Un secolo fa, il numero di automobili sulla Terra era di migliaia. Oggi ci sono un miliardo di automobili, quasi una ogni sette persone sul pianeta, e si prevede che il numero raggiungerà i 2 miliardi entro il 2040. Molti geologi pensano che stiamo raggiungendo un punto che loro chiamano “picco del petrolio” e, nei prossimi decenni, le forniture di benzina (e qualsiasi altra cosa prodotta dal petrolio) inizieranno a diminuire.
Se ciò accade, da dove prenderanno il carburante tutte le nostre auto? La soluzione a breve termine è ottenere una migliore efficienza del carburante dalle auto esistenti. A lungo termine, la soluzione potrebbe essere quella di sostituire i veicoli con motori a benzina e diesel alle celle a combustibile elettriche, che sono un po’ come le batterie alimentate dall’idrogeno che non si scaricano mai. Silenziosi e privi di inquinamento, sono tra le fonti di energia più pulite ed ecologiche mai sviluppate.
Il futuro potrebbe essere delle auto a idrogeno, analizziamo nel dettaglio come funzionano e cosa sono le celle a combustibile
Le auto a idrogeno vengono alimentate da un motore elettrico, quindi rientrano a pieno titolo nella tipologia delle auto elettriche. Una differenza decisiva rispetto agli altri veicoli elettrici consiste nel fatto che i veicoli a idrogeno producono da soli l’energia elettrica, hanno, per così dire, un‘efficientissima centrale elettrica propria a bordo, e la centrale elettrica è la cella a combustibile.
Le celle a combustibile sono un po’ come un incrocio tra un motore a combustione interna e l’alimentazione della batteria. Come un motore a combustione interna, producono energia utilizzando il carburante di un serbatoio. Ma, a differenza di un motore, una cella a combustibile non brucia l’idrogeno. Invece, è fuso chimicamente con l’ossigeno dell’aria per produrre acqua.
Nel processo, che assomiglia a ciò che accade in una batteria, l’elettricità viene rilasciata e questa viene utilizzata per alimentare uno o più motori elettrici in grado di guidare un veicolo. L’unico prodotto di scarto è l’acqua.
Pensate alle celle a combustibile come a batterie che non si scaricano mai. Invece di esaurire lentamente le sostanze chimiche al loro interno (come fanno le normali batterie), le celle a combustibile funzionano con una fornitura costante di idrogeno e continuano a produrre elettricità finché c’è carburante nel serbatoio.
Ciò che accade in una cella a combustibile è chiamato reazione elettrochimica. È una reazione chimica, perché coinvolge due sostanze chimiche che si uniscono, ma è anche una reazione elettrica perché l’elettricità viene prodotta mentre la reazione fa il suo corso.
Ecco come una cella a combustibile produce elettricità
L’idrogeno gassoso dal serbatoio fluisce lungo un tubo fino al terminale positivo. L’idrogeno è infiammabile ed esplosivo, quindi il serbatoio deve essere estremamente forte. L’ossigeno dell’aria scende da un secondo tubo fino al terminale negativo. Il terminale positivo è realizzato in platino, un prezioso catalizzatore di metallo progettato per accelerare la chimica che avviene nella cella a combustibile.
Quando gli atomi di idrogeno gassoso raggiungono il catalizzatore, si dividono in ioni idrogeno ed elettroni.
I protoni, essendo caricati positivamente, vengono attratti dal terminale negativo e viaggiano attraverso l’elettrolita verso di esso. L’elettrolita è una sottile membrana costituita da una speciale pellicola polimerica e solo i protoni possono attraversarla. Gli elettroni, nel frattempo, fluiscono attraverso il circuito esterno.
Mentre lo fanno, alimentano il motore elettrico che aziona le ruote dell’auto. Alla fine arrivano anche al terminale negativo. Al terminale negativo, i protoni e gli elettroni si ricombinano con l’ossigeno dell’aria in una reazione chimica che produce acqua. L’acqua viene emessa dal tubo di scarico come vapore acqueo o vapore.
Questo tipo di cella a combustibile è chiamato PEM (sta per membrana a scambio polimerico o membrana a scambio protonico perché comporta uno scambio di protoni attraverso una membrana polimerica). Continuerà a funzionare finché ci saranno rifornimenti di idrogeno e ossigeno. Poiché nell’aria c’è sempre molto ossigeno, l’unico fattore limitante è la quantità di idrogeno presente nel serbatoio.
Attualmente, il maggiore svantaggio delle auto a idrogeno è dato dalle poche possibilità di fare il pieno. L’idrogeno deve essere prelevato da speciali distributori che, in futuro, si troveranno sicuramente nelle normali aree di servizio. Tuttavia, attualmente i distributori di idrogeno sono ancora pochissimi, in Italia addirittura solo tre.
“Il problema dell’alimentazione a idrogeno è come il paradosso dell’uovo e della gallina”, spiega l’esperto BMW Rücker. “Finché la rete di distributori di idrogeno sarà così rarefatta, la scarsità della domanda dei clienti non consentirà di avviare una produzione in serie redditizia di auto a celle a idrogeno. E fino a quando non ci saranno abbastanza auto a idrogeno sulle strade, chi gestisce la rete dei distributori sarà restio ad ampliarla.”
Finora si sono impegnate in questo senso grandi aziende che producono energia elettrica e associazioni del settore auto motive.