Le celle a combustibile a idrogeno combinano idrogeno e ossigeno, creando nient’altro che acqua pura come scarico. Convertendo l’energia chimica immagazzinata nei gas in energia elettrica, l’energia può essere sfruttata per alimentare motori elettrici, accumulatori temporanei o una varietà di altre applicazioni finali. In una cella a combustibile a idrogeno, le molecole di idrogeno H2 vengono scisse in protoni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. I protoni passano attraverso una membrana elettrolitica, ma gli elettroni devono fluire attraverso un circuito esterno, creando elettricità. Alla fine i protoni, gli elettroni e le molecole di ossigeno si combinano per creare l’acqua.
I veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno (HFCEV) potrebbero non aver ricevuto il clamore pubblico dei veicoli elettrici a batteria (BEV), ma la tecnologia non è solo per uso personale. In effetti, le attuali sfide logistiche e di stoccaggio significano che l’idrogeno è spesso più adatto per applicazioni commerciali su larga scala come i trasporti pesanti.
Il combustibile a idrogeno è facilmente disponibile e prodotto in modo efficiente come sottoprodotto del petrolio o tramite elettrolisi utilizzando l’energia generata da fonti rinnovabili. Essendo un gas liquido o in pressione, è relativamente facile da trasportare e veloce da rifornire, evitando i lunghi tempi di ricarica richiesti dalle batterie odierne.
Soprattutto perché la produzione di idrogeno continua a spostarsi verso fonti rinnovabili, gli elettrolizzatori e le celle a combustibile rappresentano un’opzione promettente per lo stoccaggio e la distribuzione di energia potente, efficiente e pulita al 100% in tutto il mondo. Ecco alcune applicazioni industriali dell’idrogeno:
- Logistica di magazzino
Decine di aziende con grandi esigenze di magazzino e distribuzione si stanno rivolgendo alle celle a combustibile a idrogeno per alimentare camion puliti, carrelli elevatori, transpallet e altro ancora.
- Distribuzione globale
Le celle a combustibile vantano sia l’autonomia che la potenza necessarie per i trasporti a lungo raggio e la distribuzione locale. Aziende come Nikola, Hyundai, Toyota, Kenworth e UPS stanno già costruendo semi-camion e furgoni alimentati a idrogeno.
- Autobus
L’energia a idrogeno viene presa in considerazione per altre applicazioni di trasporto pubblico, compresi gli autobus a celle a combustibile a idrogeno. Diverse grandi città tra cui Chicago, Vancouver, Londra e Pechino hanno sperimentato autobus alimentati a idrogeno.
- Treni
I treni a celle a combustibile a idrogeno sono ora apparsi in Germania e nei prossimi cinque anni altri modelli dovrebbero arrivare in Gran Bretagna, Francia, Italia, Giappone, Corea del Sud e Stati Uniti.
- Veicoli personali
Nove dei principali produttori di automobili stanno sviluppando veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno (HFCEV) per uso personale. I modelli degni di nota includono Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo e BMW I Hydrogen Next.
- Aerei
Diversi progetti sperimentali come i prototipi Pathfinder e Helios hanno esplorato l’applicazione delle celle a combustibile a idrogeno nel settore aerospaziale. Questi veicoli senza equipaggio a lungo raggio utilizzavano un sistema ibrido con celle a combustibile a idrogeno che venivano rifornite di energia elettrica da pannelli solari, consentendo un volo continuo di giorno e di notte teoricamente indefinito.
- Generazione di energia di backup
A livello locale, le celle a combustibile stazionarie sono utilizzate come parte dei sistemi di continuità (UPS), dove il tempo di attività continuo è fondamentale. Sia gli ospedali che i data center cercano sempre più l’idrogeno per soddisfare le loro esigenze di continuità di alimentazione. Di recente, Microsoft ha fatto notizia con un test di successo dei suoi nuovi generatori di backup a idrogeno, eseguendo i server di un data center su nient’altro che idrogeno per due giorni.
- Generazione di energia mobile
L’idrogeno offre opzioni versatili per la generazione di energia mobile. In effetti, alcune delle prime celle a combustibile a idrogeno sono state sviluppate dalla NASA per fornire elettricità a razzi e navette nello spazio.
- Veicoli aerei senza equipaggio (UAV)
Dalla consegna dei pacchi alle operazioni di ricerca e soccorso, molte nuove applicazioni degli UAV (cioè i droni) sono significativamente limitate dalla potenza e dall’autonomia fornite dalle batterie tradizionali. Sia l’industria militare che quella privata hanno in programma di superare queste sfide con celle a combustibile a idrogeno che vantano fino a tre volte la gamma dei sistemi basati su batterie. Le celle a combustibile hanno anche un rapporto energia/massa più elevato e possono essere rifornite in pochi minuti.
- Barche e sottomarini
Le celle a combustibile a idrogeno hanno trovato la loro strada in una serie di applicazioni marine. Alcune barche come l’Energy Observer utilizzano persino pannelli solari e turbine eoliche a bordo per generare il proprio idrogeno per un sistema di celle a combustibile. Per i sottomarini militari stealth come il tedesco tipo 212, le celle a combustibile a idrogeno offrono un’alternativa all’energia nucleare con lunga autonomia e silenziosa.
Produzione di energia
Una cella a combustibile a idrogeno genera elettricità ed emette calore e acqua (Vedi primo piano: “I diversi tipi di cella a combustibile”). Le celle a combustibile possono essere adattate per l’uso in apparecchiature di tutte le dimensioni e non solo nei veicoli elettrici. Esempi includono:
- Piccoli dispositivi portatili, come telefoni cellulari e computer. È stato persino testato un prototipo di bicicletta a idrogeno.
- Veicoli di grandi dimensioni che non devono percorrere lunghe distanze e per i quali lo spazio non è un problema, come trattori e attrezzature di servizio nelle flotte vincolate. L’idrogeno è già utilizzato regolarmente per alimentare i carrelli elevatori; circa 3.000 sono in funzione negli Stati Uniti e il rivenditore Ikea ha lanciato un programma per l’idrogeno in Francia.
- Installazioni fisse, comprese stazioni di nicchia progettate per servire siti isolati come antenne relè o centri di telecomunicazioni, generatori di backup per server IT o ospedali e stazioni più grandi per unità industriali.
