Auto a batteria elettrica o idrogeno? Spieghiamo dove si trovano attualmente i vantaggi decisivi dell’azionamento elettrico rispetto alla cella a combustibile.
Celle a combustibile a idrogeno
Un’auto a celle a combustibile a idrogeno ha un serbatoio di idrogeno che alimenta una cella a combustibile con gas idrogeno ad alta pressione che si mescolerà con l’ossigeno. Questa miscela avvia una reazione elettrochimica che produce elettricità per alimentare il motore elettrico. Ciò significa che le auto a idrogeno hanno caratteristiche sia delle auto elettriche (dovute all’uso di energia elettrica e motore) sia delle auto a benzina convenzionali (a causa del serbatoio). Tuttavia, rappresentano una quota unica del mercato dei trasporti e sono anche chiamati FCV (Fuel Cell Vehicles) o FCEV (Full Cell Electric Vehicles).
Le celle a combustibile sono il componente principale delle auto alimentate a idrogeno. Pensa a loro come al maestro di tutti i processi che avvengono all’interno dell’auto in modo che abbia l’energia per muoversi. Per farla breve, le celle a combustibile trasformano il gas idrogeno immagazzinato (mescolandolo con l’ossigeno) in elettricità. Questa elettricità viene quindi utilizzata per alimentare un motore elettrico per azionare il veicolo, senza emissioni tossiche dallo scarico. Infatti, l’unico sottoprodotto dell’intero processo è l’acqua e il calore, risultato della fusione di atomi di idrogeno e ossigeno che forma le molecole di H2O.
D’altra parte, i veicoli elettrici (EV) sono alimentati da motori elettrici che assorbono corrente da una batteria ricaricabile o da altre fonti portatili di elettricità. Una volta che si muovono, non avvengono nemmeno reazioni chimiche, solo quella elettrica grazie alle batterie di alimentazione con cui sono state precedentemente caricate. Ma quale è più ecologico e sostenibile? Auto elettriche o auto a idrogeno? Prima di trarre conclusioni definitive, diamo prima uno sguardo alle caratteristiche più importanti di ciascun tipo di veicolo.
Auto a idrogeno vs auto elettriche: autonomia
La Hyundai Nexo (alimentata a idrogeno) può percorrere circa 550 km, che è più o meno lo stesso della Tesla Model S elettrica, la migliore del suo genere. Tuttavia, è difficile dire con precisione l’autonomia di queste auto. Dipende da una serie di parametri come il numero di passeggeri che l’auto sta trasportando, se l’aria condizionata è accesa o spenta, se l’auto è su una strada a scorrimento veloce o bloccata nel traffico del centro città, il tipo di veicolo stesso … Questo è il motivo per cui persone diverse hanno segnalato esperienze diverse, a causa del loro mix unico di tutte queste variabili. Tuttavia, poiché le auto a idrogeno presentano una maggiore densità energetica nelle fuel cell rispetto alle batterie elettriche, di solito sono in grado di raggiungere distanze più lunghe. Mentre la maggior parte dei veicoli completamente elettrici può viaggiare circa 350 km con una singola carica, quelli a idrogeno possono arrivare a 500 km.
Stazioni di rifornimento disponibili
Il numero di colonnine elettriche cresce ogni giorno e c’erano 20.000 stazioni di ricarica elettrica negli Stati Uniti a dicembre 2018. Un numero elevato rispetto alle meno di 45 stazioni di rifornimento di idrogeno negli Stati Uniti, la maggior parte nell’area della California, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. In effetti, l’infrastruttura, la fornitura e la tecnologia delle auto a idrogeno sono ancora indietro di anni rispetto ai veicoli elettrici.
Tempo di rifornimento
Il tempo necessario per pompare idrogeno nel serbatoio è molto più interessante (da 5 a 10 minuti, proprio come qualsiasi auto a benzina) rispetto a quello delle auto elettriche. Mentre i caricabatterie rapidi di Tesla (con 120 kW) forniscono alle batterie l’80% di potenza in mezz’ora, la BMW i3 o la Nissan Leaf possono impiegare rispettivamente circa 4 o 8 ore per caricarsi completamente. Alla fine, il tempo impiegato dalle auto elettriche per ricaricarsi dipende ovviamente dalla stazione di ricarica e dal tipo di connettore di ricarica. Ma qualunque sia la combinazione, questa è una chiara vittoria per l’auto a idrogeno. Infatti, la densità energetica dell’idrogeno compresso è più di 6 volte superiore rispetto a quella delle batterie agli ioni di litio.
Il vero problema: procurarsi l’idrogeno
Sebbene l’idrogeno sia l’elemento più comune nell’universo, non esiste nella sua forma pura nel pianeta blu. Ciò significa che se desideriamo utilizzarlo come carburante per le nostre auto, dobbiamo produrlo da altri composti come acqua, gas naturale o altri combustibili fossili o biomassa. E per questo, l’energia deve essere utilizzata e i costi ambientali ed economici entrano nell’equazione.
L’elettrolisi dell’acqua è un metodo semplice per produrre idrogeno. Una corrente a basso voltaggio che attraversa l’acqua forma ossigeno gassoso all’anodo ed idrogeno gassoso al catodo. Il problema è che questo processo di separazione delle molecole di H2O per ottenere l’idrogeno richiede un’elevata quantità di energia, rendendolo un processo molto costoso. Tuttavia, se questa energia è in grado di provenire da fonti di energia rinnovabile come il sole o il vento, il ciclo energetico netto può ridurre notevolmente le emissioni di carbonio e il processo diventa più rispettoso dell’ambiente. Tuttavia, un’altra situazione è l’efficienza del processo, che è efficiente solo al 75% e consente il 25% di perdite di elettricità.
Questo è il motivo per cui la maggior parte dell’idrogeno si ottiene mediante il processo di reforming del gas naturale, che è meno costoso dell’elettrolisi. Lo svantaggio è che nel processo vengono prodotti sottoprodotti dannosi come l’anidride carbonica e il monossido di carbonio, contribuendo al riscaldamento globale. Inoltre, e sebbene stiano diventando meno frequenti, le perdite di metano durante l’estrazione del gas naturale non sono rare. E queste molecole non sono solo 86 volte peggiori della CO2, essendo responsabili di circa il 25% delle emissioni globali di GHG. Il processo di estrazione del gas naturale – fracking – di solito ha anche un impatto ambientale significativo. Infatti, può danneggiare gli ecosistemi, la biodiversità, contaminare le acque e causare piccoli terremoti.
Alcuni vantaggi delle auto alimentate a idrogeno
Le auto con celle a combustibile a idrogeno al posto delle tipiche batterie agli ioni di litio delle auto elettriche offrono una proposta di valore interessante che sembra eliminare il problema della fine del ciclo di vita delle batterie al litio. Questo è un vantaggio poichè, una volta che non servono più al loro scopo principale, sono difficili da riciclare. Alcuni progetti sono in fase di sviluppo per riutilizzarli come generatori di riserva negli edifici urbani come gli ospedali.
Inoltre, guidare senza emissioni inquinanti con il vantaggio di essere riforniti rapidamente in 5-10 minuti rispetto allo scenario migliore di 40 minuti di ricarica o il più comune scenario di 3-6 ore di ricarica in auto elettriche, è una vittoria indiscutibile anche per il movimento della mobilità a idrogeno.
Auto elettriche vs auto a idrogeno: qual è più sostenibile?
Nonostante i vantaggi sopra menzionati, la maggior parte dell’idrogeno oggi (95% negli Stati Uniti) si produce dal processo di reforming del metano. Questo distrugge tutto il potenziale dei veicoli alimentati a idrogeno come soluzione per combattere il cambiamento climatico. Questo a causa del monossido di carbonio e del biossido di carbonio generati nel processo. Anche la necessità di utilizzare gas naturale (un combustibile fossile) che potrebbe fuoriuscire durante la fase di estrazione e trasporto (tramite condotte) non è molto convincente.
Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia, forse il processo di elettrolisi dell’acqua per ottenere l’idrogeno può essere migliorato e ulteriormente utilizzato man mano che il processo diventa più efficiente.
Il fatto che per le auto a idrogeno si usa l’energia due volte (per produrre idrogeno e quindi utilizzarlo per alimentare i veicoli), mentre le auto elettriche possono utilizzare l’energia dalla rete immediatamente, è un argomento forte a favore delle auto elettriche. Questo perché dopo aver convertito l’elettricità in idrogeno e di nuovo in elettricità potrebbe comportare perdite di energia fino al 45% (compresa la compressione in un liquido e lo stoccaggio), rendendolo un processo poco efficiente.
Tuttavia, si stanno sviluppando nuovi metodi per produrre idrogeno. Un esempio è la membrana a scambio protonico, che, secondo gli scienziati, potrebbe raggiungere un’efficienza dell’86%, quindi dobbiamo aspettare e vedere cosa succede. Ad oggi però, le auto elettriche sono un veicolo più accessibile per quanto riguarda i diversi tipi di auto e i punti di ricarica. Questo perchè includono processi più efficienti rispetto alle auto alimentate a idrogeno.
Domenico Buoniconti per Fonti di Energia Rinnovabili
