Auto a idrogeno: ecco come funzionano

LEGGERO E PULITO - L’idrogeno è l’elemento più semplice (un suo atomo comprende solo un protone e un elettrone), leggero e diffuso dell’Universo. Le automobili a idrogeno, come la Toyota Mirai, immagazzinano il gas in bombole ad alta pressione e lo immettono poi in una pila a combustibile (fuel cell). È questo il cuore delle auto a idrogeno perché in essa avviene una reazione elettrochimica che genera elettricità e, allo “scarico”, della semplice acqua. Le automobili a idrogeno sono a tutti gli effetti veicoli elettrici perché l’elettricità così prodotta aziona un motore elettrico collegato alle ruote. Esse hanno anche una batteria ad alta tensione che immagazzina l’energia prodotta dal motore in frenata, come fanno le ibride e le elettriche convenzionali.

UNA PILA A MEMBRANA - La fuel cell usa l’idrogeno, che ovviamente non può azionare direttamente il motore elettrico, per produrre elettricità. Si tratta del componente più sofisticato di un FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) e funziona ionizzando il combustibile. In pratica al suo interno si strappano gli elettroni agli atomi d’idrogeno per farli circolare nel carico (in questo caso il motore); finito il “giro” essi si ricongiungono con il nucleo. Questi elettroni che circolano sono il flusso di energia generato nella pila a combustibile, quello che viene usato per azionare il motore e muovere l’automobile.

Nelle fuel cell troviamo elettrodi con platino (anche in questo caso agisce da catalizzatore) con in mezzo una membrana nella quale avviene la separazione degli elettroni dai nuclei. La “riunione” degli elettroni con i nuclei (sono semplici protoni) avviene in presenza di ossigeno e dà come prodotto acqua. Nella figura qui sopra, si vedono le molecole di idrogeno (viola) che attraversano la membrana nera ionizzante. Gli elettroni attraversano la lampadina e si ricongiungono con i nuclei in presenza di ossigeno (verde) formando molecole d’acqua, in azzurro. Questa reazione genera calore e, dato che la pila a combustibile non può funzionare a temperature troppo alte, è presente anche un sistema di raffreddamento. Il calore asportato può essere poi usato per riscaldare l’abitacolo. 

I SERBATOI - Un altro componente essenziale dell’auto a idrogeno sono le bombole (nella foto qui sopra colorate in giallo), l’equivalente del serbatoio del carburante. Attualmente la maniera più semplice per immagazzinare l’idrogeno sono le bombole, notevolmente più sofisticate di quelle del Gpl. L’idrogeno, per rimanere liquido, ha infatti bisogno di temperature così basse (-253 C°) da risultare impraticabili. Per stivarne abbastanza si usano quindi pressioni altissime - circa 700 bar - che impongono l’uso di bombole speciale fatte di materiali compositi.

PARENTE DELLE ELETTRICHE (E DELLE IBRIDE) - Gli altri componenti sono molto simili a quelli delle elettriche a batteria: i motori sono infatti paragonabili così come gli inverter che li controllano. Stesso discorso per la batteria, che serve sia per recuperare energia in frenata sia per dare un boost nel caso sia necessaria più potenza. La sua capacità - pochi kWh - è paragonabile a quella delle ibride full perché la sorgente di energia principale è la pila a combustibile. 

PREGI E DIFETTI - Uno dei vantaggi principali delle auto a idrogeno è l’autonomia elevata e la velocità della ricarica. Sull’altro piatto della bilancia troviamo il rendimento minore rispetto a quello delle elettriche a batteria e la presenza di ingombranti e costose bombole ad alta pressione.