Motori termici alimentati a idrogeno: soluzione per le emissioni zero?

Le normative che limitano le emissioni di gas serra da parte dei veicoli a motore termico sono sempre più stringenti. Per tale motivo l’idrogeno sta riscuotendo un grande successo come risorsa energetica. L’idrogeno è l’elemento più comune che abbiamo sulla terra, può essere estratto dall’acqua sfruttando energia elettrica da fonti rinnovabili, oppure può essere ottenuto tramite un processo detto di “gassificazione”, grazie al quale si estrae appunto idrogeno da gas come, per esempio, il metano (CH 4 ). Non c’è quindi da meravigliarsi se c’è un grande interesse nei motori ad idrogeno.

Come può l’idrogeno fornire potenza ad un veicolo?

Utilizzare l’idrogeno per muovere un veicolo è più semplice e diretto di quanto si possa pensare. Ci sono due modi per farlo. Il primo modo include quei dispositivi chiamati “celle a combustibile” o anche “fuel cells”. Esse, come abbiamo già discusso in un precedente articolo, convertono l’idrogeno in energia elettrica, la quale successivamente viene sfruttata da un motore elettrico. L’altra via sono invece i motori ad idrogeno. Veri e propri motori a combustione interna che però bruciano idrogeno come combustibile. Dall’esterno un motore a idrogeno può facilmente essere confuso con un classico motore a benzina. Questo poiché entrambi hanno lo stesso ciclo di funzionamento e condividono gli stessi componenti – blocco motore, albero, cilindri, sistema di iniezione, ecc ecc. Questo alto livello di similitudine tra i componenti motore è un grande vantaggio in termini di economia di scala, siccome riduce i costi di conversione e si appoggia alla grande affidabilità dei motori a combustione interna.

Emissioni (quasi) zero

Quando l’idrogeno è utilizzato per alimentare un sistema fuel cell si ha sostanzialmente un powertrain elettrico, al 100% a zero emissioni. Così non è quando si brucia idrogeno all’intero di una camera di scoppio. Si potrebbe pensare che durante il processo di combustione l’idrogeno si lega con l’ossigeno presente nell’aria e l’unico prodotto allo scarico sia semplicemente acqua. Non è così purtroppo! In questo caso non ci sono idrocarburi incombusti, CO e CO2 (emissioni che abbiamo nei classici motori a Diesel o benzina), ma alcuni ossidi d’azoto vengono immessi comunque nell’atmosfera. Quando bruciamo idrogeno infatti le alte temperature tendono a legare l’azoto presente nell’aria all’ossigeno, producendo i famigerati ossidi di azoto, responsabili delle piogge acide. Si tratta in ogni caso di quantità estremamente più basse rispetto a quanto emesso dalla combustione di gasolio e benzina. Principalmente perché un motore che brucia idrogeno ha una miscela con rapporto aria/carburante molto più alto (tanta aria, poco carburante). Alzando il rapporto aria/combustibile si riducono le temperature in camera di scoppio, riducendo così la quantità di ossidi di azoto allo scarico.

I nodi del rendimento e dello stoccaggio

Come detto in precedenza, attualmente l’idrogeno viene prodotto tramite elettrolisi dell’acqua oppure tramite gassificazione di gas come il metano. Una volta ottenuto l’idrogeno puro, esso restituisce, durante il processo di combustione, la stessa quantità di energia che è stata impiegata per produrlo, al netto dei rendimenti propri di ognuno dei due processi. Per questo motivo non si ha nessun risparmio energetico sul ciclo complessivo, a meno che per produrre l’idrogeno non vengano impiegate risorse rinnovabili. L’altro problema dell’idrogeno è che, per avere a bordo quantità sufficienti a garantire una autonomia paragonabile a quella di un veicolo alimentato a gasolio o benzina, deve essere stoccato in serbatoi a pressioni altissime, circa 700 bar. Inoltre, un motore a benzina con iniezione indiretta, per esempio, se convertito ad idrogeno ha un rendimento di molto inferiore a quello di un propulsore analogo che brucia benzina. Le cose cambiano quando invece il motore è progettato ad hoc per bruciare idrogeno.

Sviluppi per il futuro

Al momento attuale c’è da considerare il fatto che i motori a idrogeno a combustione interna sono essenzialmente motori a benzina con qualche modifica. Ci sono programmi di ricerca, come quello avviato dall’Università di Graz con Bosch, che dimostrano che motori ad hoc, progettati in origine per funzionare con l’idrogeno, possono avvicinarsi alle zero emissioni. Attualmente, i progetti più riusciti di vetture con motore ad idrogeno sono stati Hydrogen 7 da parte di BMW e alcuni prototipi sviluppati da Mazda tra la fine degli anni ’90 e l’inizio del 2000, oltre al prototipo di Toyota per disputare la 24 Ore con una Corolla da corsa alimentata a idrogeno. O meglio, con una Corolla da corsa equipaggiata con un 3 cilindri a benzina preso dalla Yaris GR e adattato per bruciare idrogeno come in un normale motore termico.

Ma alla luce della transizione ecologica e con la lotta alle emissioni in cima alle agende di politica e industria, i motori termici alimentati ad idrogeno sono senz’altro una tecnologia da tenere d’occhio.