Nel panorama della mobilità sostenibile, le auto a idrogeno sono state a lungo presentate come una delle possibili soluzioni per un futuro a zero emissioni. Tuttavia, questa tecnologia si scontra con una serie di problemi di natura tecnica, logistica ed economica che ne hanno finora limitato l'adozione su larga scala. Nonostante i vantaggi ambientali e operativi, il successo su larga scala dipenderà dal taglio dei costi e, soprattutto, dallo sviluppo di un'adeguata rete di rifornimento, che oggi è ancora quasi inesistente.
Funzionamento delle Auto a Idrogeno
Le auto a idrogeno, note anche come Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV), sono essenzialmente veicoli con un motore elettrico azionato da una cella a combustibile alimentata a idrogeno. All'interno della cella a combustibile, si verifica un processo chimico opposto all'elettrolisi: l'unione di idrogeno e ossigeno genera energia elettrica. La cella combustibile è dotata di un anodo, un elettrodo positivo saturo di ossigeno, e un catodo, un elettrodo negativo che ossida l'idrogeno. Il risultato è una reazione chimica che produce elettricità e, come unici scarti, calore e vapore acqueo. Questo significa che le FCEV non emettono gas che riscaldano il pianeta o inquinano l'ambiente.
Il motore elettrico alimentato da questa elettricità è in grado di muovere il veicolo. L'idrogeno è immagazzinato in un serbatoio in fibra di carbonio capace di resistere a pressioni fino a 700 bar. Tra le sue qualità, l'idrogeno vanta una densità specifica di energia assai elevata, pari a 40.000 Wh/kg, ovvero 236 volte l'energia specifica delle batterie agli ioni di litio. Questo rende le vetture a idrogeno più leggere rispetto a quelle elettriche a batteria e, potenzialmente, con un'autonomia maggiore.
I Vantaggi Dimenticati dell'Idrogeno
Nonostante le difficoltà, l'idrogeno offre vantaggi che meriterebbero maggiore considerazione nel dibattito sulla mobilità sostenibile. I vantaggi ambientali dell'idrogeno verde sono indiscutibili, a condizione che venga prodotto correttamente, ovvero a partire da acqua e fonti energetiche rinnovabili. Un'auto a idrogeno garantisce elevata autonomia e tempi di rifornimento rapidi.
La velocità di rifornimento è forse il più evidente: mentre un'auto elettrica più avanzata richiede almeno 20 minuti per una ricarica dall'5% all'80%, un veicolo a idrogeno si rifornisce completamente in meno di 5 minuti. Questa esperienza è molto più simile a quella tradizionale dei carburanti fossili, un aspetto particolarmente prezioso nei lunghi viaggi, dove le soste prolungate per la ricarica possono trasformarsi in un vero inconveniente. Le auto a idrogeno brillano proprio in questo scenario, offrendo autonomie paragonabili ai veicoli convenzionali senza compromettere i tempi di percorrenza con lunghe attese alle colonnine.
Il motore termico a idrogeno si caratterizza per la mancanza di emissioni nocive, a differenza del motore a benzina che impiega solo il 20/25% dell'energia introdotta, disperdendo il restante 75/80% in calore. Nel motore elettrico le percentuali sono completamente rovesciate, con l'80% di energia utilizzata e solo il 20% dispersa. Anche se l'idrogeno all'interno del motore dell'automobile non viene sfruttato in modo immediato e diretto, ma prima deve essere trasformato in energia elettrica, questo passaggio consuma il 50% dell'energia, portando al 40% l'energia utilizzata, che è comunque il doppio rispetto al motore a benzina.
Perché le auto a idrogeno NON POSSONO essere il futuro
Sfide e Ostacoli Attuali
La tecnologia a idrogeno, sebbene promettente, è afflitta da numerose sfide che ne rallentano la diffusione. Queste si possono riassumere in problemi infrastrutturali, costi elevati, efficienza energetica e preoccupazioni sulla produzione dell'idrogeno stesso.
Mancanza di Infrastrutture di Rifornimento
L'ostacolo principale alla diffusione delle auto a idrogeno è la carenza cronica di infrastrutture di rifornimento. Le stazioni di rifornimento di idrogeno sono estremamente rare: in Italia, ad esempio, è presente una sola stazione per le auto sull'autostrada del Brennero a Bolzano Sud. Anche in Paesi che hanno investito maggiormente in questa tecnologia, come il Regno Unito, le stazioni sono pochissime (14 in UK). In Germania, sebbene ci siano quasi 100 stazioni in continua crescita, sono principalmente dislocate lungo le arterie autostradali.
Questo crea un classico circolo vizioso: pochi acquistano veicoli a idrogeno perché non sanno dove rifornirsi, e gli imprenditori non investono in stazioni di rifornimento perché la domanda è troppo bassa. La costruzione di una singola stazione di rifornimento a idrogeno costa svariati milioni di euro e richiede anche una distribuzione specifica del gas, anch'essa molto costosa. Non è facile e immediato riconvertire le stazioni di carburante esistenti per l'idrogeno, limitandone ulteriormente la diffusione.
L'infrastruttura di rifornimento di idrogeno sta registrando una modesta crescita a livello globale, ma in alcuni mercati chiave, come la California, le cose stanno andando nella direzione sbagliata. Shell ha chiuso tutte le sue stazioni di rifornimento di idrogeno per i veicoli passeggeri nello Stato, pur continuando a gestirne alcune per i veicoli pesanti.
Costi Elevati del Veicolo e del Carburante
Secondo McKerracher, parte del motivo per cui i consumatori non si stanno affollando di auto a idrogeno è il loro costo. La Toyota Mirai del 2024, uno dei veicoli a idrogeno più venduti sul mercato, costa circa 50.000 dollari, più delle auto a gas ed elettriche comparabili. Esistono alcuni precedenti di questo scenario, come il crollo dei prezzi delle batterie agli ioni di litio con l'aumento della produzione. Tuttavia, nel caso delle batterie, queste erano già state costruite e utilizzate per una tecnologia commerciale (ad esempio, in dispositivi personali come le macchine fotografiche), rendendo la transizione più agevole.
Non si tratta solo del costo del veicolo. Una recente analisi della pubblicazione specializzata Hydrogen Insight ha rilevato che, dopo l'aumento dei prezzi dell'idrogeno in California, il costo per guidare una Toyota Mirai è quasi 14 volte superiore a quello per guidare una Tesla Model 3 (un veicolo elettrico comparabile) nello Stato. Attualmente, un chilogrammo di idrogeno verde oscilla tra i 4 e i 10 euro, una cifra con una forbice piuttosto ampia che, secondo esperti del settore, è circa quattro volte superiore a quanto sarebbe economicamente sostenibile per i consumatori. Secondo recenti stime, le FCEV non raggiungeranno la parità di costi con le auto elettriche prima del 2030, una data non troppo lontana ma che si scontra con il fatto che le elettriche sono già considerate da molti troppo costose rispetto alle vetture endotermiche.
Oltre ai costi del carburante, i materiali utilizzati nelle celle a combustibile a idrogeno, come il platino e l'iridio, sono costosi e rari, incidendo inevitabilmente sul prezzo e sull'approvvigionamento. Mentre nel settore delle auto elettriche con batterie agli ioni di litio si lavora al loro perfezionamento, per le celle a combustibile a idrogeno questi materiali paiono, per ora, insostituibili. Tutti questi aspetti concorrono a una sola e inevitabile conclusione: la strada delle auto a idrogeno è piena di problemi di natura tecnica, logistica ed economica.
Efficienza Energetica e Perdite di Conversione
Quando si converte l'energia da una forma all'altra, ci sono sempre delle perdite. Nel caso delle batterie agli ioni di litio, ciò significa convertire l'elettricità in energia chimica durante la carica e viceversa durante la scarica. Sebbene l'idrogeno offra una densità energetica elevata, il processo di conversione dell'elettricità in idrogeno (elettrolisi) e poi di nuovo in elettricità per alimentare il motore comporta significative perdite di energia.
La critica principale mossa dai sostenitori dei BEV è che sia inefficiente utilizzare energia elettrica per produrre idrogeno che poi viene riconvertito in elettricità. È molto più efficiente usare tale energia elettrica direttamente nelle batterie, evitando passaggi di stato che portano a efficienze molto basse. Queste perdite avranno implicazioni di lunga durata sul prezzo e sulla disponibilità dell'idrogeno combustibile. Il motore elettrico a batteria è oggi il sistema più efficiente perché converte in energia l'80% dell'elettricità presente nella batteria.
Produzione e Trasporto dell'Idrogeno
L'idrogeno, pur abbondando in natura, non è disponibile allo stato puro e va dunque raffinato. Attualmente, quasi tutto l'idrogeno prodotto (circa 70-75 milioni di tonnellate a livello mondiale) è ottenuto utilizzando combustibili fossili (idrogeno grigio), con un enorme impatto ambientale: per ogni chilo di idrogeno ricavato, ne vengono prodotti 10 di anidride carbonica, per un totale di quasi 1 miliardo di tonnellate di CO2 all'anno. Questo rende l'idrogeno, al momento, non una soluzione per la decarbonizzazione, ma un problema.
Esistono modi a basse emissioni per generare idrogeno, alcuni dei quali utilizzano dispositivi chiamati elettrolizzatori alimentati dall'elettricità. Se l'elettricità proviene da fonti rinnovabili (eolico, solare, idroelettrico), si ottiene l'idrogeno verde, una soluzione a basse emissioni di carbonio per immagazzinare e fornire energia. Tuttavia, la sfida più grande è produrre idrogeno pulito a un costo accessibile, poiché l'idrogeno verde costa ben 5-7 dollari al kg, rispetto all'idrogeno grigio che costa 1-2 dollari al kg.
Un altro problema significativo è il trasporto dell'idrogeno. Essendo un gas con bassa densità energetica, deve essere molto compresso ad alte pressioni (da 350 a 700 bar) per essere stipato in un serbatoio in quantità sufficienti per alimentare una vettura. Per percorrere circa 600 km sono necessari 5/6 kg di idrogeno. Se non fosse compresso, nel serbatoio di un'auto ci starebbe idrogeno sufficiente a percorrere solo 5 km.
Per essere distribuito, l'idrogeno necessita di gasdotti appositi, in quanto quelli destinati al metano e al gas naturale non risultano compatibili, a meno di non usare miscele gas naturale-idrogeno a basso contenuto di idrogeno. L'alternativa sarebbe trasportarlo allo stato liquido, come i derivati del petrolio, ma lo stato liquido dell'idrogeno si raggiunge a una temperatura di -253 gradi centigradi, richiedendo un forte dispendio energetico per trasformarlo e poi mantenerlo in forma liquida. Attualmente e nella maggior parte dei casi di uso industriale, l'idrogeno viene prodotto nello stesso posto in cui viene utilizzato.
Smentire la Prospettiva Futura per il Settore Automobilistico Leggero
Nonostante una facciata di marketing sempre molto attiva, anche i grandi sostenitori delle auto a idrogeno si stanno tirando indietro. Di recente, Toyota, vero alfiere dell'idrogeno, ha fatto sapere che i motori in cui si brucia l'idrogeno sono solo un esperimento per il motorsport e che anche le FCEV hanno un futuro controverso. Matt Harrison, presidente di Toyota Motor Europe, ha affermato: "In termini di veicoli passeggeri, non vedo le celle a combustibile come un'opportunità significativa, onestamente. Stiamo parlando di qualche migliaio all'anno (entro il 2030)".
Sembra essere di parere simile anche Honda, che ha abbandonato il progetto della Clarity Fuel Cell per scarsa domanda. Prima ancora, Mercedes-Benz aveva chiuso il programma idrogeno già nel 2020, citando costi elevati apparentemente impossibili da abbassare. Anche Jaguar Land Rover, che prometteva test entro la fine del 2021, ha subito ritardi o annullamenti di ogni operazione dopo aver perso il capo della divisione celle a combustibile.
Nel 2023, le vendite globali di veicoli elettrici a batteria hanno superato i 10 milioni, oltre a circa 4 milioni di ibridi plug-in. Nello stesso periodo, sono stati venduti solo circa 14.000 veicoli a celle a combustibile in tutto il mondo. Ciò significa che per ogni veicolo a idrogeno venduto, ne circolavano 1.000 a batteria. Le vendite sono concentrate in pochi mercati dove le stazioni di rifornimento sono ampiamente disponibili.
La controversia che coinvolge la Toyota Mirai negli Stati Uniti, con proprietari che hanno intentato una causa legale contro Toyota per pubblicità ingannevole riguardo alla disponibilità e semplicità del rifornimento di idrogeno, evidenzia ulteriormente le difficoltà. La chiusura delle stazioni di rifornimento di idrogeno di Shell in California ha aggravato la situazione, e l'autonomia dell'auto sembra essere inferiore a quanto dichiarato, creando ulteriori disagi.
Perché le auto a idrogeno NON POSSONO essere il futuro
Il Ruolo dell'Idrogeno nel Trasporto Pesante e nell'Accumulo Energetico
Nonostante le prospettive non rosee per il trasporto leggero, l'idrogeno potrebbe trovare un ruolo significativo in altri settori. La propulsione a idrogeno oggi non è ancora molto diffusa e uno dei settori per il quale potrebbe risultare da subito conveniente è quello del trasporto pesante o dei treni.
Trasporto Pesante e Ferroviario
I veicoli pesanti a lungo raggio, come autocarri e treni, necessiterebbero di batterie enormi, pesanti e lunghe da ricaricare se fossero alimentati solo elettricamente. Al contrario, l'idrogeno offre i vantaggi di un sistema di propulsione più compatto, con tempi di rifornimento rapidi e lunghe autonomie di percorrenza. Questo è possibile alimentando tali mezzi con stazioni di ricarica poste lungo le autostrade più battute dalle flotte di Tir, senza la creazione di una rete di distribuzione capillare, oppure lungo le tratte delle linee ferroviarie in coincidenza delle principali stazioni.
In Asia (Corea del Sud), alcune case produttrici di veicoli industriali offrono un "servizio chiavi in mano" mettendo a disposizione TIR per il trasporto di merci e garantendo la rete di distribuzione di idrogeno verde. Questo approccio è più facile per le case produttrici di mezzi pesanti rispetto a quelle di auto, perché i TIR compiono delle tratte standardizzate, molto simile a ciò che accade con le ferrovie.
Quasi il 50% delle linee ferroviarie è ad oggi non elettrificato. In Europa, molte tratte non possono avere la linea elettrica aerea e i treni vengono alimentati con il diesel, un combustibile altamente inquinante. L'idrogeno risolverebbe sia il problema della mancanza di elettricità che l'emissione di sostanze inquinanti in questi contesti. Se l'idrogeno decolla per gli autocarri a lungo raggio, è possibile che gli effetti si diffondano ad altri veicoli in circolazione.
Accumulo Energetico
I sostenitori dell'idrogeno si giocano la carta dell'accumulo energetico, sfruttando l'energia elettrica dei picchi di produzione, anche da fonti rinnovabili, per produrre idrogeno da elettrolisi dell'acqua. Questo idrogeno Verde verrebbe poi utilizzato per ottenere nuovamente elettricità nei momenti di maggior richiesta. C'è una visione più ampia in cui l'idrogeno non compete con le batterie ma le complementa: una rete energetica diversificata dove l'idrogeno funge da riserva strategica, particolarmente utile per gestire i picchi di domanda o le situazioni in cui la ricarica rapida è essenziale.
Il futuro dell'idrogeno potrebbe essere molto più luminoso di quanto i suoi detrattori siano disposti ad ammettere, specialmente in contesti dove la produzione locale e l'ottimizzazione della logistica possono superare le sfide attuali. La ricerca sta facendo passi da gigante nello sviluppo di nuovi metodi di produzione da fonti rinnovabili, con l'obiettivo di abbattere drasticamente i costi attuali. In Brasile, ad esempio, si stanno testando riformatori di etanolo installati direttamente nelle stazioni di servizio, capaci di produrre idrogeno in loco, eliminando così i costosi problemi di trasporto e stoccaggio.
Probabilmente, il futuro dell'idrogeno sarà quello di supporto all'accumulo di energia, rinnovabile e non, e non di certo quello dei trasporti diretti o, quantomeno, dei trasporti leggeri e non pesanti. Da un certo punto di vista, l'uso delle fuel cell per lo stoccaggio dell'energia potrebbe alimentare i trasporti offrendo maggiori depositi di energia che si potrebbero rivelare molto utili man mano che i trasporti di massa andranno a convertirsi all'elettrico.
