I veicoli del futuro: elettrici o a celle a combustibile?

auto elettriche

le auto elettriche potrebbero sostituire in futuro le auto con motore a combustione interna convenzionali. Nella foto la Tesla Motors model S. Credit: Shal Farley/Flickr, CC BY-SA.

I veicoli alimentati da batterie elettriche e quelli alimentati da celle a combustibile che utilizzano l’idrogeno hanno entrambi fatto notevoli passi avanti, una di queste due tecnologie potrebbe rappresentare il futuro “verde” dell’industria automobilistica.

Entrambe le suddette tecnologie offrono un’alternativa pulita ai motori a combustione interna ed entrambe utilizzano motori elettrici alimentati da dispositivi elettrochimici. Qual è però la differenza tra le due tecnologie? I veicoli elettrici utilizzano l’energia immagazzinata in una batteria mentre i veicoli a celle a combustibile utilizzano il combustibile immagazzinato per ottenere l’energia necessaria al loro funzionamento. Le due tecnologie stanno incontrando ostacoli a una diffusione massiva ma secondo gli esperti entrambe sono promettenti. “Entrambe le tecnologie sono simili e complementari e non sono in contrasto tra loro” ha dichiarato Lawrence Drzal, ingegnere chimico e ricercatore presso la Michigan State University, East Lansing.

Veicoli elettrici

Mentre i veicoli convenzionali bruciano il carburante all’interno di un motore a combustione interna, i veicoli elettrici utilizzano l’energia proveniente dalle batterie per alimentare uno o più motori elettrici. Le auto elettriche hanno visto incrementare la loro popolarità negli ultimi anni, tuttavia venivano già realizzate tra la fine del 1800 e l’inizio del 1900, come spiegato da Huei Peng ingegnere meccanico e professore all’Università del Michigan che si occupa della progettazione di veicoli a basso impatto ambientale incluse le auto elettriche. Fino ai primi anni del ‘900 le auto elettriche godettero di grande popolarità fino a quando non vennero soppiantate dalla produzione massiva dei veicoli dotati di motore a combustione interna.

“Infatti, dopo un paio di decenni di testa a testa, il motore a combustione interna vinse la sfida principalmente a causa della bassa durata delle batterie” ha scritto Peng. L’interesse per i veicoli elettrici si è riacceso durante la fase della crisi petrolifera degli anni ’70 e degli anni ’80 del secolo scorso tuttavia, non si è mai arrivati alla produzione di massa. Recentemente i veicoli elettrici si sono riaffacciati sulla scena del mercato dell’auto con l’introduzione di auto elettriche come la Roadster, il modello S e il modello X di Tesla Motors e il modello Leaf di Nissan solo per citare alcuni esempi.

Molte delle auto elettriche odierne montano batterie ricaricabili agli ioni di litio simili a quelle che si possono trovare in molti computer portatili.

Tali batterie stanno ormai sostituendo le batterie al piombo utilizzate nei modelli più vecchi di auto elettriche.

Veicoli a celle a combustibile

I veicoli a celle a combustibile sono anch’essi spinti da un motore elettrico, ma al posto di utilizzare l’energia elettrica immagazzinata in una batteria producono l’elettricità mediante una cella a combustibile: l’energia viene prodotta tramite una reazione chimica tra l’ossigeno contenuto nell’aria e l’idrogeno stoccato a bordo della cella. “Le batterie e le celle a combustibile sono molto simili tra loro” scrive Shawn Litster, ingegnere meccanico presso la Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA che progetta le celle a combustibile. Le celle a combustibile utilizzano un catalizzatore per combinare due reagenti che generano un flusso di elettroni (elettricità). Diversi combustibili possono essere utilizzati per le celle ma il più comune è l’idrogeno.

I prodotti risultanti dalla reazione chimica tra l’idrogeno e l’ossigeno sono il calore e l’acqua rendendo perciò i veicoli alimentati a idrogeno a zero emissioni (come anche i veicoli alimentati a batterie elettriche). “Probabilmente il primo utilizzo delle celle a combustibile a fini a commerciali è stato per le navette spaziali” ha dichiarato Drzal, che lavora all’implementazione di nuovi materiali per realizzare veicoli più leggeri ed efficienti dal punto di vista dei consumi del combustibile. Mentre la NASA è in grado di poter pagare quasi qualsiasi prezzo per realizzare le celle, in caso di veicoli destinati a un mercato il più ampio possibile “abbiamo bisogno non solo di efficienza ma anche di costi contenuti” scrive Drzal.

Sono già disponibili sul mercato di massa due veicoli a celle a combustibile: la Hyundai Tucson (ix35 FCEV) e la Toyota Mirai. Nel 2016 dovrebbe essere disponibile per il mercato anche la Honda FCV. Per quanto riguarda invece la rete di distribuzione esistono situazioni differenti tra gli Stati Uniti e l’Europa. Attualmente, secondo il dipartimento dell’energia americano, esistono 12 stazioni operative di rifornimento a idrogeno (dieci in California, una in Connecticut e una nella Carolina del sud). In Europa invece le stazioni operative sono concentrate in una fascia ristretta che va dalla Spagna fino alla Repubblica Ceca. Le stazioni operative in Europa ad inizio 2015 sono complessivamente 75 ma molte altre stazioni sono in fase di costruzione: 4 Spagna, 6 Francia, 3 Svizzera, 4 Italia, 13 UK, 2 Belgio, 3 Paesi Bassi, 22 Germania, 1 Slovenia, 2 Austria, 1 Repubblica Ceca, 5 Danimarca, 1 Svezia, 6 Norvegia, 2 Finlandia. In Giappone sono operative 24 stazioni ma il governo punta ad arrivare ad avere 100 stazioni operative entro la fine del 2016.

Batterie o celle a combustibile?

I veicoli elettrici possono rappresentare l’alternativa ai veicoli con motore a combustione interna poiché non vengono utilizzati in maniera diretta combustibili di origine fossile. Inoltre tali veicoli producono una coppia meccanica istantanea e un’accelerazione più fluida rispetto alle automobili convenzionali. Tuttavia, i veicoli elettrici non sono necessariamente ecologici in quanto tali. Infatti se l’elettricità utilizzata per effettuare la carica di una batteria è stata “prodotta” da una centrale elettrica a carbone essa avrà un impatto ambientale nettamente superiore rispetto a quello causato dal peggiore dei motori a combustione interna. Lo stesso approccio vale anche per le celle a combustibile, scrive il dott. Peng. I veicoli elettrici inoltre sono limitati dal numero di Km che sono in grado di percorrere con una singola carica della batteria: sulle brevi distanze nessun problema, mentre sulle lunghe distanze occorre attendere i tempi di ricarica, tutt’altro che brevi.

Per allungare i Km percorribili viene portata a bordo del veicolo elettrico una batteria di scorta così da poterla sostituire all’occorrenza con quella scarica. Questa è una delle soluzioni possibili ed è ad es. la modalità scelta da Tesla Motors. La tecnologia delle batterie è migliorata molto anche se restano ancora alcuni fattori critici tra cui: il peso e il costo ancora elevati (negli ultimi 10 anni i prezzi sono calati significativamente nonostante la crisi economica mondiale), la durata della carica non ancora sufficiente per gli spostamenti che vanno oltre la fascia urbana.

I veicoli a celle a combustibile non hanno lo stesso tipo di limitazioni poiché utilizzano l’idrogeno stoccato all’interno della cella. Gli svantaggi principali sono dovuti alla mancanza di un numero sufficiente di stazioni di servizio per erogare l’idrogeno e al costo elevato dei catalizzatori. L’elemento chimico utilizzato più comunemente per realizzare i catalizzatori delle celle a combustibile è il platino, un metallo molto costoso – ha dichiarato il dott. Litster. Il suo gruppo di ricerca sta lavorando al miglioramento dell’efficienza del platino mentre un altro gruppo sta sviluppando dei catalizzatori attraverso l’impiego di materiali molto più economici del platino. Entrambe le tecnologie fin qui analizzate stanno avanzando rapidamente e sarà interessante vederne le evoluzioni nei prossimi 5 anni.

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I veicoli del futuro: elettrici o a celle a combustibile? ultima modifica: 2015-02-04T12:34:58+00:00 da Richard
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Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)