Bosch: fuel cell per la mobilità del futuro

L’elettromobilità si sta diffondendo velocemente e rappresenta un elemento importante per la riduzione delle emissioni di CO2 derivanti dal traffico. Ma quanto è economico far viaggiare degli autocarri pesanti con carichi di 40 tonnellate su lunghe distanze utilizzando solo l’alimentazione elettrica? Considerando il peso della batteria, i lunghi tempi di ricarica e le limitazioni dettate dalla tecnologia attuale, i sistemi di propulsione elettrici non sono l’opzione migliore per i questi mezzi. Tuttavia, nel prossimo futuro anche i camion da 40 tonnellate saranno in grado di percorrere oltre mille chilometri in modalità completamente elettrica, grazie al sistema di propulsione fuel cell. Se alimentato con idrogeno prodotto utilizzando energia rinnovabile, questa soluzione consente il trasporto climate-neutral di beni e prodotti. Bosch sta compiendo il primo passo in questa direzione, sviluppando il sistema di propulsione a celle a combustibile, concentrandosi in primo luogo sui camion. L’azienda prevede di avviare la produzione nel 2022-2023. Una volta che si saranno diffusi negli autocarri, questi sistemi verranno introdotti sempre più anche nelle autovetture, diventando parte integrante del portfolio di sistemi di propulsione del futuro.

In una cella a combustibile, l’idrogeno reagisce con l’ossigeno presente nell’aria. L’energia prodotta da questa reazione viene convertita in elettricità, utilizzata per la guida. Calore e acqua pura sono gli altri prodotti della reazione. L’elettrolisi separa l’acqua in idrogeno e ossigeno mediante elettricità, ottenendo così H2. La possibilità di generare elettricità da fonti rinnovabili rende il sistema di propulsione a celle a combustibile completamente neutrale. Soprattutto per veicoli pesanti e di grandi dimensioni, le celle a combustibile producono meno emissioni di carbonio dei sistemi di propulsione esclusivamente a batteria, sommando le emissioni di CO2 derivanti da produzione, funzionamento e smaltimento. Oltre al serbatoio di idrogeno, i veicoli con celle a combustibile necessitano soltanto di una batteria molto più piccola che funge da riserva intermedia. In questo modo si riducono notevolmente le emissioni di carbonio in fase di produzione. “I vantaggi della cella a combustibile entrano realmente in gioco nei campi in cui i sistemi di propulsione elettrici a batteria non eccellono” ha chiarito Uwe Gackstatter, Presidente della divisione Bosch Powertrain Solutions. “Quindi celle a combustibile e batterie non sono in competizione tra loro; piuttosto, si completano alla perfezione”.

L’idrogeno ha una densità di energia elevata. L’energia prodotta da un chilo di idrogeno corrisponde a 3,3 litri di diesel. Per percorrere 100 chilometri, a un’autovettura serve circa un chilo di idrogeno; a un autocarro da 40 tonnellate ne servono sette. Come con il diesel o la benzina, bastano pochi minuti per riempire un serbatoio di H2 vuoto e riprendere il viaggio. “Le celle a combustibile sono l’opzione migliore per il trasporto quotidiano di grandi carichi su lunghe tratte” ha dichiarato Gackstatter, riassumendo i vantaggi. Nell’ambito del progetto H2Haul, finanziato dall’UE, attualmente Bosch sta collaborando con altre aziende per creare una piccola flotta di camion a celle a combustibile e metterla su strada. Oltre alle applicazioni mobili, Bosch sta sviluppando pile a combustibile per applicazioni stazionarie con tecnologia per celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC). Un uso previsto per questa tecnologia è costituito da piccole centrali elettriche distribuite in città e punti di ricarica per veicoli elettrici. Se si raggiungeranno gli obiettivi sul clima dell’Accordo di Parigi, in futuro l’idrogeno alimenterà non soltanto autovetture e veicoli commerciali, ma anche treni, aerei e navi. Anche l’industria energetica e quella siderurgica stanno programmando l’utilizzo dell’idrogeno.

Uno dei fattori decisivi per l’eco-compatibilità e la redditività dei sistemi di propulsione è la loro efficienza, di circa un quarto superiore per i veicoli a celle a combustibile rispetto ai veicoli con motori a combustione. Il recupero di energia in frenata aumenta ulteriormente l’efficienza. I veicoli a batteria, che possono immagazzinare energia elettrica direttamente nel veicolo e utilizzarla per la propulsione, sono ancora più efficienti. Tuttavia, poiché la produzione e la domanda di energia non sempre coincidono a livello di tempo e luogo, l’elettricità prodotta dagli impianti eolici e solari rimane spesso inutilizzata, non trovando un consumatore e non potendo essere conservata. È qui che entra in gioco l’idrogeno. L’elettricità in eccedenza può essere utilizzata per produrlo in modo decentralizzato, così che sia pronto per essere conservato e trasportato in maniera flessibile.

Il costo dell’idrogeno verde diminuirà considerevolmente quando si amplieranno le capacità produttive e calerà il prezzo dell’elettricità prodotta da fonti rinnovabili. L’Hydrogen Council, un’associazione che riunisce oltre 90 aziende nel mondo, prevede che i costi di molte applicazioni dell’idrogeno saranno dimezzati nei prossimi dieci anni e ciò le renderà competitive rispetto ad altre tecnologie. Attualmente Bosch sta collaborando con la startup Powercell per sviluppare la pila, il nucleo della cella a combustibile, e predisporla per il mercato e quindi per l’avvio della produzione. L’obiettivo è una soluzione ad alte prestazioni che possa essere prodotta a basso costo. “Sul medio termine, utilizzare un veicolo con una cella a combustibile non sarà più costoso che utilizzarne uno con un sistema di propulsione tradizionale” ha affermato Gackstatter.

La rete attuale di stazioni di rifornimento di idrogeno non offre una copertura completa, ma le circa 180 stazioni presenti in Europa sono già sufficienti per alcune tratte importanti. In molti paesi diverse aziende stanno collaborando per ampliare questa rete di distribuzione, spesso con il supporto di sovvenzioni statali. Anche in Germania, i politici hanno riconosciuto l’importante ruolo dell’idrogeno nella decarbonizzazione dell’economia, inserendolo nella Strategia Nazionale per l’Idrogeno. Per esempio, si stima che in Germania la joint venture H2 Mobility creerà circa 100 stazioni di rifornimento accessibili pubblicamente entro la fine del 2020, mentre il progetto H2Haul, finanziato dall’UE, sta lavorando non solo sugli autocarri, ma anche sulle stazioni di rifornimento necessarie sulle tratte in programma. Anche Giappone, Cina e Corea del Sud hanno programmi di supporto completi in questo ambito.

L’utilizzo dell’idrogeno gassoso nei veicoli è sicuro e non più pericoloso di altri combustibili o batterie per veicoli. I serbatoi di idrogeno non comportano un aumento del rischio di esplosione. Se è vero che l’H2 brucia in combinazione con l’ossigeno e che una miscela dei due è esplosiva oltre un certo rapporto, bisogna anche tener conto del fatto che l’idrogeno è circa 14 volte più leggero dell’aria e quindi estremamente volatile. Per esempio, se fuoriesce H2 dal serbatoio di un veicolo, esso si volatilizzerà più velocemente rispetto al tempo che impiegherebbe per reagire con l’ossigeno presente nell’aria.

La produzione di idrogeno è un processo collaudato e semplice dal punto di vista tecnologico, che può quindi essere accelerato rapidamente per soddisfare l’aumento della domanda. Inoltre, ora le celle a combustibile hanno raggiunto la maturità tecnologica necessaria per essere commercializzate e utilizzate diffusamente. Secondo l’Hydrogen Council, l’economia dell’idrogeno può diventare competitiva nei prossimi dieci anni se ci saranno sufficienti investimenti e volontà politica.