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Perché l’idrogeno nei trasporti
di Achille De Tommaso
I vincoli all’uso dell’idrogeno per una “mobilità diffusa” sono la sicurezza dei serbatoi e il costo di produzione e di investimento dell’infrastruttura. Vediamo come si prevede vengano risolti.
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Il settore dei trasporti è sotto pressione per una rapida decarbonizzazione. Nel trasporto leggero e a corto raggio, i veicoli elettrici a batteria (BEV), ovvero auto e furgoni, stanno raggiungendo una buona diffusione; ciò è dovuto, al rapido calo dei costi delle batterie, al miglioramento della loro efficienza, e al lancio giornaliero di nuovi veicoli (la TV ne è monopolizzata…). Non ultima la regolamentazione, UE che impone alle case costruttrici l’obbligo di costruire solo auto elettriche nel 2035 (5). E questi fatti, assieme, sicuramente porteranno alla costruzione e migliore disponibilità di fonti di ricarica elettrica; che sono uno dei principali colli di bottiglia, a livello mondiale, per la vendita di questi veicoli.
Tuttavia, il quadro è abbastanza diverso per i trasporti pesanti su strada a lungo raggio. Le lunghe distanze, i percorsi imprevedibili, gli elevati requisiti di operatività, le rigide normative sui tempi di guida, e dei carichi utili elevati, hanno reso questo settore particolarmente difficile da decarbonizzare con le attuali tecnologie di mobilità elettrica. Con le attuali densità energetiche, le batterie sono troppo pesanti, le velocità di ricarica sono troppo lente e non sono ancora disponibili infrastrutture per elettrificare i camion su percorsi particolarmente impegnativi e disagiati.
Di conseguenza, l’autotrasporto a lungo raggio si sta concentrando sulla mobilità del carburante idrogeno; che è interessante per due ragioni. Innanzitutto, un rifornimento più rapido e una maggiore autonomia possono aumentare il potenziale di operatività dei camion; inoltre, il peso dei serbatoi di idrogeno inferiore rispetto a quello delle batterie (vi sono oggi serbatoi in carbonio più leggeri, resistenti e sicuri dell’acciaio (4)), può aumentare la capacità di carico utile. Insieme, questi fattori migliorano il TCO (Total Cost of Ownership) dei camion a idrogeno, che è il KPI che questo settore, altamente competitivo, dei trasporti deve gestire.
L’OPPORTUNITÀ DELL’IDROGENO
L’idrogeno rappresenta già oggi un’ottima soluzione per decarbonizzare settori difficili da “abbattere”, per ragioni tecnologiche, come la produzione dell’acciaio, del cemento e del vetro. E questa tipologia di carburante sta lentamente già prendendo piede nei trasporti pesanti, come quello marittimo, aeronautico, ferroviario e minerario, che consumano energia in quantità che superano di gran lunga quella fornibile da batterie.
Questo fa prevedere che entro il 2035, in Europa potrebbero circolare fino a 850.000 camion medi e pesanti alimentati a idrogeno. Questi, complessivamente consumerebbero 6.900 chilotoni di idrogeno all’anno e richiederebbero fino a 4.800 stazioni di rifornimento di idrogeno (HRS).
E appare oggi che questi fatti, una volta costruita l’infrastruttura, possano in futuro portare all’adozione dell’idrogeno, indipendentemente dal settore del trasporto pesante, e garantiranno quindi che l’idrogeno pulito sia più prontamente disponibile anche per la mobilità “leggera”. Infatti, anche se nel prossimo futuro circa il 95% della domanda in volume si prevede provenga dai veicoli commerciali, già oggi in Giappone e Corea del Sud, l’idrogeno per le autovetture sta ricevendo un forte sostegno e i produttori nazionali sono in prima linea nello sviluppo di veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). Ma anche gli USA si danno da fare.
Eccovi una chicca…
Hyperion XP-1, la supercar ad idrogeno da 2.000 cavalli
La start-up californiana Hyperion Motors ha sviluppato assieme alla NASA una supercar ad idrogeno dalle prestazioni notevoli. Più di 2.000 cavalli e autonomia di 1.500 km, oltre a generare come scarto vapore acqueo ed acqua potabile.
LE CRITICITA’ DELL’IDROGENO
Le criticità dell’idrogeno per una “mobilità diffusa” sono soprattutto relative alla sicurezza dei serbatoi e al costo di investimento dell’infrastruttura e del processo dell’elettrolisi (oggi veramente costoso, anche se sono all’orizzonte nuove tecnologie. V. (3)). Vediamo una sintesi delle soluzioni individuate ad oggi:
sicurezza dei serbatoi:
Come detto sopra, il problema della sicurezza dei serbatoi pare essere già vicino alla soluzione (4);
costo stazioni di ricarica:
Studi di McKiinsey, tra gli altri, indicano (v. figura) che gli operatori delle stazioni di rifornimento di idrogeno (HRS) potrebbero raggiungere il punto di pareggio già nel 2025 anche rifornendo un limitato numero di camion. In particolare, una stazione di medie dimensioni con una capacità giornaliera di 500 chilogrammi potrebbe raggiungere il punto di pareggio al 55 percento di utilizzo, a seconda dei costi di approvvigionamento dell'idrogeno e dei prezzi di vendita. In questo caso, sette camion per lunghe percorrenze (HDT) sarebbero sufficienti per fornire la domanda richiesta per una stazione. Rispetto alle batterie, i camion alimentati a idrogeno possono rifornirsi più velocemente e comportano una penalità di peso inferiore perché i serbatoi pesano considerevolmente meno delle batterie. Operativamente, i camion a idrogeno possono quindi essere impiegati su una scala simile a quella dei camion diesel ma con il vantaggio di non produrre emissioni. Ciò significa che saranno più economici da gestire nel lungo termine rispetto ai camion diesel.
Fonte: McKinsey
abbattimento del costo della produzione dell’idrogeno
Intelligenza artificiale
L'utilizzo dell'intelligenza artificiale per ottimizzare i costi nella produzione di idrogeno verde offre una vasta gamma di opportunità. Tra queste, la previsione dell'erogazione delle energie rinnovabili rappresenta una sfida significativa, ma grazie agli algoritmi di intelligenza artificiale è possibile anticipare con precisione la disponibilità di tali risorse, semplificando l'ottimizzazione complessiva della produzione di idrogeno a mezzo solare ed eolico. L'integrazione dell'intelligenza artificiale con le soluzioni di gestione energetica consente un'ottimizzazione mirata della produzione di idrogeno verde, tenendo conto delle varie fonti energetiche rinnovabili disponibili. Questo approccio conduce a una riduzione dei costi di produzione, rendendo l'idrogeno verde più competitivo rispetto ai combustibili fossili, soprattutto quando generato da fonti rinnovabili.
Sviluppo di Tecnologie Avanzate:
Investire nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie avanzate, come celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC) e celle a combustibile a ossido solido (SOFC), può contribuire a ridurre i costi di produzione dell'idrogeno. Queste tecnologie offrono un potenziale significativo per aumentare l'efficienza e ridurre i costi operativi.
Di conseguenza, l'idrogeno per il trasporto commerciale sta diventando sempre più attraente man mano che i costi di approvvigionamento dell'idrogeno diminuiscono e la domanda di veicoli aumenta. Aumentare la scala di produzione dell'idrogeno può contribuire a ridurre i costi unitari: investimenti in infrastrutture più grandi e più efficienti possono consentire economie di scala che si traducono in costi di produzione inferiori per unità di idrogeno prodotto.
LINK PER FONTI E APPROFONDIMENTI
- McKinsey & Company: file:///C:/Users/achil/Downloads/unlocking-hydrogens-power-for-long-haul-freight-transport.pdf
- Ruolo dell'intelligenza artificiale nel progresso della produzione di idrogeno verde: https://hartek.com/post/role-of-artificial-intelligence-in-advancing-green-hydrogen-production#:~:text=AI%20integration%20with%20energy%20management,with%20that%20of%20fossil%20fuels.
- Highly efficient hydrogen production using p-Si wire arrays and NiMoZn heterojunction photocathodes https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337317305635
- The Enhanced Hydrogen Storage Capacity of Carbon Fibers: The Effect of Hollow Porous Structure and Surface Modification
- https://www.tempi.it/auto-elettriche-anche-francia-e-germania-si-ribellano-all-ue/
