Fuel cell: come funzionano i veicoli a idrogeno e perché rappresentano la soluzione del futuro

24 Ago 2022

Con il termine FCEV (Fuel Cell Vehicle) si intendono tutti i veicoli che utilizzano l’idrogeno come combustibile.

In particolare, i veicoli a idrogeno rappresentano una forma di mobilità sostenibile molto promettente, un’alternativa a quella dei veicoli ibridi ed elettrici.

Infatti, molte case automobilistiche guardano oggi con entusiasmo alle fuel cell e ai veicoli alimentati a idrogeno.

Le diverse tecnologie necessarie sono tutte già disponibili e collaudate: un FCEV infatti utilizza lo stesso motore delle ormai abbastanza diffuse auto elettriche, unito ad una Fuel Cell e ad un serbatoio di H2 in sostituzione delle batterie al litio delle auto elettriche, pesanti e con tempi di ricarica molto lunghi.

Tuttavia, un limite attuale è quello della scarsità di stazioni di ricarica di idrogeno.
Inoltre, la ricerca e la produzione di veicoli ad idrogeno sono per il momento in una fase iniziale e richiederanno ancora diversi anni di sviluppo.
Vediamo ora nel dettaglio come funzionano le fuel cell dei veicoli a idrogeno.

Come funzionano le fuel cell o celle di combustibile dei veicoli a idrogeno

La fuel cell è una cella elettrochimica che permette di generare energia elettrica attraverso la reazione chimica tra Idrogeno e Ossigeno per formare acqua, dove l’ossigeno viene fornito dall’aria aspirata dall’ambiente:

2 H₂ + O₂ -> 2 HO

Esistono diverse tecnologie di celle elettrochimiche.
Tra queste, la più affidabile e prestante per applicazioni automotive risulta essere la tecnologia PEM (Polymer Electrolyte Membrane – Membrana Polimerica Elettrolita).

Quest’ultima utilizza un elettrolita solido che garantisce una buona stabilità e consente alte efficienze di conversione.

In particolare, l’elevata efficienza delle celle a combustibile è data dalla conversione dell’energia chimica ad energia elettrica.
Però, questa avviene senza avere una conversione in energia termica come succede nei tradizionali motori a combustione.

I benefici della tecnologia fuel cell: perché rappresentano la soluzione del futuro

In generale la tecnologia fuel cell consente di ovviare a tutti i problemi legati ai veicoli elettrici che utilizzano batterie o ai motori a combustione interna.
Infatti permettono:

  • di garantire un’elevata autonomia, paragonabile a quella dei mezzi a combustione interna
  • di ridurre drasticamente i tempi di ricarica rispetto ai veicoli elettrici con batterie al litio, arrivando a poter fare un pieno di idrogeno in pochi minuti
  • di abbattere l’emissione di inquinanti perché l’idrogeno è l’unico combustibile che, in qualsiasi modo venga utilizzato, non ha nessuna emissione di inquinante

Non solo, i veicoli ad idrogeno si differenziano tra quelli a 350 bar e quelli a 700 bar. In particolare, questi due valori si riferiscono alla pressione di stoccaggio dell’idrogeno nei serbatoi.
I mezzi pesanti come treni, bus e tir utilizzano stoccaggi a 350 bar, in quanto hanno a disposizione maggiore spazio. Avere idrogeno a 350 bar consente di avere un notevole risparmio:

  • per la stazione di rifornimento, che ha un minore consumo energetico per la compressione
  • per il veicolo stesso, che richiede l’utilizzo di serbatoi meno costosi.

I veicoli ad uso privato, come le utilitarie, utilizzano idrogeno a 700 bar in quanto gli spazi sono ridotti, e con una maggiore pressione è possibile immagazzinare una maggiore quantità di idrogeno in un volume minore.
Generalmente per mezzi pesanti si hanno serbatoi che vanno dai 30 ai 40 kg, mentre per veicoli leggeri non si va oltre i 6 kg.

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