IDROGENO E FUEL CELL: STATO DELL’ARTE

La necessità di decarbonizzare le operazioni per raggiungere gli ambiziosi obiettivi climatici globali sta spingendo costruttori e componentisti ad esplorare diverse soluzioni per proporre alimentazioni sempre più green. In questo scenario, i Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), alimentati a idrogeno, emergono come una delle soluzioni più promettenti, in particolare per il trasporto a lungo raggio.

Cosa sono le Fuel Cell?

Una Fuel Cell o cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico, ideato nel 1839 da William Grove per produrre elettricità, che genera direttamente energia elettrica attraverso la reazione chimica tra idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂). La generazione di energia elettrica avviene in modo silenzioso ed efficiente, senza inquinamento, infatti, a differenza dei motori a combustione interna, la conversione avviene senza la fase intermedia di trasformazione in energia termica, garantendo un’elevata efficienza. L’unico prodotto di scarto di questo processo è il vapore acqueo, rendendo l’idrogeno il combustibile pulito per eccellenza.

Come funzionano le Fuel Cell?

Le fuel cell hanno un funzionamento simile a quello delle ‘classiche’ pile; sono costituite da due elettrodi, l’anodo e il catodo, in cui avviene il processo elettrochimico per la produzione energetica, ed un elettrolita, sostanza che di solito definisce il tipo di cella a combustibile, e può essere composta da una serie di sostanze come idrossido di potassio, carbonati di sale e acido fosforico.

La PEM

La tecnologia più affidabile e performante per l’uso automotive è la PEM (Polymer Electrolyte Membrane – Membrana Polimerica Elettrolita). Questa cella utilizza un elettrolita solido che facilita la reazione di ossidoriduzione: l’idrogeno, separato in protoni ed elettroni, genera un flusso di corrente elettrica (gli elettroni) e acqua (i protoni si combinano con l’ossigeno aspirato dall’aria).

Configurazione delle Fuel Cell

Tutte le celle a combustibile hanno la stessa configurazione di base, ovvero quella formata da un elettrolita, e due elettrodi; tuttavia, esistono diversi tipi di celle a combustibile, che si distinguono, come anticipato prima, in base principalmente al tipo di elettrolita utilizzato.

Vantaggi per il trasporto pesante

L’adozione delle fuel cell nei camion affronta i principali limiti dei veicoli elettrici a batteria (BEV) nel settore pesante:
• Autonomia Elevata: I FCEV garantiscono un’autonomia paragonabile ai veicoli diesel, superando spesso i 1.000 km con un pieno.
• Rifornimento Veloce: Il “pieno” di idrogeno si completa in pochi minuti, un fattore critico per minimizzare i tempi di inattività logistica.
• Carichi Pesanti e Lunghe Distanze: L’alta densità energetica dell’idrogeno è ideale per sostenere la potenza richiesta per il trasporto di carichi pesanti su lunghe distanze.

Le Fuel Cell sui camion

Nei veicoli pesanti come bus, treni e tir, l’idrogeno viene tipicamente stoccato a una pressione di 350 bar. Questa pressione inferiore (rispetto ai 700 bar delle auto private) è preferita perché i mezzi pesanti dispongono di maggiore spazio, permettendo l’uso di serbatoi meno costosi e richiedendo un minore consumo energetico per la compressione nella stazione di rifornimento.

Capacità dei serbatoi 

Un camion pesante può trasportare tra i 30 e i 40 kg di idrogeno. I camion a fuel cell combinano la cella a combustibile con lo stesso tipo di motore elettrico utilizzato nei BEV, spesso affiancato da una piccola batteria per gestire i picchi di potenza, come nel caso del Mercedes-Benz GenH2 Truck.

Test e risultati

I primi test su strada con i clienti hanno ampiamente convalidato l’efficacia dei camion a fuel cell. Ad esempio, i prototipi Mercedes-Benz GenH2 Truck hanno percorso oltre 225.000 chilometri in operazioni logistiche reali, dimostrando una integrazione fluida nelle operazioni logistiche quotidiane, con autisti che trovano la guida dinamica, fluida e silenziosa; efficienza nei consumi, affidabilità e praticità. Ciò conferma che, in termini di operatività, l’esperienza del camion a fuel cell è già paragonabile a quella di un mezzo diesel, ma con il beneficio delle zero emissioni locali di CO₂.

Daimler Truck

I principali costruttori di veicoli pesanti stanno investendo massicciamente nello sviluppo e nella produzione dei camion a idrogeno. Daimler Truck/Mercedes-Benz punta alla produzione in serie basandosi sull’esperienza acquisita con i test su strada e sull’efficienza della sua cella a combustibile sviluppata congiuntamente con Volvo (cellcentric).

L’approccio giapponese

Mentre, in Giappone, Hino Motors (la divisione veicoli commerciali del Gruppo Toyota) ha presentato il Profia Z FCV, il suo primo camion pesante a celle a combustibile prodotto in serie. Questo modello utilizza lo stack di fuel cell di seconda generazione di Toyota, modificato per l’applicazione pesante, con un’autonomia testata fino a 650 km. Hyundai ha introdotto l’XCIENT Fuel Cell in Europa e sta espandendo la sua produzione globale di celle a combustibile.

Volvo Trucks e IVECO

Volvo Trucks e IVECO fanno parte della partnership H2Accelerate insieme a giganti dell’energia (OMV, Shell), impegnandosi a creare le condizioni per l’introduzione di massa dei camion a idrogeno e la contestuale espansione della rete infrastrutturale. Volvo prevede la commercializzazione dei suoi modelli a fuel cell entro la fine del decennio.

Le sfide infrastrutturali

Nonostante l’avanzamento tecnologico e l’impegno dei costruttori, la principale limitazione attuale è la scarsità di stazioni di rifornimento di idrogeno. La diffusione su larga scala degli FCEV richiede un massiccio investimento pubblico e privato per costruire una rete capillare lungo le principali rotte di trasporto. L’idrogeno rappresenta un’ottima alternativa per la mobilità pesante del prossimo futuro. La tecnologia è matura, i benefici in termini di autonomia e rifornimento sono innegabili, e il settore è in piena accelerazione verso la produzione in serie dei primi camion a idrogeno a emissioni zero.