Celle a combustibile

Le celle a combustibile, o fuel cell, sono le celle del futuro dell’autotrazione, ma non sono un'invenzione recente, si basano su un principio fisico scoperto nel 1839 da W. Grove.

Attualmente dato l’elevato costo vengono utilizzate dove il costo non conta, tipo veicoli spaziali.

Esse sono generatori chimici di energia elettrica che sfruttano il principio inverso a quello dell'elettrolisi dove la corrente elettrica scinde le molecole di acqua in idrogeno e ossigeno. Al contrario, nelle celle a combustibile questi due gas reagiscono l'uno con l'altro producendo energia elettrica, e dando come scarto finale acqua. Una pila a combustibile è quindi composta da un elemento in cui idrogeno e ossigeno vengono a contatto creando una differenza di potenziali ai capi di un anodo (+) e di un catodo (-) separati da una sottilissima membrana polimerica.

Sul malfunzionamento di uno di questi generatori ci fecero anche un film, ma a fallire sul serio fu la missione dell'Apollo 13.

La ricerca tecnologica attualmente è indirizzata sulla riduzione di ingombri, dei pesi e soprattutto dei costi.

Le celle a combustibile, applicate al campo automobilistico, diventano una sorta di generatore che alimenta motori elettrici, liberando così la vettura elettrica dalla ricarica con la presa di corrente.

Hanno avuto alterne fortune: le case hanno investito ingenti risorse ma non si è mai andati oltre i prototipi, anche molto definitivi come quelli dell'ormai anziano progetto Necar di Mercedes. O degli autobus extraurbani della Gm. Il problema fondamentale resta infatti quello dei costi, le dimensioni delle celle sono diminuite molto in fretta.

Tre sono le ipotesi per alimentare le pile a combustibile: serbatoio di idrogeno che alimenta le celle direttamente; reformer che produce direttamente a bordo l'idrogeno attraverso reazione di un idrocarburo in idrogeno (o di un composto ricco di idrogeno) e anidride carbonica (residuo allo scarico); celle alimentate a metanolo.

Le vetture con celle a combustibile presentano alcuni vantaggi rispetto a veicoli con motore a ciclo otto o ibridi, cioè con propulsione elettrica e accumulatori.

Con l’alimentazione diretta ad idrogeno si realizza uno Zev (Zero emission vehicle), cioè un veicolo ad emissioni nulle. Ma, se si usano gli altri schemi, si ottiene un veicolo a emissioni quasi nulle (Near zero-emission vehicle - Nzev), giusto per usare gli acronimi che tanto piacciono agli anglosassoni.

L’architettura con idrogeno a bordo è più semplice rispetto a quella che ne prevede la trasformazione, tuttavia vi sono problemi di costi, di distribuzione e di sicurezza. Le ricerche sono orientate all’idrogeno compresso in serbatoi speciali sui 200 bar, oppure a utilizzare idrogeno liquido o a usare "spugne" di idruri metallici. Ma attualmente tutti questi sistemi costano e molto.

La seconda soluzione, produzione di idrogeno a bordo con l’utilizzo di idrocarburi, anche benzina potrebbe essere una scelta più consona nel breve termine poiché i derivati del petrolio continuerebbero a mantenere un ruolo importante nell'autotrazione.

La terza soluzione è l'utilizzo delle Dmfc (fuel cell polimeriche a metanolo) dove il combustibile non è idrogeno bensì metanolo, l’alcool metilico in poche parole. In questo modo è tutto più semplice e i costi si abbassano moltissimo eliminando serbatoi e reformer vari.

Al di là dei facili entusiasmi va ribadito che le celle a combustibile, a parte quelle a idrogeno puro, producono inevitabilmente anidride carbonica allo scarico dell'auto.

L'idrogeno non esiste libero in natura e va prodotto e questo costa energia, tanta. E altra energia va spesa per comprimerlo nel serbatoio. Dunque il vantaggio energetico dell'idrogeno è tutto da verificare, anche in relazione ad architetture come l'ibrido (elettrico e combustione interna che si integrano e completano a vicenda).

Va dunque valutato il bilancio energetico complessivo e il livello di emissioni globali: l'idrogeno non esiste libero e per produrlo bisogno spendere energia (fonti fossili, nucleari, eoliche, solari), e tanta pure, e questo ha un suo impatto ambientale così come lo hanno i "distributori" che producono l'idrogeno in loco convertendo metano e nei quali si libera C02 che poi va "confinata", cioè immagazzinata, da qualche parte.

Comunque sia le emissioni sono molto più contenute rispetto ai propulsori tradizionali e i rendimenti più elevati benché i progressi sui diesel (common rail), sull'iniezione diretta di benzina e la tecnologia Multiair potrebbero rendere i "vecchi" motori ancora competitivi per molti anni.

Le fuel cell sono, per l'industria dell'auto, una tecnologia capace di cambiarne completamente il business, i processi e i prodotti. Al di là dell'aspetto esterno della carrozzeria (che non differirebbe troppo) quello che cambierà è la struttura dell'auto: i motori elettrici non hanno bisogno di cambio, differenziale, candele, marmitte catalitiche, iniettori e ambaradam meccanici vari sono alloggiati in una piattaforma integrata; inoltre i motori possono anche essere alloggiati direttamente sulle quattro ruote, eliminando pure lo sterzo! Destinati a mutare anche i modelli di business e le competenze delle case automobilistiche che si basano in gran parte nella progettazione/produzione di motori a scoppio. L'auto a fuel cell potrebbe essere una trasformazione epocale, ma la sfida, anche in termini di guidabilità e prestazioni, è tutta da affrontare. La scommessa pare essere l'auto elettrica alimentata con batterie Li.Ion, quelle dei telefonini e dei computer portatili, però mi sembra solo battage pubblicitario, staremo a vedere.

Insomma di chiacchiere ce ne sono tante, di fatti, allo stato attuale, molto poco.

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