L’energia rinnovabile deve essere immagazzinata per renderla disponibile in ogni momento e per le applicazioni mobili. Negli ultimi anni, le batterie e le tecnologie dell’idrogeno sono diventate al centro dell’attenzione come mezzi di stoccaggio per le energie rinnovabili. Nel campo dei trasporti, due tecnologie sono emerse come soluzioni praticabili per la decarbonizzazione: veicoli elettrici a batteria e veicoli a celle a combustibile a idrogeno. Qui, esploriamo il panorama della scienza e dei brevetti per rivelare quale potrebbe diventare l’alternativa più praticabile ai veicoli a benzina e diesel.
Veicoli elettrici a batteria: una rapida introduzione
Un veicolo elettrico a batteria utilizza un pacco batteria di bordo per alimentare il motore del veicolo, che include diverse configurazioni di celle della batteria. Sebbene ci siano molte varianti dell’architettura delle celle della batteria basate su diverse combinazioni e materiali dell’anodo, del catodo e dell’elettrolita, il principio generale è lo stesso: fornire un dispositivo che converta l’energia chimica immagazzinata in energia elettrica. Questo fornisce una corrente elettrica, utilizzata per azionare i motori elettrici che fanno girare le ruote, le eliche e altri meccanismi.
Veicoli elettrici a batteria: gli svantaggi
Nonostante i vantaggi ambientali e di efficienza dei veicoli elettrici a batteria, le batterie agli ioni di litio, considerate le migliori attualmente disponibili, hanno solo circa l’1% della densità energetica della benzina o del diesel. Per questo motivo, i veicoli più piccoli e leggeri sembrano essere i migliori candidati per i propulsori elettrici a batteria. Man mano che le dimensioni dei veicoli aumentano, le dimensioni e il peso del pacco batteria necessario per alimentare il veicolo, nonché l’autonomia disponibile, iniziano a rendere l’alimentazione a batteria un’opzione meno attraente.
Veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno: i vantaggi
Le celle a combustibile a idrogeno hanno una densità di accumulo di energia molto maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, offrendo un significativo vantaggio di autonomia per i veicoli elettrici, essendo anche più leggere e occupando meno spazio. Anche i veicoli alimentati a idrogeno possono essere riforniti in pochi minuti, mentre quelli alimentati a batteria richiedono un’attesa mentre la batteria si carica.
Veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno: una rapida introduzione
Come per i veicoli elettrici a batteria, i veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno utilizzano l’elettricità per alimentare un motore elettrico. Questo è generato da una cella a combustibile alimentata a idrogeno, piuttosto che prelevare elettricità direttamente da una batteria. La cella a combustibile genera elettricità attraverso una reazione elettrochimica in cui l’idrogeno e l’ossigeno vengono combinati per generare elettricità, calore e acqua. La cella a combustibile è composta da un anodo, un catodo e una membrana elettrolitica.
In termini generali, l’idrogeno entra nella cella a combustibile attraverso l’anodo, dove viene versato in elettroni e protoni. Gli ioni di idrogeno passano attraverso l’elettrolita che forza gli elettroni attraverso un circuito, generando una corrente elettrica e calore in eccesso. L’ossigeno che entra nel catodo si combina con gli elettroni del circuito elettrico e gli ioni idrogeno che sono passati attraverso l’elettrolita dall’anodo, creando un’emissione innocua: l’acqua.
Veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno: gli svantaggi
Le sfide tecniche che i veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno devono affrontare sono la disponibilità e la produzione pulita di idrogeno e l’utilizzo dell’idrogeno come fonte di energia.
La produzione di idrogeno richiede quantità significative di energia, quindi il modo in cui viene prodotto è fondamentale per il suo impatto ambientale. Nonostante l’idrogeno sia un gas incolore, viene indicato con una gamma di colori che indicano l’impatto ambientale della sua produzione, ad esempio:
L’idrogeno grigio è prodotto da combustibili fossili in un processo che rilascia CO2 nell’atmosfera. Questa è attualmente la forma di idrogeno più economica e più comune.
Anche l’idrogeno blu viene prodotto utilizzando combustibili fossili, ma la CO2 risultante viene catturata per limitare le emissioni di gas serra. Il processo di cattura del carbonio significa che l’idrogeno blu è più costoso della sua controparte grigia. L’investimento recentemente annunciato dal governo del Regno Unito nell’economia dell’idrogeno si basa fortemente sulla produzione di idrogeno blu. Tuttavia, ci sono dubbi su quanto sia veramente pulito il processo, con alcune cifre che suggeriscono che viene emesso il 5-15% della CO2 prodotta, il che potrebbe portare a milioni di tonnellate di CO2 rilasciate nell’atmosfera ogni anno.
L’idrogeno verde viene prodotto utilizzando elettricità da fonti energetiche rinnovabili come l’eolico e il solare, il che lo rende la forma di idrogeno più pulita. Una delle opzioni più promettenti per l’idrogeno verde utilizza l’elettricità da risorse rinnovabili per alimentare l’elettrolisi dell’acqua. La chimica svolge un ruolo fondamentale in questo processo, che divide l’acqua in idrogeno e ossigeno.
Gli elettrolizzatori si differenziano per il materiale dell’elettrolita e la temperatura di esercizio. Alcuni esempi includono elettrolizzatori alcalini, elettrolizzatori a membrana a scambio protonico ed elettrolizzatori a membrana a scambio ionico. Il costo dell’idrogeno verde è in definitiva molto maggiore del blu o del grigio a causa del costo degli elettrolizzatori e dell’elettricità necessaria per il loro funzionamento.
Il futuro è… ibrido?
Mentre le celle a combustibile a idrogeno offrono una fonte di energia pulita e ad alta densità di energia per il settore dei trasporti, la tecnologia è attualmente costosa con infrastrutture di supporto limitate. Nonostante ciò, l’energia a idrogeno sembra svilupparsi come precursore per il trasporto a lungo raggio e con il vantaggio di un sistema di propulsione più leggero rispetto all’alternativa delle celle a batteria.
I recenti investimenti commerciali in veicoli alimentati a idrogeno hanno visto lo sviluppo di tecnologie alimentate a idrogeno per navi da carico, treni e ambulanze. Una volta che la tecnologia è sufficientemente sviluppata, l’idrogeno ha il potenziale per aumentare l’autonomia e affrontare il problema del tempo di ricarica, in particolare per i pacchi batteria più grandi.
Tuttavia, al momento, la tecnologia delle batterie agli ioni di litio rimane la soluzione commercialmente più avanzata e pratica per alimentare veicoli elettrici leggeri e passeggeri. Con ad es. 1.800 nuovi punti di ricarica ultrarapida destinati ad essere installati nelle stazioni di servizio autostradali nel Regno Unito come parte del programma di investimento della rete energetica da 40 miliardi di sterline del governo, e con più fondi in arrivo per aiutare a preparare il paese a metodi di trasporto più ecologici, l’adozione dei veicoli elettrici a batteria sembra destinato a proliferare nei prossimi anni.
