Le auto a idrogeno non supereranno i veicoli elettrici perché sono ostacolati dalle leggi della scienza

L’idrogeno è stato a lungo pubblicizzato come il futuro delle autovetture. Il veicolo elettrico a celle a combustibile a idrogeno (FCEV), che funziona semplicemente con idrogeno pressurizzato da una stazione di rifornimento, produce zero emissioni di carbonio dai suoi scarichi. Può essere riempito con la stessa rapidità di un equivalente di combustibili fossili e offre una distanza di guida simile alla benzina. Ha un certo supporto di pesi massimi, con Toyota, ad esempio, che lancerà la Mirai di seconda generazione più avanti nel 2020.

La Canadian Hydrogen and Fuel Cell Association ha recentemente prodotto un rapporto che esalta i veicoli a idrogeno. Tra l’altro, ha affermato che l’impronta di carbonio è un ordine di grandezza migliore dei veicoli elettrici: 2,7 g di anidride carbonica per chilometro rispetto a 20,9 g.

Tuttavia, penso che le celle a combustibile a idrogeno siano un concetto imperfetto. Penso che l’idrogeno svolgerà un ruolo significativo nel raggiungimento di emissioni nette di carbonio zero sostituendo il gas naturale nel riscaldamento industriale e domestico. Ma faccio fatica a vedere come l’idrogeno possa competere con i veicoli elettrici, e questo punto di vista è stato rafforzato da due recenti dichiarazioni

Un rapporto di BloombergNEF concludeva: “La maggior parte del mercato di auto, autobus e autocarri leggeri sembra destinata ad adottare [battery electric technology], che sono una soluzione più economica delle pile a combustibile.”

Volkswagen, nel frattempo, ha rilasciato una dichiarazione confrontando l’efficienza energetica delle tecnologie. “La conclusione è chiara”, ha detto l’azienda. “Nel caso dell’autovettura, tutto parla a favore della batteria e praticamente nulla parla a favore dell’idrogeno”.

Il problema dell’efficienza dell’idrogeno

Il motivo per cui l’idrogeno è inefficiente è perché l’energia deve passare dal filo al gas al filo per alimentare un’auto. Questa è talvolta chiamata transizione del vettore energetico.

Prendiamo 100 watt di elettricità prodotta da una fonte rinnovabile come una turbina eolica. Per alimentare un FCEV, quell’energia deve essere convertita in idrogeno, possibilmente facendola passare attraverso l’acqua (il processo di elettrolisi). Questo è circa il 75% di efficienza energetica, quindi circa un quarto dell’elettricità viene perso automaticamente.

L’idrogeno prodotto deve essere compresso, refrigerato e trasportato alla stazione di idrogeno, un processo che ha un’efficienza di circa il 90%. Una volta all’interno del veicolo, l’idrogeno deve essere convertito in elettricità, con un’efficienza del 60%. Infine, l’elettricità utilizzata nel motore per spostare il veicolo è efficiente di circa il 95%. Messo insieme, solo il 38% dell’elettricità originale? Vengono utilizzati 8 watt su 100.

Con i veicoli elettrici, l’energia scorre su cavi dalla sorgente all’auto. Gli stessi 100 watt di potenza della stessa turbina perdono circa il 5% di efficienza in questo viaggio attraverso la rete (nel caso dell’idrogeno, presumo che la conversione avvenga in loco presso il parco eolico).

Perdi un ulteriore 10% di energia caricando e scaricando la batteria agli ioni di litio, più un altro 5% dall’utilizzo dell’elettricità per far muovere il veicolo. Quindi sei sceso a 80 watt, come mostrato nella figura a fianco.

In altre parole, la cella a combustibile a idrogeno richiede il doppio della quantità di energia. Per citare BMW: “L’efficienza complessiva nella catena portacavi dalla potenza al veicolo è quindi solo la metà del livello [an electric vehicle].”

Scambia negozi

Ci sono circa 5 milioni di veicoli elettrici sulle strade e le vendite sono in forte aumento. Questo è nella migliore delle ipotesi solo lo 0,5% circa del totale globale, sebbene ancora in una lega diversa dall’idrogeno, che aveva raggiunto circa 7.500 vendite di auto in tutto il mondo entro la fine del 2019.

L’idrogeno ha ancora pochissime stazioni di rifornimento e costruirle difficilmente sarà una priorità durante la pandemia di coronavirus, ma gli appassionati a lungo termine sottolineano diversi vantaggi rispetto ai veicoli elettrici: i conducenti possono fare rifornimento molto più rapidamente e guidare molto più lontano per “serbatoio” . Come me, molte persone rimangono riluttanti ad acquistare un’auto elettrica per questi motivi.

La Cina, con oltre un milione di vendite di veicoli elettrici all’anno, sta dimostrando come affrontare questi problemi. L’infrastruttura è in fase di costruzione affinché i proprietari possano entrare nei piazzali e sostituire rapidamente le batterie. NIO, la casa automobilistica con sede a Shanghai, rivendica un tempo di scambio di tre minuti in queste stazioni.

La Cina sta progettando di costruirne un gran numero. BJEV, la sussidiaria per auto elettriche del produttore di motori BAIC, sta investendo 3 miliardi di sterline (1,2 miliardi di 拢) per costruire 3.000 stazioni di ricarica per batterie in tutto il paese nei prossimi due anni.

Non solo questa è una risposta all'”ansia da autonomia” dei potenziali proprietari di auto elettriche, ma affronta anche il loro costo elevato. Le batterie rappresentano circa il 25% del prezzo medio di vendita dei veicoli elettrici, che è ancora in qualche modo superiore a quelli a benzina o diesel equivalenti.

Utilizzando il concetto di scambio, la batteria potrebbe essere noleggiata, con una parte del costo di scambio che è una tariffa per il noleggio. Ciò ridurrebbe il costo di acquisto e incentiverebbe l’adozione da parte del pubblico. Le batterie di scambio potrebbero anche essere caricate utilizzando l’elettricità rinnovabile in eccesso, un enorme vantaggio ambientale.

Certo, questo concetto richiederebbe un grado di standardizzazione nella tecnologia delle batterie che potrebbe non essere di gradimento per le case automobilistiche europee. Il fatto che la tecnologia delle batterie potrebbe presto consentire di alimentare le auto per un milione di miglia potrebbe rendere il modello di business più attraente.

Potrebbe non essere utilizzabile con veicoli più pesanti come furgoni o camion, poiché necessitano di batterie molto grandi. Qui, l’idrogeno potrebbe davvero avere la meglio, come previsto da BloombergNEF nel suo recente rapporto.

Infine una parola sulle affermazioni sulle emissioni di carbonio da quel rapporto della Canadian Hydrogen and Fuel Cell Association di cui ho parlato prima. Ho controllato la fonte delle statistiche, che hanno rivelato che stavano confrontando l’idrogeno prodotto da elettricità puramente rinnovabile con veicoli elettrici alimentati da elettricità da combustibili fossili.

Se entrambi fossero caricati utilizzando elettricità rinnovabile, l’impronta di carbonio sarebbe simile. Il rapporto originale è stato finanziato dal consorzio industriale H2 Mobility, quindi è un buon esempio della necessità di prestare attenzione alle informazioni in questo settore.