Idrogeno, il carburante del futuro?

idrogeno

I auto a idrogeno Sono state relegate al secondo posto con la preminenza delle auto ibride, a gas ed elettriche. Tuttavia, l'idrogeno potrebbe essere il carburante del futuro, con vantaggi di gran lunga superiori ai veicoli elettrici in termini di rispetto dell'ambiente. Ed è che le auto elettriche non hanno emissioni, ma le loro batterie rappresentano una seria sfida ambientale a causa della produzione di litio e del suo riciclaggio e gestione dei rifiuti. L'idrogeno però è la gallina dalle uova d'oro, sono tutti vantaggi...

Cos'è l'idrogeno?

idrogeno

El idrogeno È un elemento chimico della tavola periodica che si caratterizza per essere il più semplice di tutti, con numero atomico 1. È un gas molto leggero, si può immagazzinare e non genera di per sé emissioni inquinanti. Con queste caratteristiche è un perfetto candidato per l'utilizzo come combustibile. Inoltre, è molto abbondante sulla terra e può essere facilmente prodotto attraverso processi chimici. L'energia rinnovabile può anche essere utilizzata per produrre questo tipo di gas. Pertanto, può anche essere un modo per ottenere energia rinnovabile.

tipi di idrogeno

Esiste una nomenclatura cromatica che classifica l'idrogeno in base al modo in cui è stato ottenuto. È importante conoscere il tipi esistenti di idrogeno, come:

  • Idrogeno grigio: Questo tipo di idrogeno si ottiene riformando combustibili fossili, come il gas naturale. È l'idrogeno più economico da produrre al momento, ma la CO2 viene emessa nell'atmosfera durante la produzione, quindi non è un modo pulito per ottenerlo. È il più economico e il più prodotto oggi.
  • idrogeno blu: è un altro tipo di idrogeno ottenuto da combustibili fossili, ma questa volta con tecniche in grado di catturare e immagazzinare le emissioni di CO2 che si producono durante il processo in modo che non vengano rilasciate nell'atmosfera, quindi ha un impatto ambientale minore rispetto grigio. Certo, le emissioni durante la sua produzione non vengono completamente eliminate, ma vengono ridotte. Il prezzo di produzione di questo tipo di idrogeno è intermedio.
  • Idrogeno verde: È il migliore dei tre e si parlerà molto di lui. Questo idrogeno rinnovabile è ottenuto attraverso l'elettrolisi dell'acqua, quindi durante il processo non viene generato alcun inquinamento. Inoltre, per alimentare i sistemi di elettrolisi viene fatto con energie rinnovabili come l'eolico o il solare, quindi è un combustibile sostenibile e totalmente pulito. Tuttavia, attualmente viene prodotto in quantità inferiori rispetto ai due precedenti ed è il più costoso.

La sfida è sostituire tutti gli altri idrogeni con idrogeno verde, e in questo modo procurati il ​​carburante giusto.

Come si ottiene l'idrogeno?

idrogeno verde

L'idrogeno, come abbiamo visto nella sezione precedente, può essere prodotto in vari modi. Ma indipendentemente dall'energia coinvolta nel suo processo di produzione, diamo ora un'occhiata al modi in cui questo gas può essere ottenuto così abbondante:

  • trasformazione molecolare: Questa tecnica è ottenuta da una serie di reazioni chimiche per ottenere idrogeno. Tra le tecniche più utilizzate vi è l'utilizzo del gas naturale ricavato dai giacimenti petroliferi. Il vapore ad alta temperatura viene utilizzato per dissociare il carbonio dall'idrogeno di cui è costituito il gas naturale. In questo modo si ottiene il diidrogeno da un lato e l'anidride carbonica dall'altro.
  • Gassificazione: è un metodo che realizza la gassificazione con vapore acqueo e ossigeno puro da carbone o biomassa. In un reattore, il carbone o la biomassa vengono bruciati a temperature molto elevate. Questa combustione rilascia gas tra cui il monossido di carbonio altamente tossico (CO) e il diidrogeno dall'altro.
  • elettrolisi dell'acqua: È il metodo migliore dei tre in termini di sostenibilità e anche in termini di abbondanza, poiché la maggior parte della terra è costituita da acqua. Pertanto, potrebbe essere ottenuto dall'acqua dei mari e degli oceani. Per questo, viene utilizzato un serbatoio dell'acqua in cui vengono inseriti gli elettrodi. Applicando una corrente elettrica continua, le molecole d'acqua (H2O) vengono separate in ossigeno (O2) e idrogeno (H2). Quando la fonte di energia per questa elettricità è l'energia rinnovabile, come quella solare o eolica, si dice che questo idrogeno sia verde.

Come funziona un motore a idrogeno (pila a combustibile)?

motore a idrogeno

Quando ne abbiamo bisogno convertire l'idrogeno in energia, l'idrogeno gassoso può essere stoccato in appositi serbatoi da dove viene convogliato verso una cella a combustibile. Lì si ricombina con l'ossigeno dell'aria (come accade in un motore a combustione interna quando l'aria entra nel cilindro provocando la combustione), che produce una reazione energetica e quindi si ottiene energia. In questo modo non verranno immessi nell'atmosfera gas inquinanti di alcun tipo, poiché l'unico rifiuto generato da questo tipo di motore è l'acqua. La ricombinazione dell'ossigeno nell'aria con l'idrogeno crea molecole di H2O nel processo. Un'acqua che potrebbe essere utilizzata per altri scopi, tra cui la rigenerazione dell'idrogeno attraverso l'elettrolisi.

Grazie a questa reazione tra idrogeno e ossigeno nella tua cella a combustibile, viene generata elettricità per muovere il motore elettrico e guidare il veicolo. Vale a dire, le auto a idrogeno sono essenzialmente elettriche, anche se non traggono energia da una batteria al litio o di altro tipo che inquina, né da un motore ibrido anch'esso a emissioni. Tuttavia, alcuni veicoli di questo tipo possono avere una batteria per immagazzinare l'energia che non viene consumata per essere utilizzata in un altro momento. Ad esempio, quando la richiesta di potenza è elevata, tutta l'energia che proviene dalla cella a combustibile viene consumata, mentre se è bassa, parte può essere deviata ai motori elettrici e parte per essere immagazzinata nella batteria.

Molti di questi veicoli hanno anche un freno rigenerativo, ovvero accumulare energia elettrica dalla frenata, contribuendo così a ridurre il consumo di idrogeno e raggiungere una migliore autonomia. E, come ho detto prima, l'unico rifiuto che viene generato è l'acqua, che espellerai attraverso il tubo di scarico.

Quanto a componenti di un veicolo a celle a combustibile a idrogeno, abbiamo:

  • unità di controllo della potenza: è un sistema che controlla in modo ottimale l'erogazione di energia nella cella a combustibile, nonché la ricarica delle batterie e l'utilizzo di questa energia elettrica.
  • Motore elettrico: Potrebbero essercene uno o più. Di solito si tratta di un motore sincrono a magneti permanenti che converte l'elettricità dalla cella a combustibile o dalla batteria in energia per azionare il veicolo.
  • convertitore di tensione della cella a combustibile: è il sistema in grado di adattare l'elettricità generata dalla cella a combustibile a idrogeno per ottenere la tensione adeguata per i motori.
  • gruppo di celle a combustibile: È il vero cuore del sistema, il componente in cui l'energia chimica proveniente dall'apporto di idrogeno dai serbatoi e ossigeno dall'aria viene trasformata in energia elettrica.
  • Batteria: la batteria ha il compito di immagazzinare l'energia generata dalla cella a combustibile e quella recuperata dalla decelerazione, oltre a rafforzare la potenza della cella a combustibile durante l'accelerazione in caso di forte richiesta.
  • serbatoi ad alta pressione: l'idrogeno deve essere immagazzinato in modo sicuro in serbatoi ad alta pressione. Inoltre, ci saranno valvole di sovrapressione, un avviso in caso di fuga di idrogeno e una struttura a tre strati: uno in polimero rinforzato con fibra di vetro, un polimero intermedio e il terzo in plastica rinforzata con fibra di carbonio. Tutto per resistere a pressioni molto elevate.

funzionamento con celle a combustibile

cella a combustibile

Abbiamo detto che il cella a combustibile, o Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), è responsabile della generazione di energia elettrica dalla reazione tra idrogeno e ossigeno dall'aria nell'atmosfera. Bene, per produrre quell'elettricità, vengono usate reazioni elettrochimiche. Le celle a combustibile utilizzeranno un anodo e un catodo su ciascun lato dell'elettrolita. Ad esempio, l'idrogeno viene alimentato all'anodo e un catalizzatore viene utilizzato per generare ioni caricati positivamente che fluiscono attraverso l'elettrolita al catodo. Nel frattempo, al catodo, l'aria viene aspirata nel sistema e si combina con un catalizzatore, ioni idrogeno ed elettroni per produrre calore e acqua come sottoprodotti. Questo induce una corrente, generando elettricità.

Esperienza alla guida di un veicolo a idrogeno

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In pratica, quando si guida un veicolo a idrogeno il l'esperienza è quasi identica a quella di un veicolo elettrico a batteria. Ci sono però alcune lievi differenze, molte delle quali andranno affinate nel tempo, con l'avanzare della tecnologia, come è successo anche per le auto elettriche, che sono cambiate molto dai primi modelli presentati a quelli attuali, nonostante siano relativamente giovane. .

La sfida per gli ingegneri automobilistici è che le celle a combustibile a idrogeno funzionano meglio con potenza costante. Tuttavia, le esigenze di potenza di un veicolo convenzionale quando lo si percorre su strade diverse, come urbane o autostradali, richiedono modifiche nell'erogazione di potenza. Qualcosa su cui gli ingegneri lavorano per fornire i migliori risultati possibili.

Ad esempio, la Toyota Mirai, ha un Potenza nominale 90 kW (120 cavalli).. Ma questo non è sufficiente per l'accelerazione autostradale ad alta velocità, quindi Toyota (come altri produttori di HFCV) aggiunge una batteria ad alta tensione e bassa capacità, molto simile a quelle utilizzate nei veicoli ibridi benzina-elettrici, per contribuire a ottenere quell'accelerazione e potenza extra quando richiesto. Inoltre, questo non significa che non si possano realizzare auto molto potenti con celle a combustibile, infatti la supercar Hyperion XP-1 è un'auto a idrogeno che può accelerare da 0-100 km/h in circa 2.6 secondi, e raggiungere velocità massime di 356 chilometri all'ora.

Vantaggi e svantaggi dell'idrogeno come combustibile

pro e contras

Infine, è importante evidenziare il vantaggi e svantaggi che deve utilizzare l'idrogeno come carburante per i veicoli:

Vantaggi

Tra i Vantaggi Dall'uso dell'idrogeno come combustibile abbiamo:

  • Zero emissioni: i veicoli a idrogeno rilasciano solo acqua come sottoprodotto. Pertanto, contribuisci all'ambiente.
  • Rifornimento veloce: bastano pochi minuti per fare rifornimento, dato che dovrai solo riempire nuovamente i serbatoi di idrogeno come faresti con diesel o benzina. Niente a che vedere con quelli elettrici, che hanno bisogno di essere collegati a lungo per ricaricare completamente la batteria. Inoltre, il costo medio di un'auto elettrica è di circa 8.5 euro per 100 km, simile a quello che si spende per carburanti come diesel o benzina. Invece, l'idrogeno potrebbe essere più economico.
  • Soddisfa gli obiettivi dell'UE: gli obiettivi fissati dall'UE per ridurre le emissioni sono più che raggiunti dai veicoli a idrogeno. Nella proposta Ue per il 2030 si intende ridurre le emissioni di gas inquinanti del 35%, e l'auto a idrogeno ne emette 0.
  • Manutenzione minima: Questi motori elettrici necessitano di una manutenzione minima, semplice ed economica, oltre ad essere abbastanza affidabili. Pertanto, non dovrai investire tanto quanto in un veicolo con motore a combustione a questo proposito.
  • Silenzioso: Sono silenziosi quanto quelli elettrici, quindi non contribuiranno all'inquinamento acustico che esiste in molte città.
  • Maggiore autonomia: le auto a idrogeno hanno una maggiore autonomia, cosa molto importante. Mentre i veicoli elettrici offrono in media un'autonomia di 300 km, i veicoli a idrogeno possono raggiungerne più del doppio. Potrebbero anche raggiungere un'autonomia di oltre 2000 km nel prossimo futuro.
  • Zero emissioni: con il bollino DGT Emissioni Zero puoi parcheggiare senza spendere un centesimo in città, così puoi avere gli stessi vantaggi delle auto elettriche durante la guida nelle aree urbane.
  • Resistere a temperature estreme: A differenza delle auto elettriche al 100%, le auto a idrogeno possono funzionare a temperature più estreme. Difficilmente si noterà nelle prestazioni del veicolo o nella sua autonomia, cosa che accade con quelle elettriche.

Svantaggi

Naturalmente, anche i veicoli a idrogeno hanno i suoi svantaggi, come tutto. I più importanti sono:

  • Prezzo: Poiché non è una tecnologia così matura, i veicoli a idrogeno hanno un prezzo più elevato rispetto alle auto convenzionali o alle auto elettriche. Pertanto, è un dettaglio da considerare. Tuttavia, a lungo andare puoi risparmiare sul carburante e in officina, vista la loro affidabilità. Inoltre, c'è da dire che queste auto tenderanno a scendere di prezzo con il passare del tempo, visto che maturerà maggiormente la tecnologia per creare celle a combustibile e anche per i serbatoi di idrogeno, che devono essere molto sicuri per resistere alle alte pressioni ed evitare perdite in incidenti che potrebbero causare esplosioni.
  • Pochi punti per fare rifornimento: Poiché attualmente è una tecnologia di propulsione minoritaria, come nel caso dell'auto elettrica, non ci sono molti punti per fare rifornimento. Questo dovrebbe gradualmente cambiare. In Spagna, ad esempio, i siti si contano sulle dita di una mano, dato che ci sono solo circa 6 punti a Siviglia, Albacete, Puertollano, Saragozza, Huesca e Barbastro. Altri paesi, come la Germania, hanno già più veicoli di questo tipo, e hanno l'obiettivo di raggiungere fino a 500 punti di rifornimento.
  • Poca varietà di modelli: Poiché non è una tecnologia così diffusa, attualmente ci sono pochi marchi e modelli tra cui scegliere, anche se anche questo cambierà con il passare del tempo e i produttori li produrranno su scala più ampia. Inoltre, la mancanza di punti di rifornimento o di rete a idrogeno non contribuisce a incentivare la vendita di questo tipo di veicoli. Tuttavia, hai già grandi auto a idrogeno come Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, ecc.
  • non compatto: Data la complessità dei serbatoi di idrogeno e della cella a combustibile, queste auto tendono ad avere dimensioni maggiori, quindi se cerchi utenze di piccole dimensioni, puoi lasciar perdere. Almeno per il momento, fino a quando non si raggiunge un grado di compattazione maggiore. Anche in alcuni casi il bagagliaio di solito non è molto spazioso, poiché altri componenti meccanici consumano parte del suo spazio. In questo senso sono simili a quelli elettrici.
  • pericoloso: L'idrogeno è altamente volatile e infiammabile. Per questo motivo i serbatoi di idrogeno devono essere molto resistenti e sicuri, resistere agli urti, evitare perdite con ulteriori sistemi di sicurezza e sopportare pressioni elevate. Tutto per mantenere i conducenti e gli altri passeggeri al sicuro. Questo porta ad un altro problema derivato, ovvero che la cella a combustibile ei serbatoi hanno solitamente una vita utile più limitata, date le norme di sicurezza. Attualmente si stima che il limite di un serbatoio di idrogeno sia di 15 anni, momento in cui dovrebbe essere sostituito con uno nuovo. Per quanto riguarda la cella a combustibile, alcuni produttori stimano che potrebbe ridurne la potenza del 15% dopo aver percorso circa 225.000 km di utilizzo, anche se a poco a poco stanno migliorando in questo senso.

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