Fra la sorpresa generale il protagonista assoluto di Agritechnica 2023 non è stato un trattore o a una macchina agricola, ma un combustibile. L’idrogeno.
Elemento che l’Unione Europea ha eletto quale suo vettore energetico finale in vista di quella transizione energetica che entro il 2050 dovrebbe portarla ad affrancare le esigenze di mobilità avanzate dai settori commerciali, industriali e agricoli dai combustibili di origine fossile.
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Un progetto ambizioso ma fattibile, soprattutto se si avrà la capacità di lavorare per gradi coinvolgendo tutti gli attori in essere.
Motori a idrogeno, i motoristi sono pronti
A partire dalle organizzazioni pubbliche e private preposte a produrre il combustibile fino agli utenti finali, passando attraverso i gestori delle reti di distribuzione e, ovviamente, i costruttori dei motori. Oggi probabilmente i maggiori protagonisti della transizione essendo già pronti per assecondarla in termini tecnologici. Ad Hannover la quasi totalità dei costruttori di motori presenti non ha infatti mancato di esibire almeno un prototipo di propulsore alimentato con idrogeno, dichiarando anche di essere pronto per metterlo in produzione di serie entro il 2025.
Nel giro di un paio di anni si potrebbe quindi assistere all’incipit di una ennesima rivoluzione industriale, se non fosse che l’idrogeno per essere immesso nei motori va prima prodotto, reso disponibile sul mercato a un corretto rapporto prezzo/prestazioni e poi stoccato a bordo macchina. Senza dimenticare la necessità di convincere l’utente finale a modificare usi e consuetudini ormai radicate nel suo dna. Il flop che sta vivendo l’auto elettrica insegna che certi cambiamenti non possono essere imposti per Legge, ma vanno perseguiti lavorando sul sociale in termini informativi, formativi ed economici. Accettando anche l’idea che si tratta di maturazioni sempre progressive e lente.
Motori a idrogeno, si deve preparare il mercato
Arrivare al 2050 riuscendo a produrre idrogeno in maniera sostenibile a livello ambientale, trasportandolo fino ai punti di distribuzione e rendendolo disponibile al consumo non significa avere la certezza che il mercato farà proprio tale combustibile se prima non lo si sarà preparato al cambiamento. Così come se non si sarà dimostrato che tale cambiamento, oltre a rispettare l’ambiente, rispetta anche le esigenze produttive dei Paesi industrializzati senza porre limitazioni o, peggio, mettere in discussione quella libertà di movimento che da decenni il trasporto su gomma assicura ad aziende e privati. Nelle pagine a seguire e come anticipato sul numero scorso di Macchine Trattori, una panoramica delle novità motoristiche presentate ad Hannover e alcuni approfondimenti sulle possibilità e le problematiche relative all’uso dell’idrogeno.
C’è ma non si vede
L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’Universo essendo alla base del 75 per cento della massa della materia. Sulla Terra trova nell’acqua, due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, nei combustibili fossili e nel metano, un atomo di carbonio e quattro di idrogeno, le sue fonti più comuni.
Per spezzare i forti legami atomici che vincolano gli atomi di idrogeno da quelli di ossigeno o di carbonio servono però trattamenti e lavorazioni che assorbono molta energia restituendo poi volumi di prodotto che rilasciano meno energia di quella spesa per produrli. L’abbondanza dell’idrogeno non coincide quindi con una sua effettiva disponibilità né il suo utilizzo può definirsi rispettoso dell’ambiente se non si trova il modo di produrlo sfruttando energie rinnovabili e gratuite. In tale ottica il solare risulta essere la fonte più attraente. Tant’è che diversi Paesi africani, Algeria in primis, stanno mettendo a punto importanti programmi di produzione che agevoleranno la transizione europea se si concretizzerà il progetto “European Hydrogen Backbone” che prevede l’installazione di circa 28 mila chilometri di linee per il trasporto dell’idrogeno entro la fine del 2030, tra cui un gasdotto di tremila e 300 chilometri che attraverso Tunisia e Sicilia vedrebbe la connessione di Algeria e continente europeo.
Un po’ di chiarezza
Che i motori elettrici sostenuti da celle a combustibile alimentate con idrogeno rappresentino il futuro punto di arrivo della propulsione commerciale, industriale, agricola e privata è indubbio. Molto meno certa però la data in cui tale futuro potrà concretizzarsi. Si parla del 2050 e ci può stare, ma solo a due condizioni. Riuscire a produrre grandi quantità di idrogeno in maniera “ecologica” e renderle disponibili sul mercato in maniera capillare ed economicamente sostenibile. Senza dimenticare che nel frattempo le celle a combustibile dovranno maturare evoluzioni tecniche e produttive atte a renderle prodotti di largo consumo. Tre problemi su cui pubblico e privato molto stanno lavorando e che sicuramente saranno risolti, ma che al momento sono stati aggirati.
I produttori di combustibili hanno messo a punto combustibili alternativi a quelli fossili, mentre i costruttori di motori si sono impegnati a renderne possibile l’uso. Metano, biocombustibili e combustibili hvo sono i vettori energetici che già si sono affacciati o stanno per farlo sul mercato per miscelarsi o sostituire in toto il gasolio di origine fossile per alimentare gli attuali motori endotermici se opportunamente modificati a livello di termodinamiche. Lo stesso potrebbe fare poi l’idrogeno, tant’è che ad Hannover alcuni costruttori tra cui Fpt Industrial e Cummins hanno presentato motori modulari con tre testate diverse finalizzate all’uso del metano, dei biocombustibili e dell’idrogeno. Sarà poi il mercato a decidere quale delle soluzioni premiare in attesa che maturino le celle a combustibile.
Elettrico a batteria solo nelle basse potenze
Unica alternativa alla propulsione elettrica attuata mediante celle a combustibile è quella avanzata con batterie. Soluzione che nel trasporto su gomma commerciale e privato non ha sfondato. Potrebbe farlo in campo industriale e agricolo se applicata a macchine di potenza non superiore ai cento cavalli e destinate a operare in aree circoscritte, tali da permettere ricariche facili e veloci quando gli accumulatori scendono sotto il 20 per cento.
Due limitazioni indotte dalle densità energetiche delle attuali batterie al litio che, nella migliore delle ipotesi, viaggiano sui 450/500 wattora per chilo contro gli oltre 12 chilowattora per chilo di benzina e gasolio. A essere generosi la densità energetica di una batteria al litio è oggi 24 volte inferiore a quella dei combustibili fossili e quindi per garantire a una macchina agricola da cento cavalli di potenza la stessa autonomia operativa garantita da un serbatoio contenente 50 litri di gasolio, la si dovrebbe dotare di un pacco batterie 24 volte più ingombrante e pesante del serbatoio di cui sopra. Non è un caso se fra una Fiat “Cinquecento” tradizionale e la stessa vettura mossa per via elettrica ci sono quattro quintali di differenza a livello di masse e se la prima con 35 litri di benzina può percorrere anche più di 500 chilometri quella elettrica si ferma poco sopra i 300 in condizioni di utilizzo ottimale.
Non è facile stivarlo
L’idrogeno avanza caratteristiche molto particolari. È incolore, inodore e insapore, e può essere prodotto, stoccato e utilizzato sia quale gas sia quale liquido realizzando in ogni caso una combustione che dà luogo a un solo prodotto di scarto. Acqua. Per questo è considerato il combustibile più ecologico oggi esistente.
A suo favore anche l’energia sviluppata per unità di massa, da due volte e mezza a sei volte superiore a quella degli altri combustibili, mentre gioca contro la densitàmolto bassa. L’energia sviluppata per unità di volume è quindi inferiore a quella dei combustibili tradizionali, un quinto rispetto a quella del metano per l’idrogeno gassoso e un terzo circa rispetto a quella del gasolio per l’idrogeno liquido, e ciò impone di comprimerlo ad altissime pressioni per poter stoccare a bordo macchina masse adeguate alle esigenze energetiche delle macchine da alimentare. Si parla di pressioni che possono arrivare a 700 bar e che nel caso si voglia stoccare idrogeno liquido vanno abbinate alla necessità di prevedere serbatoi criogenici capaci di tenere il gas a temperature oscillanti intorno ai 250 gradi centigradi sotto lo zero. Da mettere in conto in ogni caso il “boil-off”, un’evaporazione che nonostante gli alti livelli di coibentazione viaggia fra un massimo del due per cento del volume stoccato al giorno a un minimo dello zero e uno per cento. Perdite proporzionali al rapporto superficie/volume del serbatoio e che quindi gravano in maniera particolare sui contenitori di piccole dimensioni. Tutti problemi che da qui al 2050 verranno superati ma che ora bloccano la diffusione della propulsione a idrogeno.
Titolo: Motori nel segno dell’idrogeno – SPECIALE MOTORI
Autore: Jacopo Oldani
