FUELL CELL E IDROGENO

La transizione prossima ventura

Nel trasporto pesante si pensa a veicoli a celle combustibili che prendono l’energia dall’idrogeno. Nonostante la tecnologia sia ormai acquisita e i prototipi siano già in fase di test, i tempi per il cambio definitivo di propulsioni sembrano ancora lunghi

L’idrogeno possiede alcune caratteristiche chiave che lo rendono un’opzione energetica imprescindibile nella prospettiva del Green deal e della carbon neutrality in programma dall’Unione COME FUNZIONA? Questa è la premessa. Di motorizzazioni per veicoli pesanti, alimentate dall’idrogeno se ne parla da anni ma a che punto siamo? Ancora alla fase di sperimentazione? Siamo pronti? europea per il 2050 e, più nel breve, per l’innalzamento degli Quali sono, se ci sono, i problemi? obiettivi di decarbonizzazione per il 2030. Per dare queste riposte bisogna entrare nel funzionamento Sebbene l’idrogeno, a oggi, non abbia ancora un ruolo defi- di un veicolo a idrogeno, meglio, a celle (o pile) combustibili. nito all’interno del mix energetico, è considerato tra i vettori Fondamentalmente un veicolo a idrogeno è un veicolo elettripiù promettenti per il futuro dell’energia decarbonizzata, spe- co, cambia soltanto la modalità di accumulo dell’energia, che cialmente nel settore dei trasporti e in quelli industriale e resi- in un veicolo elettrico “classico”, avviene tramite le batterie. denziale. Nel comparto dei trasporti, l’idrogeno rappresenta Nell’altro caso, l’idrogeno, contenuto in serbatoi simili a quella più promettente opzione di decarbonizzazione, soprattut- li destinati al CNG (a 700 bar, anziché 250), passa attraverso to in riferimento a quello su gomma, responsabile del 95% di le celle a combustibile dove, grazie a una reazione con l’ossigetutte le emissioni di gas a effetto serra nel trasporto in Italia. no, viene trasformato in energia elettrica che viene, a sua volNel Piano Nazionale Integrato Energia e Clima (Pniec) l’i- ta, immagazzinata in batterie “tampone”, praticamente degli drogeno è stato incluso tra gli obiettivi definiti al 2030 come accumulatori, per poi andare ad alimentare il motore elettrico. contributore al raggiungimento del target di rinnovabili nei Dunque, se il motore è elettrico, perché un sistema a idrogeno, trasporti (21,6%), con un contributo dell’1%. Si tratta tutta- piuttosto che una motorizzazione “full electric”? via di un ruolo ancora marginale Perché, come si sa, ogni veicolo elettrico ha il problema del peH2_COS’È E COME SI PRODUCE rispetto alle potenziali tà effettive di que so del pacco batterie. Così, se nei commerciali leggeri con un po’ di “sforzo” ci si rientra, nel trasporto pesante assolutamente no.L’idrogeno non si trova in natura, ma deve essere estratto dalle sostanze che lo compongono. In base al processo utilizzato per la sua produzione si parla di: Idrogeno grigio, che viene estratto sto vettore. UN CAMION CARICO SOLO DI BATTERIE da risorse fossili (quali petrolio, metano e carbone) attraverso procedimenti La quantità di energia di cui necessita un camion pesante è che prevedono l’utilizzo di vapore acqueo a elevate temperature. molta di più di quella necessaria a un LCV, quindi, per far arIdrogeno blu, che viene prodotto secondo il procedimento dell’idrogeno grigio a cui rivare un camion elettrico ad autonomie solo vicine a quelviene associata la tecnologia del Carbon Capture and Storage che consente le del motore Diesel, bisognerebbe riempire un camion di di immagazzinare l’anidride carbonica derivata dal processo produttivo dell’idrogeno, batterie, che necessiterebbero poi di tempi lunghissimi trasportarla e iniettarla in adeguati siti di confinamento geologico. Idrogeno verde, che è ottenuto dal processo di elettrolisi che consiste nella scissione dell’acqua mediante l’utilizzo di energia elettrica rinnovabile, con produzione contemporanea di ossigeno. Un’alternativa altrettanto sostenibile è inoltre rappresentata dal biometano, utilizzato in luogo del gas per la ricarica e porterebbero il veicolo fuori dei limiti di peso. E diciamo anche che con l’idrogeno si risolve il problema dell’autonomia, perché con un naturale per la produzione di idrogeno grigio. pieno di serbatoio si fanno circa mille chilometri. Qualora l’idrogeno dovesse inserirsi negli scenari futuri della transizione energetica si dovrà ipotizzare una Ma, naturalmente, c’è un “ma”. L’idrogeno non produzione esclusivamente verde di questo gas. Tuttavia, l’idrogeno blu svolgerà ruolo importante nella fase di transizione. www.trasportale.it TRASPORTARE OGGI

E DAIMLER NON STA A DORMIRE

Anche Daimler Trucks si muove nel campo dello sviluppo di un pesante a idrogeno e ha recentemente presentato il concept Mercedes-Benz GenH2 Truck, alimentato a celle a combustibile. Il GenH2 Truck, che promette mille chilometri di autonomia per utilizzi a lungo raggio, si basa sulla piattaforma modulare ePowertrain che rappresenterà il fondamento tecnologico per tutti i medi e i pesanti Daimler Trucks a trazione elettrica sia alimentati a batteria, sia che sfruttino celle a combustibile a base di idrogeno. Daimler Trucks prevede di iniziare le prove dei clienti del veicolo nel 2023, mentre la produzione in serie inizierà nella seconda metà dopo il 2025. Il GenH2 Truck offrirà un carico utile di 25 ton con un peso totale di 40. Due serbatoi di idrogeno liquido e un sistema di celle a combustibile renderanno possibile sia il carico elevato e l’elevata autonomia.

IDROGENO LIQUIDO In Daimler si è preferito puntare sull’idrogeno liquido (LH2), per la sua densità energetica notevolmente superiore, in relazione al volume, rispetto all’idrogeno gassoso. Di conseguenza l’idrogeno liquido necessita di serbatoi molto più piccoli e, grazie alla pressione più bassa, molto più leggeri, a vantaggio della capacità di carico. Allo stesso tempo, il rifornimento di idrogeno è maggiore, aumentando l’autonomia, così che il GenH2 Truck potrà essere impiegato sui trasporti a lungo raggio, esattamente come i veicoli spinti da motori Diesel tradizionali. I due serbatoi di idrogeno liquido in acciaio previsti per la versione di serie del GenH2 Truck avranno una capacità di 40 kg l’uno e sono costituiti da due tubi, uno all’interno dell’altro, collegati tra loro e isolati sottovuoto. Nella versione di serie del GenH2 Truck, il sistema di celle a combustione fornirà 2 x 150 kW. Il sistema affianca una batteria da 400 kW per un tempo limitato. La capacità di stoccaggio della batteria è relativamente bassa (70 kWh), poiché servirà per supportare l’erogazione della potenza delle celle a combustibile in base alla situazione, per esempio, durante i picchi di carico in fase di accelerazione o durante le marce in salita a pieno carico. Nel veicolo di serie, la batteria verrà ricaricata utilizzando l’energia di frenata e l’energia delle celle a combustibile in eccesso. Elemento centrale della sofisticata strategia di funzionamento dei sistemi di celle a combustibile abbinato alle batterie è l’impianto di raffreddamento e riscaldamento che mantiene tutti i componenti a una temperatura di esercizio ideale, garantendone così la longevità.

UN ELETTRICO PER LA LUNGA PERCORRENZA Ma l’attività di ricerca e sviluppo della Stella non si ferma all’idrogeno, insieme a GenH2 Truck, ha presentato anche il Mercedes-Benz eActros LongHaul, veicolo elettrico a lunga percorrenza, sia a due che tre assi, alimentato esclusivamente a batteria. Il veicolo, presentato già nel 2018 in preserie è stato affidato per lunghi test in condizioni operative ad alcune aziende di distribuzione clienti Daimler. Nei due anni di sviluppo, dalla prima presentazione alla seconda, l’autonomia dell’ eActros LongHaul, è cresciuta da 200 a 500 chilometri. A Stoccarda prevedono di avere l’eActros LongHaul pronto per la produzione in serie nel 2024.

Airbus ha svelato i suoi primi modelli di velivoli ad emissioni zero: il primo aeromobile commerciale al mondo a idrogeno potrebbe entrare in servizio entro il 2035 ed entro quella data puntare sulla neutralità climatica dell’intera industria aeronautica. si trova in natura e, per produrlo, c’è bisogno di elettricità. Il discorso, quindi è: produciamo elettricità che ci serve per produrre l’idrogeno che ci serve per produrre di nuovo elettricità. Va ricordato, a questo proposito, che in ogni passaggio, in ogni trasformazione, c’è una perdita di energia e più trasformazioni si fanno e più si perde energia. Quindi, in pratica, il motore a celle combustibili, è un po’ meno efficiente di quello elettrico. Altro problema è quello della disponibilità di idrogeno, perché dobbiamo considerare, da una parte, che ci sono anche i passaggi relativi alle infrastrutture e dall’altra, la reale capacità di produrlo con costi che siano compatibili con quelli “commerciali” del trasporto, che abbia cioè un prezzo al chilometro compatibile con quello che paga un committente.

LA GRANDE IMPORTANZA DEL BIOMETANO In tutto questo si colloca il metano, meglio il biometano, perché, fondamentalmente, se andiamo a fare un’analisi delle emissioni di CO2 partendo dal “tank to wheel” (dal serbatoio alla ruota) vediamo che l’elettrico ha emissioni zero, l’idrogeno ha emissioni zero, il metano ha un po’di emissioni, il Diesel ne ha più di tutti. Ma se noi allarghiamo l’orizzonte e andiamo a prendere non il “tank to wheel”, ma il “well to wheel” (dal pozzo alla ruota) ci aggiungiamo cioè anche il pezzo della produzione del carburante, che si chiama “well to tank” (dal pozzo al serbatoio), facendo sempre il confronto tra le varie tecnologie,

Fabrizio Buffa Head of Gas Business Development di IVECO, è un fautore del biogas che, da subito potrebbe abbattere le emissioni di CO2, in attesa dell’idrogeno.

ci accorgiamo che il biometano ha un’emissione di CO2 negativa, vuol dire che assorbe CO2 dall’ambiente invece di immettercelo, grazie all’utilizzo ( nella sua lavorazione) di scarti della lavorazione agricola, di liquami etc che, in condizioni normali, produrrebbero CO2, e che, invece, cosi si ingabbiano, sottraendo CO2 dall’atmosfera. Dunque, Il biometano assorbe CO2 quando produce il carburante e lo emette quando lo si usa, cioè “0”, ovvero più del 95% di riduzione rispetto all’emissione complessiva di un motore Diesel; ma in cicli di produzione “virtuosi”, per esempio dove la CO2 viene recuperata e venduta, dove gli scarti della lavorazione vengono utilizzati nel sottosuolo, si arriva al “carbon negative” cioè a emissioni di CO2 negative anche del 130%. La striscia dell’elettrico e dell’idrogeno, invece, come abbiamo visto, ha una certa emissione di CO2 quando viene prodotto (la quantità dipende dal mix di rinnovabili) e 0 quando viene consumato, quindi il bilancio è sempre maggiore di 0 che è superiore a quello che si ha con il biometano.

Il Nikola One, il trattore a fuell cell che già da tempo sarebbe operativo, negli ultimi test sul campo, negli Stati Uniti. Recentemente il fondatore di Nikola, Trevor Milton, è stato al centro di una serie di accuse e di polemiche che hanno fatto pensare a problemi sia aziendali che di tipo tecnico. Milton ha smentito con forza le accuse .

Per l’elettrico e l’idrogeno, dunque, ci sarà uno sviluppo importante nei prossimi anni ma se vogliamo andare a ridurre le emissioni di CO2 il prima possibile, dobbiamo lavorare sul biometano più che su elettrico e idrogeno, come, peraltro, sta facendo la Germania. L’idrogeno, dunque, potrebbe essere prodotto dal biometano, anche se con i problemi causati dai passaggi di energia che rovinerebbero, in parte, il ciclo virtuoso; ci sono in corso, comunque, studi piuttosto importanti che parlano di idrogeno prodotto dal biometano.

NON CI SARÀ UNA VERA E PROPRIA TRANSIZIONE Allora qual è la strada per l’idrogeno? Quando ci sarà la “famosa” transizione? Lo abbiamo chiesto a Fabrizio Buffa Head of Gas Business Development di IVECO. “Non credo che ci sarà una vera transizione – dice – almeno nel nostro caso: nel 2021 avremo un pesante e un medio elettrici, nel 2022 avremo il Daily e nel 2023 avremo il pesante a idrogeno, realizzato con Nikola. Insomma, stiamo lavorando per sviluppare l’elettrico per la gamma leggera e per la media con l’EuroCargo e un elettrico per la gamma pesante, sia come trattore stradale sia come motrice, che abbiano mission specifiche urbane o regionali, perché l’autonomia di un veicolo elettrico pesante, purtroppo, non può superare i 400 km, che è già moltissimo.

HYUNDAI METTE L’IDROGENO SU STRADA

Il camion a idrogeno di Hyundai l’XCient Fuel Cell è una realtà in Europa. I primi dieci esemplari del pesante coreano alimentato a celle a combustibile sono stati consegnati alla filiale svizzera della Casa Coreana, per i test su strada che saranno svolti da alcune importanti aziende elvetiche. Si tratta dei primi di un gruppo di 50 veicoli in programma quest’anno, per un totale di 1.600 entro il 2025. l’XCient Fuel Cell è un trattore sviluppato da Hyundai Motor, alimentato da celle a combustibile da 190 kW spinto da un motore elettrico da 350 kW e 3.500 Nm e capace di un’autonomia di circa 400 km con un pieno di idrogeno. Sette grandi serbatoi di idrogeno offrono una capacità di stoccaggio totale di circa 32,09 kg di gas.

Il veicolo a batteria, dunque, farà la mission urbana o regionale, quello a idrogeno farà la media tratta di 800 km e poi il Diesel o LNG che fa 1600 km, per le mission più lunghe. Ma siccome l’LNG è destinato a esaurirsi sarà sostituito dal Biometano”.

DUNQUE NEL 2023 IVECO E NIKOLA SARANNO PRONTI? “Il veicolo, il Nikola 3, praticamente c’è – dice Buffa – e non credo che sia il veicolo il problema, perché la tecnologia è la stessa dei prototipi a batteria che già girano; il problema sta nella disponibilità dell’idrogeno, cioè nella produzione efficiente, nel rifornimento, nelle stazioni di ricarica. Attualmente in Italia ce n’è una sola. Purtroppo – continua – non è una cosa semplicissima. È anche una questione di pressioni diverse, per esempio una stazione pensata per le auto non riesce a rifornire un mezzo pesante perché non ha le pressioni sufficienti. E, comunque, la produzione, in questo momento, ha poco senso perché per produrre idrogeno verde (vedi riquadro, ndr), c’è da considerare prima un ciclo di biometano che ora ha un costo troppo alto rispetto ai parametri del costo-chilometro”.

Il Nikola 3, joint venture tra IVECO e Nikola, verrà prodotto negli stabilimenti IVECO di Hülm, in Germania, e sarà disponibile in Europa nel 2023.

SARÀ UN CAMBIAMENTO EPOCALE Alla fine, allora, quanto ci vorrà perché un trasportatore possa serenamente scegliere un veicolo a idrogeno e apportare davvero benefici all’ambiente? “Ci vorranno almeno 10 anni – dice ancora Buffa – dovremo arrivare al 2030; solo dal 2025 ci sarà una vera crescita. Ci si arriverà per gradi, anche perché bisognerà cambiare e adeguare il modello di business. Questi veicoli che avranno, almeno all’inizio, un costo quasi proibitivo, dovranno portarsi dietro un cambiamento epocale: non più acquisto del veicolo, ma acquisto di una serie di servizi”. Nel frattempo lo sviluppo dei motori endotermici continua, o l’impegno sull’idrogeno porterà a un “abbandono” delle motorizzazioni Diesel? “Attualmente non è prevista questa situazione – conclude Fabrizio Buffa – ma credo che ci sarà un cambio di mix; dal 2025 in avanti l’elettrico comincerà a crescere, crescerà anche il bioeemetano e l’LNG, che prenderà quote a scapito del Diesel che, a sua volta, scenderà sotto il 50%”.#