mentre i settori di uso finale proposti includono acciaio e prodotti chimici, la principale industria che l'idrogeno ha il potenziale di trasformare è il trasporto - che contribuisce per un terzo di tutte le emissioni di gas serra, e dove l'idrogeno è visto come un sostituto diretto dei combustibili fossili, con vantaggi specifici rispetto ai veicoli elettrici tradizionali.





Una manciata di progetti pilota legati alla mobilità sono già in corso.

A ottobre, Delhi è diventata la prima città indiana ad utilizzare autobus alimentati a gas naturale compresso ad idrogeno (H-CNG) in un progetto pilota di sei mesi. Gli autobus funzioneranno con una nuova tecnologia brevettata da Indian Oil Corp per la produzione di H-CNG - il 18% di idrogeno in CNG - direttamente dal gas naturale, senza ricorrere alla miscelazione convenzionale.



La principale azienda elettrica NTPC Ltd sta conducendo un progetto pilota per gestire 10 autobus elettrici basati su celle a combustibile a idrogeno e auto elettriche a celle a combustibile a Leh e Delhi, e sta considerando la creazione di un impianto di produzione di idrogeno verde in Andhra Pradesh.

Il CIO sta anche pianificando di creare un'unità dedicata per produrre idrogeno per far funzionare gli autobus nel suo centro di ricerca e sviluppo a Faridabad.



Come quadro normativo di supporto, il Ministero dei trasporti stradali e delle autostrade alla fine dell'anno scorso ha emesso una notifica proponendo emendamenti alle Regole per i veicoli a motore centrali, 1989, per includere standard di valutazione della sicurezza per i veicoli a celle a combustibile a idrogeno.



Perché l'idrogeno — e i suoi tipi

Il potenziale dell'idrogeno come fonte di carburante pulita ha una storia che dura da quasi 150 anni. Nel 1874, lo scrittore di fantascienza Jules Verne espose una visione preveggente in The Mysterious Island - di un mondo in cui un giorno l'acqua sarà utilizzata come combustibile, quell'idrogeno e l'ossigeno che lo costituiscono, usati singolarmente o insieme, forniranno una fonte inesauribile di calore e luce, di un'intensità di cui il carbone non è capace.

Nel 1937, il dirigibile passeggeri tedesco LZ129 Hindenburg utilizzò idrogeno per volare attraverso l'Atlantico, solo per esplodere mentre attraccava alla Naval Air Station Lakehurst nel New Jersey, uccidendo 36 persone. Alla fine degli anni '60, le celle a combustibile a idrogeno hanno aiutato ad alimentare le missioni Apollo della NASA sulla luna.



Dopo gli shock del prezzo del petrolio degli anni '70, la possibilità che l'idrogeno sostituisca i combustibili fossili è stata presa seriamente in considerazione. Tre case automobilistiche, la giapponese Honda e Toyota e la sudcoreana Hyundai, da allora si sono mosse con decisione nella direzione della commercializzazione della tecnologia, anche se su scala limitata.

L'elemento più comune in natura non si trova liberamente. L'idrogeno esiste solo combinato con altri elementi e deve essere estratto da composti naturali come l'acqua (che è una combinazione di due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno). Sebbene l'idrogeno sia una molecola pulita, il processo di estrazione richiede molta energia.



Le fonti e i processi da cui viene derivato l'idrogeno sono classificati in schede colorate. L'idrogeno prodotto da combustibili fossili è chiamato idrogeno grigio; questo costituisce la maggior parte dell'idrogeno prodotto oggi. L'idrogeno generato da combustibili fossili con opzioni di cattura e stoccaggio del carbonio è chiamato idrogeno blu; l'idrogeno generato interamente da fonti energetiche rinnovabili è chiamato idrogeno verde. Nell'ultimo processo, l'elettricità generata da energia rinnovabile viene utilizzata per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Il caso dell'idrogeno verde

L'idrogeno verde ha vantaggi specifici. Uno, è una molecola a combustione pulita, che può decarbonizzare una serie di settori tra cui ferro e acciaio, prodotti chimici e trasporti. Due, l'energia rinnovabile che non può essere immagazzinata o utilizzata dalla rete può essere incanalata per produrre idrogeno.

Questo è l'obiettivo della missione governativa sull'energia all'idrogeno, che sarà lanciata nel 2021-22. La rete elettrica indiana è prevalentemente basata sul carbone e continuerà ad esserlo, negando così i benefici collaterali di una spinta EV su larga scala, poiché il carbone dovrà essere bruciato per generare l'elettricità che alimenterà questi veicoli. In diversi paesi che hanno deciso di promuovere i veicoli elettrici, gran parte dell'elettricità è generata da fonti rinnovabili: in Norvegia, ad esempio, è il 99% da energia idroelettrica. Gli esperti ritengono che i veicoli a idrogeno possano essere particolarmente efficaci nel trasporto su autocarro a lungo raggio e in altri settori difficili da elettrificare come le spedizioni e i viaggi aerei a lungo raggio. L'utilizzo di batterie pesanti in queste applicazioni sarebbe controproducente, soprattutto per paesi come l'India, dove la rete elettrica è prevalentemente alimentata a carbone.

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Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno

La Corea del Sud e il Giappone, in particolare, sono concentrati sullo spostamento dei loro mercati automobilistici sull'idrogeno e sul potenziale delle celle a combustibile. Che cos'è una cella a combustibile?

L'idrogeno è un vettore energetico, non una fonte di energia. L'idrogeno deve essere trasformato in elettricità da un dispositivo chiamato pila di celle a combustibile prima di poter essere utilizzato per alimentare un'auto o un camion. Una cella a combustibile converte l'energia chimica in energia elettrica utilizzando agenti ossidanti attraverso una reazione di ossidoriduzione. I veicoli a celle a combustibile più comunemente combinano idrogeno e ossigeno per produrre elettricità per alimentare il motore elettrico a bordo. Poiché i veicoli a celle a combustibile utilizzano l'elettricità per funzionare, sono considerati veicoli elettrici.

All'interno di ogni singola cella a combustibile, l'idrogeno viene prelevato da un serbatoio pressurizzato di bordo e fatto reagire con un catalizzatore, solitamente costituito da platino. Quando l'idrogeno passa attraverso il catalizzatore, viene privato dei suoi elettroni, che sono costretti a muoversi lungo un circuito esterno, producendo una corrente elettrica. Questa corrente viene utilizzata dal motore elettrico per alimentare il veicolo, con l'unico sottoprodotto che è il vapore acqueo.

Le auto a celle a combustibile a idrogeno hanno un'impronta di carbonio vicina allo zero. L'idrogeno è circa due o tre volte più efficiente della combustione della benzina, perché una reazione chimica elettrica è molto più efficiente della combustione.

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FCEV e altri veicoli elettrici

I veicoli elettrici (VE) sono generalmente raggruppati in quattro grandi categorie:

* I veicoli elettrici ibridi convenzionali o HEV come Toyota Camry combinano un sistema di motore a combustione interna convenzionale con un sistema di propulsione elettrica, risultando in una trasmissione del veicolo ibrido che riduce sostanzialmente il consumo di carburante. La batteria di bordo in un ibrido convenzionale viene caricata quando il motore IC alimenta la trasmissione.

* Anche i veicoli ibridi plug-in o PHEV come la Chevrolet Volt hanno una trasmissione ibrida che utilizza un motore IC e l'energia elettrica per la forza motrice, supportata da batterie ricaricabili che possono essere collegate a una fonte di alimentazione.


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* I veicoli elettrici alimentati a batteria o BEV come Nissan Leaf o Tesla Model S non hanno motore IC o serbatoio del carburante e funzionano con una trasmissione completamente elettrica alimentata da batterie ricaricabili.

* I veicoli elettrici a celle a combustibile o FCEV come Mirai di Toyota, Clarity di Honda e Nexo di Hyundai utilizzano il gas idrogeno per alimentare un motore elettrico di bordo. I FCEV combinano idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, che fa funzionare il motore. Poiché sono alimentati interamente da elettricità, i FCEV sono considerati veicoli elettrici, ma a differenza dei BEV, la loro autonomia e i processi di rifornimento sono paragonabili alle auto e ai camion convenzionali.

La principale differenza tra un BEV e un FCEV a idrogeno è che quest'ultimo consente un tempo di rifornimento di soli cinque minuti, rispetto ai 30-45 minuti di ricarica di un BEV. Inoltre, i consumatori ottengono uno stoccaggio di energia circa cinque volte migliore per unità di volume e peso, il che libera molto spazio per altre cose, consentendo al contempo al ciclista di andare più lontano.

Il problema della massa critica

Nonostante la sua promessa, la tecnologia dell'idrogeno deve ancora essere ampliata. Il CEO di Tesla Elon Musk ha definito la tecnologia delle celle a combustibile incredibilmente stupida.

A livello globale, alla fine del 2020 erano in circolazione meno di 25.000 veicoli a celle a combustibile a idrogeno; in confronto, il numero di auto elettriche era di 8 milioni.

Un grande ostacolo all'adozione di veicoli a celle a combustibile a idrogeno è stata la mancanza di infrastrutture per le stazioni di rifornimento: le auto a celle a combustibile si riforniscono in modo simile alle auto convenzionali, ma non possono utilizzare la stessa stazione. Ci sono meno di 500 stazioni di idrogeno operative nel mondo oggi, principalmente in Europa, seguite da Giappone e Corea del Sud. Ce ne sono alcuni in Nord America.

La sicurezza è vista come una preoccupazione. L'idrogeno viene pressurizzato e immagazzinato in un serbatoio criogenico, da lì viene alimentato a una cella a pressione inferiore e sottoposto a una reazione elettrochimica per generare elettricità. Hyundai e Toyota affermano che la sicurezza e l'affidabilità dei serbatoi di idrogeno sono simili a quelle dei motori a metano standard.

Aumentare la tecnologia e raggiungere la massa critica rimane la grande sfida. Più veicoli sulla strada e più infrastrutture di supporto possono ridurre i costi. La missione proposta dall'India è vista come un passo in quella direzione.

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