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Automobili a Idrogeno

Attualmente non hanno senso le macchine a Idrogeno. Ci sono dei motivi tecnici a supporto di questo, motivi elementari che si possono capire facilmente anche chi non è addentro alle conoscenze dei processi che portano alla "creazione" dell'Idrogeno.

La prima domanda che i media sottacciono riguarda al modo per creare l'Idrogeno. Non viene detto il fatto che per scindere l'acqua (H2O) in Idrogeno più Ossigeno ci voglia energia, il metodo alternativo è il reforming che usa gli idrocarburi (petrolio) oppure il carbone per "creare" l'Idrogeno.

Quindi l'idrogeno è una energia virtuale che ha dietro di se delle fonti energetiche reali come il petrolio, il carbone oppure l'elettricità ricavata da fonti pulite oppure inquinanti. Un paragone si può fare con la cartamoneta che è virtuale e che non si mangia ma che permette di comperare il cibo.

Per produrre l'Idrogeno si può scindere l'acqua usando due tipi di energia, una e di tipo rinnovabile (eolico, solare, idraulico) e l'altro tipo è non rinnovabile ovvero inquinante sotto forma di emissioni di gas serra o di scarti radioattivi.

In entrambi i casi produrre Idrogeno costa, si butta via una fetta sostanziosa di energia come succede in tutte le conversioni. Il fatto grave è che in questi casi si passa, come stadio intermedio, per l'energia elettrica prima di scindere l'acqua. Come sappiamo l'energia elettrica è una energia "nobile" e potrebbe essere immessa nella rete elettrica invece di sprecarne una parte per produrre Idrogeno.

Si può fare un semplice paragone. Immaginiamo la nostra donna Italia che usi per coprirsi una copertona derivata dal petrolio cucita a una copertina di lana ecologica. Una piccola coperta di lana rappresenta attualmente l'energia elettrica verde prodotta in Italia che viene usata quasi senza sprechi per fare muovere metropolitane elettriche, motori industriali elettrici, ecc, ecc. Se si usasse questa energia elettrica rinnovabile per produrre Idrogeno la coperta di lana si restringerebbe per via degli sprechi nel produrre Idrogeno.

Questo comporta che la donna si trova in parte scoperta perché la coperta verde si è ristretta, perciò comprerà ancora più petrolio di prima in modo da avere una coperta derivata dal petrolio più grande che insieme alla coperta ristretta di lana la possa coprire.

Si possono fare dei conteggi di quanto petrolio in più occorre bruciare per fare andare un po' di automobili a Idrogeno. Se non si amano i calcoli si può passare oltre.

Suppongo che l'8% della nostra energia elettrica annuale (320Twh) sia di tipo verde, fanno 26Twh. Se venisse trasformata tutta in idrogeno mediante elettrolisi (efficienza del 75%) si avrebbe 20Twh di energia-Idrogeno.

Un'auto a idrogeno con pile a combustibile abbinate a un motore elettrico ha efficienza attuale di 40%*90%=36% (è un dato ottimistico). Esistono fuel cell più performanti ma attualmente hanno degli inconvenienti per l'uso su automobili.

Un'auto a benzina ha efficienza pari al 18%, la metà di un'equivalente auto a idrogeno, quindi queste auto permettono di risparmiare 40Twh di energia-benzina sostituendo le auto a benzina.

L'8% della energia elettrica verde è stata usata per fabbricare Idrogeno, quindi occorre rimpiazzarla con l'energia prodotta dal petrolio in una centrale termoelettrica dal rendimento del 30%. Questo comporta l'uso di 85Twh di energia-petrolio per la nostra nuova centrale (26Twh/30%).

Facciamo adesso il totale tra il risparmio dovuto alla sostituzione della benzina con l'idrogeno e i consumi dovuti alla nuova centrale.

Abbiamo risparmiato 40Twh di energia-benzina e abbiamo impiantato una centrale termoelettrica che consuma 85Twh di energia-petrolio, in totale fa un aumento di consumo di petrolio pari a 45Twh che grosso modo sono 4.5 miliardi di litri di petrolio da importare in più e da bruciare. Questi dati sono tutti annuali.

La vendita di gasolio più quella di benzina è di circa 390Twh/anno e il parco auto è di 34 milioni, quindi ogni auto scarica a terra 2Mwh/anno considerata come efficienza il 18% (390Twh/34milioni*18%).

I 20Twh di energia-idrogeno sono 7.2Twh scaricati a terra da tutte le nostre automobili ad Idrogeno che hanno efficienza del 36% (20Twh*36%), quindi sono 3.6 milioni di veicoli a Idrogeno (7.2Twh/2Mwh).

Verranno sostituite 3.6 milioni di veicoli a benzina con 3.6 milioni di veicoli a Idrogeno.


Riassumendo in modo semplice i risultati dei calcoli fatti diciamo che abbiamo usato tutta l'energia elettrica verde italiana (8%) per produrre Idrogeno, abbiamo messo su strada 3.6 milioni di veicoli a Idrogeno e tolti dalla strada altrettati veicoli a benzina, abbiamo risparmiato 4 miliardi di litri di benzina all'anno.

L'energia elettrica verde italiana che è stata usata per produrre Idrogeno è stato necessario rimpiazzarla con una centrale termoelettrica a petrolio che necessita di 8.5 miliardi di litri di petrolio all'anno.

Facendo il computo totale risulta che tra il risparmio di benzina e il nuovo consumo della centrale termoelettrica, dobbiamo importare dall'Arabia Saudita 4.5 miliardi di litri in più all'anno rispetto al solito di greggio.

Risulta evidente che l'introduzione dell'Idrogeno in Italia comporta la risoluzione del problema inquinamento delle città ma contemporaneamente un maggiore inquinamento dovuto a più petrolio comprato e bruciato.

Il nostro ambiente ha invece una immediata necessità di disintossicarsi dall'anidride carbonica che è troppa e sta cambiando le temperature del pianeta con i ghiacciai che spariscono in tutta Italia e in tutto il mondo, questo è un marketing della macchina ecologica che non è ecologica perché inquina anche se dai tubi di scappamento esce acqua.

La logica che sta sotto all'Idrogeno è quindi la solita ovvero fare girare l'economia, per l'ambiente c'è tempo e si rimanda alla prossima generazione. Nessuno sa quali livelli di CO2 sono sopportabili per non avere conseguenze gravi sulla nostra Italia, potremmo averli già raggiunti oppure potrebbero essere lontani, certo che le nostre economie che "girano" non saranno arrestabili molto velocemente soprattutto per questione di mentalità dei politici e di noi tutti.

Una soluzione per l'Idrogeno è quello di rimandarlo nel futuro, impiantare nel frattempo centrali eoliche in tutta italia, arrivare a produrre il 30% dell'energia elettrica tramite il vento e a questo punto iniziare ad accumulare l'energia eolica tramite l'Idrogeno o altri sistemi (batterie di nuova generazione) da usare per le automobili del futuro.

In Germania stanno facendo esattamente così, prevedono di arrivare al 30% del loro fabbisogno elettrico con l'eolico nel 2030. Un mio recente articolo dettaglia la questione eolica.

In lettore mi ha fatto presente che l'idrogeno è indispensabile come accumulatore di energia, su questo convengo ma se la questione è accumulare energia da risorse rinnovabili allora i sistemi sono molti a iniziale dal pompaggio di acqua in bacini altolocati, praticamente l'inverso di quello che fanno le centrali idroelettriche. Da miei vecchi ricordi dovrebbe essere che il 20% dell'energia elettrica può provenire da fonti intermittenti quali eolico, solare ecc. Quando si supererà questa soglia di energia pulita allora si porrà la questione di immagazzinare l'energia del sole o del vento per brevi lassi di tempo. Intanto è meglio non inquinare ulteriormente la nostra aria.

Esistono invece proposte migliori sotto l'aspetto della riduzione dell'inquinamento, esistono macchine come quella della Toyota (Prius) che hanno efficienze elevatissime e funzionano a benzina, il costo è sui 25.ooo€ e consumano circa 1 litro per fare più di 17 Km in ciclo urbano o extraurbano (caratteristiche di Quattroruote). Il principio di funzionamento è abbastanza semplice e si basa su una alimentazione ibrida elettrica e benzina ma in sostanza l'alimentazione esterna è solo a benzina. Hanno un inquinamento ambientale molto ridotto per via del particolare motore a benzina adottato (a combustione magra) che funziona a un regime di giri ottimale con il solo scopo di ricaricare costantemente le batterie, è pronta per il prossimo standard d'inquinamento stabilito a livello europeo.

Questo mio articolo è scritto come prosecuzione della questione sollevata da Angelo Baracca, Franco Marenco, Emilio Martines, Andrea Martocchia, Luca Nencini, Maria Luigia Paciello, Libero Vitiello, aderenti al Comitato «Scienziate e scienziati contro la guerra». Nella loro Lettera aperta "L'idrogeno, «rivoluzione» sulla carta" pubblicata su un quotidiano nazionale, criticano le fondamenta del discorso portato avanti da gran parte dei mass media e iniziato da Jeremy Rifkin.

Gli scenziati nella lettera affermano:
I firmatari della presente - ricercatori e persone a vario titolo impegnate in ambiente accademico e scientifico - desiderano esprimere la loro forte preoccupazione e un netto dissenso rispetto alla campagna mediatica che viene sostenuta per propagandare «l'idrogeno come combustibile pulito», addirittura alla base di una pretesa «rivoluzione ecologica». Questa campagna è stata avviata dal noto economista Jeremy Rifkin (Economia all'idrogeno, Mondadori 2002), presidente della Foundation on Economic Trends di Washington, e continua ad essere alimentata, nonostante incongruenze piuttosto evidenti negli assunti di fondo.
Ho notato che mi scrivono molti estimatori personali di Jeremy Rifkin che definiscono questo mio scritto come "disinformazione", replico che il Rifkin non l'ho letto ma ho il preconcetto che un economista ne capisca poco di processi fisici dell'idrogeno, sono molto più propenso a credere a un pool di ricercatori che a un economista che mira a fare "girare" l'economia per formazione e per scelta.


Ansfan, Andrea Fanelli, si è occupato della questione rendimenti in modo molto più accurato di quanto abbia fatto io, riporto quindi i dati che mi ha fornito e linko doverosamente il suo articolo sul sito della ASPOitalia che tratta dei vari tipi di veicoli alimentati a benzina, elettrici o a Idrogeno.

Da uno sguardo aprossimativo dei suoi dati mi sembra che le automobili ad Idrogeno abbiano un rendimento maggiore del 36% da me supposto (Ansfan calcola 50%*85%), inoltre la centrale termoelettrica ha maggiore efficienza (40%) della mia supposizione (30%). Gli altri dati sono poco differenti da quelle usati nel mio articolo. Si potrebbero rifare i calcoli ma mancano molti passaggi intermedi da me trascurati come ad esempio in che forma l'Idrogeno si usa nell'auto e quindi tutti i rendimenti della tecnologia scelta.

Lista dei rendimenti Minimi / Ragionevoli / Massimi per le varie trasformazioni di energia (Dati forniti da Ansfan).

Operazione Da Energia A Energia Mezzo Minimo Ragionevole Massimo Note
Trasformazione Chimica Elettrica Centrale Termoelettrica 30.00% 40.00% 50.00% Attenzione al rendimento "entalpico" delle cogenerazioni, non va usato
Trasporto Elettrica Elettrica Elettrodotto 80.00% 95.00% 98.00% Vedere GRTN
Accumulo Elettrica Elettrica Accumulatore elettrico 80.00% 85.00% 90.00%
Trasformazione Elettrica Meccanica Convertitore/Motore elettrico 80.00% 85.00% 90.00%
Trasformazione Chimica (H2) Elettrica Cella a combustione 40.00% 50.00% 60.00%
Trasformazione Elettrica Chimica Elettrolisi 70.00% 70.00% 70.00%
Trasformazione
Chimica Meccanica Motore endotermico ciclo Otto 10.00% 20.00% 35.00%


Il Prof Ugo Bardi che si occupa di elettrochimica all'università di Firenze ha recentemente postato su una mailing list un suo commento relativo all'articolo «Hydrogen or electricity? A nuclear fork in the road»:
Vi segnalo questo interessantissimo articolo che arriva ad alcune conclusioni alle quali ero arrivato anch'io, ovvero che l'"economia elettrica" è un opzione parecchio migliore, meno cara e piu' efficiente, di quella all'idrogeno...Qui si parla essenzialmente di arrivarci mediante il nucleare, ma l'elettricità non si "ricorda" che cosa l'ha creata, quindi si potrebbe benissimo arrivarci anche per via rinnovabile.
Nell'articolo si dice:

L'ecologicità delle automobili a Idrogeno dipende dai metodi di produzione del gas. Queste auto che emettono solo acqua e che usano Idrogeno derivante dall'elettricità prodotta col carbone, sono attualmente molte volte più inquinanti delle auto a benzina.
Similarly, the truth about its supposed cleanliness depends upon its production heritage. A hydrogen auto using hydrogen derived from coal-fired electricity is actually several times more polluting than a gasoline-powered auto.

• che l'idrogeno, in condizioni fisiche "ambientali" ha una bassissima "densità di energia" (un sacco di volume per unità di energia).
• che è difficile da mettere e da far rimanere nelle bombole.
• che penetra nella struttura dei materiali (infragilendoli).
• che l'energia necessaria per comprimerlo/liquefarlo consuma dal 10% al 30% dell'energia che contiene.
• che il costo della distribuzione di idrogeno compresso/liquido è più alto di 15 volte rispetto al trasporto di un liquido (gasolio, benzina, metanolo ecc).
Among hydrogen’s deficits are that it is a low-energy-density gas (at standard conditions) with significant handling and containment problems. It is the smallest and leakiest of gas molecules (i.e., four times smaller and leakier than methane). It embrittles both metals and plastics. Its low normal energy density requires that it be compressed or liquefied to force it into a state of having a reasonable effective energy density for a fuel. The act of compressing or liquefying it consumes ten to thirty percent of its energy value. Simply transporting the compressed or liquefied hydrogen from points of production to fueling stations is estimated to cost fifteen times more than room-temperature liquid distribution simply due to physical volume issues associated with reinforced, high-pressure-gas tanks or insulated, liquefied-gas tanks.

Il limite è nel sistema di manipolazione dell'idrogeno e nelle celle a combustibile.
Much of the competitiveness gap lies with the core hydrogen technologies, the storage system and the fuel cells.

L'autore valuta con rendimento del 25% il passaggio da Energia elettrica della centrale elettrica all'energia elettrica prodotta dalle celle a combustibile, tenendo conto anche delle perdite per compressione/liquefazione, trasporto, perdite per tenute, ecc.
And, of course, hydrogen use ends with electricity coming out of a fuel cell. So, hydrogen use is really a loop that starts and ends with electricity. Unfortunately, the efficiency of that electricity to hydrogen to electricity loop is only twenty-five percent.

La catena totale è: [Energia elettrica (1)] > Elettrolisi > [Idrogeno Gasoso] > Compressione/Liquefazione > [Idrogeno Compresso/Liquido] > Trasporto/Accumulo/Distribuzione > [Idrogeno sul Veicolo] > Cella a combustibile > [Energia elettrica (2)] > Motore elettrico e Regolatore > [Energia meccanica per Movimento/Trasporto].