Da Surprising Science, Marzo 2013 – Coming soon: An SUV exclusively on hydrogen
L'auto a idrogeno, dov’era finita?
di Vincenzo Rampolla
Come funziona un’auto a idrogeno fuel cell?
Fino ad oggi con bombole di idrogeno pressurizzato. L’Istituto tedesco Fraunhofer di Dresda, ha progettato la Powerpaste, una materia rivoluzionaria che permette di “catturare” idrogeno a pressione atmosferica all’interno di uno speciale composto chimico (per i curiosi, a base di idruro di magnesio in polvere). La Powerpaste rilascia poi l’idrogeno sollecitata dall’impianto e rimpiazza i meccanismi di rilascio del gas contenuto nelle bombole delle attuali vetture fuel cell. Punto.
Tubetti di pasta di magnesio al posto delle bombole? Sì, una nuova tecnologia delle fuel cell che permette di risparmiare spazio e costi, con enormi vantaggi anche per il rifornimento.
L’istituto Fraunhofer all’inizio ha sviluppato questa soluzione per la realizzazione di uno scooter a emissioni zero, alimentato a idrogeno, con uno spazio protetto e sicuro per l’alloggiamento ridotto di un tubetto. La Powerpaste ha una maggiore concentrazione di idrogeno rispetto alle bombole, con risparmio di superficie, soluzione ideale e adottabile sulle auto… e per un drone, ad esempio, garantendo molte ore di volo rispetto agli usuali 20 minuti. E avrebbe vantaggi anche per velivoli e trasporto pesante.
Come funziona? Interessa i tecnici, ma vale la pena leggerlo. La polvere di idruro di magnesio viene addizionata con altri elementi e unita all’idrogeno con un processo che avviene a 350 °C e a una pressione di circa 5-6 atmosfere; arricchita con l’idrogeno, la pasta resta stabile fino a 250 °C, viene poi spremuta e miscelata con acqua in modo che l’idrogeno contenuto in entrambe venga trasmesso alle fuel cell per generare energia elettrica. La tecnologia Powerpaste avrebbe un ulteriore vantaggio nel rifornimento, permettendo alle auto di fare un pieno l’idruro di magnesio e di riempire un serbatoio d’acqua. Tubetto di pasta più tanica d’acqua uguale a risparmio di tempo e di costi, visto l’obbligo odierno di dover disporre del gas all’interno di cisterne pressurizzate presso le stazioni di servizio. L’Istituto ha dichiarato di potere avviare la produzione della Powerpaste entro l’anno e che l’impianto attualmente in costruzione avrà una capacità di 4.000 kg, più che sufficienti per avviare una sperimentazione su larga scala.
Toyota ne approfitta e con l'idrogeno tenta di ripetere il successo delle ibride.
La Società lancia la nuova Mirai e scommette oggi sulle fuel cell per garantirsi un futuro vantaggio competitivo. La presentazione della Toyota Mirai, 2ª generazione della berlina fuel cell, è stata l'occasione per fare il punto sull'ambiziosa strategia portata avanti sul fronte dell'idrogeno. Se fino a 10 anni fa il principale ostacolo alla sua diffusione era dovuto agli eccessivi costi e ingombri del powertrain, oggi tali criticità tecnologiche sembrano superate e l’interesse va dritto sulla rete di rifornimento, in pratica ancora assente. I tempi cambiano. I sistemi fuel cell stanno diventando sempre più compatti e leggeri e migliorano le prestazioni. Le auto a idrogeno hanno prezzi paragonabili alle tradizionali auto elettriche e sotto il profilo tecnico offrono due innegabili vantaggi: maggiori percorrenze, con la Mirai che può vantare 650 km di autonomia con un pieno insieme a rifornimenti più rapidi: per riempire le 2 bombole di capacità complessiva di 5,6 kg (142,2 litri di gas) impiega non più di 5 min rispetto ai precedenti 15 min (v. immagini). Quanti km con 1 kg di idrogeno? Un kg di H₂ costa circa €13 - 14 e con quello si possono percorrere anche un centinaio di km. Come un'auto che consuma circa 8 l/100 km di benzina.
Tornando agli obiettivi di Toyota, emerge la certezza che nel futuro l’idrogeno avrà lo stesso ruolo che ha avuto l’ibrido dagli anni ’90 a oggi. Rappresenterà una valida alternativa alla mobilità elettrica a batteria, come ha fatto fino ad oggi l’ibrido con le auto diesel e benzina. Per Toyota tutto questo avverrà arraffando una considerevole fetta del mercato e affermandosi su larga scala. Senza escludere l’interesse di investire anche sulle auto elettriche: si è buttata a capofitto per fare una strage con le sue batterie allo stato solido. I tecnici Toyota sono talmente convinti del successo della nuova Toyota Mirai che, a differenza della precedente, sarà prodotta su catene di montaggio di tipo industriale. La prima berlina a idrogeno era realizzata con metodi semi artigianali e nasceva nella stessa rimessa dove ha preso vita la supercar in serie limitata Lexus LFA. Parlano le cifre: la precedente Mirai è stata venduta in 11.000 esemplari, con la nuova si punta ad arrivare a 100.000 immatricolazioni in pochi anni.
Nelle generazioni, le auto a idrogeno hanno avuto enormi margini di miglioramento. Tra la prima e la seconda Mirai, la tecnologia fuel cell è migliorata al punto di ridurre gli ingombri del 30%, di incrementare l’efficienza del 10% e di aumentare la potenza del 10%. Il tutto, con una riduzione dei costi prossima al 20%. Alla data della 4ª o 5ª generazione sull’idrogeno, la tecnologia avrà fatto passi in avanti tali da permettere di avere auto fuel cell anche più compatte, con SUV da città e Segmenti B e C (da €14.000 a €26.000) potenzialmente in grado di accogliere questo tipo di powertrain, garantendo prezzi concorrenziali e prestazioni di livello.
Resta il nodo della rete di distribuzione. In Europa la Germania guida la classifica con 87 punti vendita; fanno seguito UK con 13 e Francia con 4. L’Italia sfigura: a Bolzano 1 distributore aperto al pubblico, 1 in Lombardia e 1 in Sicilia (riservati entrambi ai bus e chiusi al pubblico). In Lazio, Toscana e Emilia Romagna altri 3, per ora inattivi. In Giappone i distributori di idrogeno sono 127 e il Governo ha varato un piano per raggiungere quota 900.
Toyota vuole arrivare sul mercato entro 5 anni: l’annuncio era previsto già alle Olimpiadi di Tokyo. Per ora si è limitata a un assaggio. Il colosso giapponese, pur essendo una delle poche società a non aver ancora lanciato sul mercato un modello a emissioni zero, si limita a delle presentazioni e dice di essere pronta entro il 2025 a vendere auto con batterie allo stato solido, con ricarica completa in 15 minuti.
Parole di Keiji Kaita, vice presidente Toyota e Direttore della Divisione Powertrain, in un’intervista ad Automotive News, in cui ha rivelato che la società sarebbe stata in grado di presentare le auto elettriche dotate di questo tipo di batterie durante le Olimpiadi di Tokyo 2020. Cosa che è avvenuta, ma in sordina. In anteprima a Bolzano il Presidente del Coni Giovanni Malagò, insieme all’AD di Toyota, ha guidato la Mirai, berlina di serie alimentata a idrogeno, simbolo della mobilità del futuro a emissioni zero. Presenti anche 5 Toyota Proace, che hanno trasportato tutti gli atleti dell’Italia Team per le strade della città, fino alla sede della conferenza di presentazione.
La Casa giapponese era pronta a mettere in campo una flotta di veicoli ecologici inediti durante i Giochi. Tra questi, ce ne sarebbero stati alcuni già con le batterie allo stato solido. Tali prestazioni sono rese possibili grazie a un elettrolita a base di solfuro che garantirebbe un passaggio molto più efficiente degli ioni di litio tra i due elettrodi e che consentirebbe di raggiungere una densità energetica 8 volte superiore rispetto alle migliori batterie in commercio. Per la strategia industriale e commerciale, Toyota non ha perso tempo. Con una garanzia delle batterie di 30 anni e anche dopo, con prestazioni superiori al 90% del pieno potenziale, per sviluppare un prodotto tanto innovativo, Toyota ha creato una joint venture con Panasonic, Prime Planet Energy & Solutions.
Ad aprile contava 5.100 dipendenti, di cui 2.400 lavorano altrove. In Cina. Davvero? E la Prime Planet dovrà realizzare la batteria allo stato solido che Toyota metterà in commercio entro 5 anni. Dulcis in fundo, l'impatto ambientale delle automobili a idrogeno è molto basso, non generano emissioni inquinanti (gas serra, polveri sottili…), espellono solo vapore acqueo. Sono veicoli ZEV (Zero Emission Vehicule).
Nella Tabella, di ogni sistema che produce energia, sono state calcolate ad ampio spettro le emissioni CO₂, in particolare delle automobili, con dati espressi in peso di CO₂ (g) equivalenti per km percorso e dei sistemi, in kWh, espressi in unità di potenza prodotta; per tutte le auto si è ipotizzato un percorso annuo di 12.000 km e modelli con potenza tra 75-100 CV:
(consultazione: lifegate; politecnico torino; ministero ambiente; aci; f. barontini - insideevs 28.7.2020 – 30.11.2020 – 5.02.2021; la repubblica; giornale di bolzano; automotive news; comunicazione italiana - cei-cives (commissione italiana veicoli elettrici a batteria, ibridi e a celle a combustibile)
