Da anni si sente parlare di idrogeno come combustibile non inquinante per le auto, ma quali sono i vantaggi e gli svantaggi nella sua produzione? E perché viene poco usato? “Potrebbe essere una svolta per il pianeta in quanto lo scarto prodotto dal suo utilizzo per produrre energia è vapore acqueo, ma oggi oltre il 96% della produzione di idrogeno deriva ancora da fonti non rinnovabili vanificandone le proprietà green”, spiega il professore Alessandro Abbotto, docente di Chimica Organica del dipartimento di Scienza dei Materiali dell'Università di Milano-Bicocca, autore di “Idrogeno: tutti i colori dell'energia”, un libro pubblicato nel 2021 da Edizioni Dedalo che ne tratta tutte le applicazioni e ne analizza il relativo dibattito politico, economico e sociale.
I tre vantaggi di utilizzare l'idrogeno come carburante
1. È un combustibile pulito
L'idrogeno è un combustibile perfettamente pulito, perché l'unico scarto che produce è il vapore acqueo. Allo stato libero è formato da due atomi (H2) che combinandosi con l'ossigeno (O) durante il suo utilizzo (combustione o, più comunemente, in una cella a combustibile) formano l'acqua (H2O). “Sono condizioni – spiega il professor Abbotto - sufficienti per andare incontro all'emergenza ambientale che non è più rimandabile”. Gli idrocarburi, invece, sono formati da carbonio ed idrogeno e durante la combustione combinandosi con l'ossigeno producono anidride carbonica (CO2) e altri scarti dannosi per l'ambiente e la salute umana (ossidi di azoto e zolfo).
L'idrogeno si ottiene dall'elettrolisi dell'acqua, un metodo semplice in cui una corrente a basso voltaggio attraversa l'acqua formando ossigeno ed idrogeno gassoso. L'idrogeno definito verde è l'unico sostenibile perché viene ottenuto dall'elettrolisi dell'acqua alimentata da elettricità prodotta da fonti rinnovabili. L'idrogeno grigio, al contrario, utilizza fonti fossili, principalmente gas naturale, che producono emissioni di gas serra vanificando il suo impatto zero sull'ambiente.
2. Utilizza una tecnologia più efficiente
Il motore termico, nato a metà dell'800 e da allora mai abbandonato, permette alla macchina di muoversi grazie alla combustione tra carburante e aria che viene convertita in energia termica e a sua volta in energia meccanica. In più di 200 anni questo motore ha raggiunto la sua massima prestazione e ottimizzazione e oggi a causa del forte impatto ambientale degli scarti è poco sostenibile. Al contrario il motore termico a idrogeno è una tecnologia che si caratterizza per la mancanza di emissioni nocive. Il suo utilizzo principale non è però nel motore termico ma in una cella a combustibile, sviluppata per la conquista dello spazio fin dagli anni Sessanta, dove un processo elettrochimico combina idrogeno e ossigeno generando energia elettrica, che a sua volta alimenta un efficiente motore elettrico.
Il motore a benzina impiega solo il 20/25 % dell'energia introdotta e di conseguenza il 75/80% del carburante viene disperso producendo calore. È il motivo, per esempio, per cui non è possibile toccare un motore senza scottarsi. Sono numeri poco noti, ma che lasciano intendere quanto il motore termico alimentato a benzina o diesel risulti inefficiente. “Avevamo tanta energia da permetterci il lusso di sprecarla e costava poco estrarre petrolio, ma ora che comincia a scarseggiare e che tutte le questioni ambientali non possono essere più accantonate questo dovrà cambiare”, spiega il professor Abbotto. Nel motore elettrico le percentuali sono completamente rovesciate. L'80% corrisponde all'energia utilizzata e solo il 20% a quella dispersa. L'idrogeno, però, all'interno del motore dell'automobile non viene sfruttato in modo immediato e diretto perché prima deve essere trasformato in energia elettrica per alimentare il motore. “Questo passaggio consuma il 50% dell'energia e dunque l'80% si dimezza portando al 40% l'energia utilizzata che è, comunque, il doppio rispetto al motore a benzina. Con gli studi e gli esperimenti già in atto si ipotizza di poter aumentare sensibilmente questa percentuale, mentre quella del motore a benzina/diesel è ormai non più ottimizzabile”, aggiunge Abbotto.
3. È conveniente per il trasporto pesante e i treni
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. Si tratta di mezzi che se dovessero essere alimentati con batterie elettriche in alternativa al motore termico necessiterebbero di batterie enormi, pesanti e lunghe da ricaricare. Al contrario l'idrogeno offre i vantaggi di un sistema di propulsione più compatto, con tempi di rifornimento rapidi e lunghe autonomie di percorrenza, possibile da alimentare 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. “Risulta più facile effettuare questa operazione per le case produttrici di mezzi pesanti rispetto a quelle di auto perché i tir compiono delle tratte standardizzate ed è molto simile a ciò che accade con le ferrovie”, spiega Abbotto.
Quasi il 50% delle linee ferroviarie è ad oggi non elettrificato. In Europa ci sono molte tratte in cui non è possibile avere la linea elettrica aerea e dunque i treni vengono alimentati con il diesel, un combustibile altamente inquinante. L'idrogeno risolverebbe sia il problema della mancanza di elettricità che l'emissione delle sostanze inquinanti. In Valcamonica, per esempio, la linea ferroviaria Brescia-Iseo-Edolo verrà percorsa da treni a idrogeno a partire dai primi mesi del 2024, mentre in Germania già dal 2018 esiste una linea a idrogeno a impatto zero.
Gli svantaggi di utilizzare l'idrogeno come combustibile
1. Se è “grigio”, è inquinante
Se non viene prodotto da fonti rinnovabili, produrre idrogeno inquina. Ad oggi oltre il 96% dell'idrogeno utilizzato è grigio. Il suo costo è minore, ma l'impatto sull'ambiente è enorme tanto che per ogni chilo di idrogeno ricavato ne vengono prodotti 10 di anidride carbonica. La produzione mondiale di idrogeno è di circa 70/75 milioni di tonnellate con uno scarto di quasi 1 miliardo di tonnellate di anidride carbonica. “La sfida più grande è produrre idrogeno pulito a un costo accessibile”, sostiene Abbotto.
La diffusione dell'idrogeno verde può andare di pari passo con l'incremento della produzione di energia elettrica da fonti pulite. “E la buona notizia è che entro il 2030 la produzione di energia elettrica dovrà derivare per il 70% da fonti rinnovabili”, spiega Abbotto.
2. È un gas difficile da maneggiare
Mettere la benzina nel serbatoio è semplice e veloce, come lo è agganciare il cavo per ricaricare la batteria di un'auto elettrica. L'idrogeno invece è un gas difficile da maneggiare perché, avendo una 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. Nel serbatoio di un'auto, se non fosse compresso, ci starebbe idrogeno sufficiente a percorrere solo 5 km.
Un'altra difficoltà consiste nel trasporto, ovvero di come portare l'idrogeno alle stazioni di rifornimento per approvvigionare le vetture in movimento. Qui un primo problema consiste nel fatto che per essere distribuito sono necessari gasdotti appositi perché 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 un temperatura di -253 gradi centigradi, ovvero con 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”, spiega Abbotto.
Esistono degli idrogenodotti ma sono estesi per pochi migliaia di chilometri in tutto il mondo. Costruire un'intera rete di distributori di idrogeno per autotrazione comporta grandi costi e ritardi. La Germania ha il primato per la distribuzione contando quasi 100 stazioni, in continua crescita e dislocate lungo le arterie autostradali rendendo possibili i viaggi all'interno della nazione. A Parigi l'idrogeno viene prodotto localmente permettendo di predisporre una rete per i taxi con l'obiettivo, entro il 2024, di averne la metà alimentati a idrogeno. In Italia è presente una sola stazione per le auto sull'autostrada del Brennero a Bolzano Sud. Qui l'idrogeno è a km zero derivando dall'energia idroelettrica prodotta dalle montagne.
3. È meno vantaggioso dell'elettrico per le auto
Il motore elettrico a batteria è oggi il sistema più efficiente perché converte in energia l'80% dell'elettricità presente nella batteria. Inoltre per le autovetture ad oggi è più conveniente una ricarica elettrica di un rifornimento a idrogeno. “L'idrogeno grigio costa 1-2 dollari al kg, mentre l'idrogeno verde ben 5-7 dollari” spiega Abbotto. Se non si vuole vanificare il vantaggio “green” dell'uso dell'idrogeno, il rifornimento di un'autovettura deve comportare esclusivamente idrogeno verde. E i rifornitori vendono idrogeno verde a un prezzo di circa 15 euro al kg che può scendere a 9 euro al kg laddove l'infrastruttura è più sviluppata come in Germania.
Ma il motore a idrogeno rimane comunque molto più efficiente di un motore tradizionale a benzina/diesel. Il diesel offre un piccolo vantaggio economico rispetto all'idrogeno, ma gli enormi benefici che ci sarebbero sull'ambiente compenserebbero la maggiore spesa. Di certo rispetto ad una alimentazione elettrica da fonti rinnovabili, l'idrogeno è meno vantaggioso per il trasporto leggero su strada. I benefici ambientali sono gli stessi, ma il costo di rifornimento e la disponibilità di una rete per la ricarica sono migliori.
