L’Italia dunque non perde l’opportunità di diventare un Paese all’avanguardia nello sviluppo e nell’applicazione di una risorsa altamente innovativa come l’idrogeno. L’idrogeno è stato inserito tra i combustibili alternativi nel piano strategico nazionale: è stato infatti pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale 10 del 13 gennaio 2017 il decreto legislativo 257/2016 che recepisce la Direttiva europea (Dafi) per la realizzazione di infrastrutture dedicate ai combustibili alternativi, tra cui l’idrogeno. Il decreto 10/2017 include anche la revisione delle norme che limitano l’erogazione di idrogeno a 350 bar, elevandola (da fine marzo 2017) fino a 700 bar. Quest’ultimo valore è quello necessario per poter rifornire le vetture a idrogeno più recenti, una condizione indispensabile per “fare il pieno in tutta sicurezza e in tre minuti, lo stesso tempo delle vetture tradizionali”, spiegano i responsabili tecnici della casa giapponese Toyota, attualmente l’unica Casa automobilistica ad avere in gamma una vettura a idrogeno con la Mirai.
http://www.gazzettaufficiale.it/eli/id/2017/01/13/17G00005/sg
Un veicolo a idrogeno è un veicolo che utilizza l’idrogeno come carburante. Con tale espressione ci si può riferire sia ad un’automobile, sia ad un altro qualsiasi mezzo di trasporto ad idrogeno, come un aeromobile. Questi veicoli convertono l’energia chimica dell’idrogeno in energia meccanica, bruciandolo in un motore a combustone interna o facendolo reagire con l’ossigeno in una pila a combustibile, producendo elettricità. I primi veicoli sono indicati come HICEV (Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle), mentre i secondi sono conosciuti come FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle).
Sulla Terra l’idrogeno non si può trovare libero in natura, e perciò non va considerato una fonte di energia, ma un vettore energetico. Al momento viene prodotto principalmente dal metano o da altri combustibili fossili. Tuttavia, può essere prodotto da varie altre sorgenti (come l’energia eolica, solare o nucleare) che sono però o intermittenti o troppo poco concentrate o troppo ingombranti per poter alimentare direttamente un veicolo. Sono allo studio integrati eolico-idrogeno basati sull’elettrolisi dell’acqua, in modo tale da poter ridurre sufficientemente i costi e produrre abbastanza energia da poter competere con le fonti tradizionali.
Diverse aziende, specialmente in oriente, hanno iniziato a sviluppare tecnologie impiegate per sfruttare il potenziale dell’idrogeno nel campo dei trasporti. L’idrogeno presenta però diversi svantaggi: essendo un gas possiede un minore contenuto di energia a parità di volume rispetto ad altre fonti; la sua liquefazione che risolverebbe in parte il problema, richiede energia e rende perciò l’uso dell’idrogeno meno efficiente; lo stoccaggio e il trasporto presenta vari problemi e richiede un ingente investimento in infrastrutture per la distribuzione; infine, il processo di produzione tramite elettrolisi non è ancora abbastanza efficiente.
Un po’ di storia:
Molte aziende stanno attualmente studiando la fattibilità per costruire automobili ad idrogeno, e alcune case automobilistiche hanno cominciato a svilupparle. Il finanziamento è venuto sia da fonti private che governative. Tuttavia, la Ford ha abbandonato i suoi piani per sviluppare macchine a idrogeno, affermando che “Il prossimo passo importante nel piano di Ford è quello di aumentare nel tempo il volume di veicoli elettrici” . Allo stesso modo, la francese Renault-Nissan ha annunciato nel 2009 che sta annullando i suoi sforzi nella ricerca e sviluppo per le auto a idrogeno. A partire da ottobre 2009, il CEO di General Motors ha osservato che GM ha ridotto il suo programma sull’idrogeno perché il costo di costruzione di auto a idrogeno è stato troppo alto. “E ‘ancora lontana la strada per la commercializzazione”, ha detto. La Chevrolet Volt ha un costo di circa 40.000 $, mentre un veicolo a idrogeno costa circa 400.000 $. Le vetture a idrogeno sono nella maggior parte attualmente disponibili solo come modelli dimostrativi per locazione in numero limitato e non sono ancora pronti per l’uso pubblico. Il numero stimato di veicoli alimentati a idrogeno negli Stati Uniti è stato di 200 a partire da ottobre 2009, la maggior parte in California.
Honda ha introdotto il suo veicolo a celle a combustibile nel 1999, chiamato FCX e da allora ha introdotto la seconda generazione FCX Clatity. Nel 2007 presso la Greater Los Angeles Auto Show, la Honda ha presentato il primo modello di produzione della FCX Clarity. La commercializzazione limitata della FCX Clarity è iniziata nel giugno 2008 negli Stati Uniti, ed è stato introdotta in Giappone nel novembre 2008. La FCX Clarity è disponibile solo negli Stati Uniti a Los Angeles, dove sono disponibili 16 stazioni di rifornimento di idrogeno, e dal luglio 2009, 10 clienti hanno affittato la Clarity per 600$ al mese. Honda ha dichiarato che potrebbe iniziare la produzione di massa dei veicoli FCX entro il 2020 e ribadito, nel 2009, che continua a investire risorse nello sviluppo delle celle a combustibile a idrogeno, che lo vede come “la miglior scommessa a lungo termine.
Nel 2008, Hyundai ha annunciato l’intenzione di produrre 500 veicoli Fuel Cells entro il 2010 e ad avviare la produzione di massa dei suoi veicoli FC nel 2012. Nei primi mesi del 2009, la Daimler AG ha annunciato piani per iniziare la sua produzione di veicoli FC nel 2009 con l’obiettivo di 100.000 veicoli nel 2012-2013. Nel 2009, la Nissan ha iniziato a testare un nuovo veicolo FC in Giappone.
Nel settembre del 2009, Daimler, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Kia, Renault, Nissan e Toyota, hanno rilasciato una dichiarazione congiunta sul loro impegno a sviluppare e lanciare veicoli elettrici a celle a combustibile già nel 2015.
Nel febbraio del 2010 la Lotus Cars ha annunciato che stava sviluppando una flotta di taxi a idrogeno a Londra, con la speranza di essere pronti per testarli ai giochi olimpici del 2012. Il vice sindaco di Londra ha detto che sei stazioni di rifornimento dovrebbero essere disponibili e che circa 20-50 taxi dovrebbero essere in funzione da allora, così come 150 autobus alimentati a idrogeno.
Nel marzo del 2010, la General Motors ha detto di non aver abbandonato la tecnologia fuel-cell e tuttavia mirato per presentare veicoli a idrogeno a clienti entro il 2015. Charles Freese, direttore esecutivo di GM, ha dichiarato che la società ritiene che sia i veicoli a celle a combustibile, sia i veicoli elettrici a batteria sono necessari per la riduzione dei gas a effetto serra e la riduzione della dipendenza dal petrolio, e gli Stati Uniti dovrebbero seguire la Germania e il Giappone adottando una strategia più uniforme sulle opzioni di tecnologia avanzata. Entrambi hanno annunciato l’intenzione di aprire 1.000 stazioni di rifornimento ad idrogeno.
Il 15 dicembre 2014 Toyota mette in commercio in Giappone la Mirai, veicolo a celle di combustibile.
A novembre 2016 la Honda presenta in Europa e negli Stati Uniti la Clarity Fuel Cell
Il gas idrogeno: l’impiego dell’elemento più leggero in natura ha i suoi vantaggi
L’idrogeno è l’elemento più leggero conosciuto dall’uomo, addirittura più leggero dell’aria di 14 volte. Di conseguenza, in caso di perdita, il gas si disperderà naturalmente e rapidamente nell’atmosfera. I vantaggi di queste caratteristiche sono bene illustrati nei test condotti con armi da fuoco condotti su serbatoi di idrogeno. L’idrogeno è sicuro come qualsiasi altro carburante che alimenta i veicoli. Viene utilizzato come vettore energetico da decenni e Toyota dispone del know-how e delle competenze necessari per gestirlo in modo corretto.
È una fonte di energia sicura, priva di anidride carbonica, che può essere ottenuta da molteplici risorse rinnovabili. Quando viene utilizzato come carburante, l’idrogeno non emette alcun gas dannoso per l’ambiente. Non è un caso che il termine giapponese “mirai” significhi “futuro”.
Quando l’idrogeno si incendia, si manifesta con una fiamma localizzata anziché provocare esplosioni improvvise. Infine, i serbatoi della Mirai dispongono di un dispositivo per lo scarico della pressione che rilascia l’idrogeno gradualmente nel caso in cui la temperatura aumenti in modo anomalo, come in presenza di un incendio. Questo sistema impedisce la sovrapressione o le esplosioni, sfatando un altro mito legato all’utilizzo dell’idrogeno.
ALCUNI MODI PER PRODURRE IDROGENO:
Steam reforming
Lo steam reforming del metano è oggi il metodo più diffuso per la produzione di idrogeno. Questo metodo miscela il metano con vapore ad alta temperatura per innescare una reazione e separare l’idrogeno. E mentre la maggior parte del metano oggi deriva da gas naturali, si sta cercando di ottenerlo da fonti rinnovabili, rivolgendosi a discariche e impianti per il trattamento dei rifiuti.
Gassificazione
La gassificazione è un processo attraverso il quale materiali organici, come gli scarti di lavorazioni agricole e zootecniche, vengono convertiti in idrogeno. I materiali organici vengono sottoposti a temperature elevate, innescando una reazione che separa l’idrogeno.
Elettrolisi
Oltre ad essere un sottoprodotto di alcune industrie, come le raffinerie petrolifere e chimiche, l’idrogeno può essere prodotto attraverso la scissione dell’acqua nei suoi due elementi principali: idrogeno (H2) e ossigeno (O2). Mediante questo processo, noto anche come elettrolisi, l’acqua viene attraversata dalla corrente elettrica per estrarre l’idrogeno.
L’idrogeno che alimenta la Toyota Mirai è conservato ad alta pressione (700 bar) in due serbatoi compatti e leggeri. Toyota li realizza dal 2000 e ha raggiunto alti livelli di solidità e sicurezza.
Il loro primo punto di forza è la struttura in fibra di carbonio. Su di essa è stato realizzato uno strato in fibra di vetro. Qualora il veicolo dovesse essere coinvolto in un incidente, gli eventuali danni a un serbatoio dell’idrogeno sarebbero chiaramente visibili su questo strato. È possibile eseguire dei test per valutare se è stata interessata anche la struttura in fibra di carbonio. La fibra di vetro non contribuisce alla solidità del serbatoio, ma serve ad accertare la sua assoluta integrità. L’intero serbatoio è rivestito in plastica per sigillare ermeticamente l’idrogeno.
Come già detto, i serbatoi sono stati sottoposti a test rigorosi. Sono stati progettati per resistere fino al 225% della loro pressione operativa: un margine di sicurezza decisamente alto.
Nel caso improbabile di una perdita, la Mirai è dotata di sensori ad alta sensibilità che rilevano alche il più piccolo quantitativo di idrogeno. Sono stati installati in posizioni strategiche per rilevare immediatamente la presenza del gas. Nell’improbabile eventualità di una perdita nel sistema di alimentazione, i sensori chiudono immediatamente le valvole di sicurezza e spengono il veicolo.
Come terza e ulteriore misura di sicurezza, l’abitacolo è completamente separato dal compartimento dell’idrogeno per impedire qualsiasi penetrazione dello stesso, che si disperderà invece, gradualmente, nell’atmosfera.
Il rifornimento è un processo cruciale perché richiede l’intervento umano e, per sua natura, può causare situazioni impreviste e pericolose. Per questo motivo sono state previste diverse precauzioni di sicurezza. Per iniziare, l’erogatore di idrogeno è dotato di un blocco meccanico per assicurarne il collegamento ottimale con l’ingresso del serbatoio del veicolo. Il rifornimento non inizia se il blocco meccanico non si inserisce in posizione sicura.
Inoltre, attraverso un impulso di pressione, vengono rilevate eventuali perdite nel sistema tra la stazione di rifornimento e il veicolo. In caso di perdite, il rifornimento si interrompe.
Infine, la velocità del rifornimento è regolata in modo attento per evitare il surriscaldamento durante l’erogazione del gas. I sensori di temperatura installati nei serbatoi di idrogeno del veicolo monitorano che la temperatura non aumenti in modo eccessivo.
Gli standard internazionali SAE J2601, SAE J2799 e ISO 17268 stabiliscono i limiti di sicurezza e i requisiti prestazionali per gli erogatori di idrogeno. Tra i criteri vi sono la temperatura massima del carburante sull’ugello dell’erogatore, la velocità massima del flusso e la velocità massima per l’aumento della pressione.
Non è comunque possibile guidare Mirai con l’ugello del carburante attaccato al veicolo. L’accensione dell’automobile non si inserisce fino a quando l’ugello dell’erogatore non viene rimosso e il tappo del carburante non viene chiuso. Per aumentare la sicurezza, è stato introdotto un ulteriore sistema di controllo nel flessibile che blocca la pompa se il tubo viene tirato con troppa forza durante il rifornimento.
