Sul futuro dell’auto e dell’inquinamento l’Europa ha fatto un gran pasticcio
Opel ha iniziato la commercializzazione in Germania e Francia del Vivaro-e a idrogeno, un furgone leggero elettrico con alimentazione a fuel cell che ha già incontrato il favore di grossi clienti come Miele. Opel ci racconta come funziona e perché sta investendo in questa tecnologia.
Nel processo di decarbonizzazione della mobilità non c’è spazio solo per i veicoli elettrici a batteria. Da ormai due decenni si sente parlare di idrogeno e fuel cell, ma c’è chi questa visione è riuscita effettivamente a portarla sul mercato. È il caso di Opel, che ha iniziato la commercializzazione del furgone leggero Vivaro-e HYDROGEN con propulsione a celle di combustibile, tecnologia su cui Opel ha appunto un’esperienza ventennale, ora patrimonio del gruppo Stellantis e che in futuro potrebbe giocare un ruolo determinante nell’elettrificazione della sua gamma.
Il furgone Vivaro-e HYDROGEN, la cui produzione è già iniziata per le flotte di grossi clienti come Miele in Germania nello stabilimento di Rüsselsheim, è la testimonianza che un altro tipo di mobilità elettrica a zero emissioni è possibile. Germania e Francia sono i primi due paesi a cui si rivolge Opel per questo tipo di tecnologia e il motivo è presto detto: si tratta dei due paesi europei che più stanno investendo sull’idrogeno per la decarbonizzazione della mobilità, entrambi con investimenti dell’ordine dei 9 miliardi di euro entro il 2030 per lo sviluppo di infrastrutture legate all’idrogeno.
La Germania è inoltre già avanti rispetto ad altri paesi europei sul fronte della rete di distribuzione dell’idrogeno, contando già un centinaio di stazioni di rifornimento sul proprio territorio (per contro, in Italia si conta una sola stazione nei pressi di Bolzano).
L’approccio Opel per i veicoli leggeri: una sorta di ibrido plug-in a idrogeno
Il concetto di alimentazione a fuel cell non è nuovo. Un veicolo a pila di combustibile è dotato di un motore elettrico alimentato da un’unità fuel cell che produce elettricità tramite una reazione elettro-chimica in cui l’idrogeno proveniente dal serbatoio viene scisso in protoni ed elettroni attraverso un catalizzatore in platino. Gli elettroni fluiscono in un circuito fornendo l’energia elettrica, mentre i protoni passano attraverso le membrane che costituiscono la pila per poi ricombinarsi con elettroni e l’ossigeno presente nell’aria, producendo come scarto vapore acqueo. La corrente elettrica prodotta nel processo può alimentare direttamente il motore elettrico o essere immagazzinata in una batteria agli ioni di litio. L’idrogeno non viene quindi “bruciato”, in quanto non c’è una combustione. Se l’idrogeno è prodotto tramite fonti rinnovabili, il processo è interamente a zero emissioni.
Nella progettazione di un sistema di propulsione a fuel cell ci sono dunque diverse variabili da considerare, come la potenza del motore elettrico, della pila a combustibile e della batteria: si può usare una pila a combustibile di potenza comparabile a quella del motore, di modo che tutta l’elettricità venga fornita dall’idrogeno, mentre all’estremo opposto, una pila a combustibile di pochi kW viene utilizzata come semplice range extender in un veicolo elettrico alimentato principalmente a batteria. Per Vivaro-e HYDROGEN, Opel ha scelto una soluzione intermedia.
Per ottimizzare costi, autonomia e prestazioni, il furgone di Opel monta un motore elettrico da 100 kW in combinazione con una pila a combustibile da 45 kW alimentata da bombole a 700 bar di pressione, per una capacità massima di 4,4 kg di idrogeno. Il resto della potenza è fornita da una batteria agli ioni di litio con una potenza di 90 kW e capacità di 10,5 kWh, ricaricabile tramite una wallbox o colonnina fino a 11 kW. Si tratta a tutti gli effetti di un ibrido plug-in, in cui il motore termico è sostituito dal sistema fuel cell. L’alimentazione al motore elettrico è fornita sia dalla pila a combustibile che dalla batteria, tramite una centralina che ripartisce il carico in base alle condizioni di guida. L’autonomia secondo il ciclo WLTP del Vivaro-e HYDROGEN è di 400 km, 350 km con solo idrogeno, più 50 km a batteria. Il vantaggio primario di questa soluzione è che ai benefici della propulsione elettrica, si aggiunge la rapidità di rifornimento, comparabile a quella di un veicolo a GPL, circa 3 minuti per fare un pieno di idrogeno. Opel Vivaro-e HYDROGEN ha una capacità di carico di 1 tonnellata.
Un sistema comunque complesso
Il sistema di propulsione è inevitabilmente più complesso di quello di un veicolo semplicemente a batteria. La pila a combustibile si porta infatti dietro tutta una serie di componenti necessari a garantirne il corretto funzionamento e la massima efficienza che si attesta intorno al 50%.
La pila deve essere mantenuta a 80 gradi centigradi affinché la reazione elettro-chimica avvenga in modo ottimale. L’idrogeno stoccato nelle bombole a 700 bar, viene prima portato a 12 bar e infine a 1 bar all’ingresso della pila. L’aria, che contiene invece l’ossigeno, deve essere prima umidificata: le celle della pila sono infatti costituite da membrare porose che devono rimanere in ogni istante umide per consentire il passaggio dei protoni degli atomi di idrogeno, privati degli elettroni durante la reazione innescata dal contatto con il catalizzatore in platino che riveste le membrane. La pila contiene 256 celle, ciascuna separata da una placca entro cui fluisce un liquido refrigerante dielettrico che ha lo scopo di mantenere la temperatura ottimale del sistema, visto che la reazione genera calore, liquido che passa prima attraverso un de-ionizzatore per prevenire ogni possibile rischio di corto circuito. Ogni cella genera poco meno di 1 Volt di tensione e nel complesso la pila a combustibile produce una corrente continua con una tensione di 200 Volt. Un convertitore DC/DC porta dunque la tensione a 400 Volt, la stessa tensione di lavoro della batteria agli ioni di litio e del motore elettrico che fornisce la trazione.
A seconda delle condizioni di guida e la richiesta di potenza del motore, la corrente prodotta dalla pila a combustibile finisce direttamente al motore oppure alla batteria, ricaricandola. La centralina assicura che lo stato di carica della batteria si mantenga almeno al 25% per l’ottimale funzionamento del sistema. Come un normale veicolo elettrico, inoltre, il furgone è dotato di un sistema di frenata rigenerativa, che consente di catturare l’energia cinetica convertendola in carica della batteria.
Il nodo dei costi e dell’infrastruttura
I primi clienti che hanno scelto il Vivaro-e HYDROGEN di Opel per le loro flotte in Germania beneficiano di uno schema di incentivi del governo federale, che copre l’80% del differenziale di costo dalla versione con motore tradizionale. Opel non ha fornito il prezzo di listino del furgone, ma si parla comunque di una rata di leasing di ben 750 euro. Il costo medio di un kg di idrogeno compresso presso l’attuale rete di distributori ha un costo di 12,85 euro, il che significa un costo per il pieno di poco più di 56 euro per 400 km di autonomia. Scegliere oggi questa soluzione non è dunque una questione di risparmi.
Come ci ha spiegato durante la presentazione il Dott. Lars Peter Thiesen, fisico e responsabile del progetto fuel cell in Opel, il componente più costoso è proprio la pila a combustibile, una delle ragioni per cui si è scelto questo dimensionamento per la potenza del sistema fuel cell implementato nel Vivaro-e HYDROGEN. Costi in buona parte imputabili alla mancanza di economie di scala nella fase attuale. Mentre in Germania c’è una rete di distribuzione di idrogeno già sufficientemente estesa, per il mercato francese si guarda più alla creazione di stazioni di rifornimento localizzate in presenza di cluster di clienti interessati a questa soluzione. Una stazione di rifornimento a idrogeno, ci ha raccontato Thiesen, ha un costo indicativo tra i 500 mila e il milione di euro, a seconda del numero di veicoli che è possibile rifornire simultaneamente, fattore che determina il dimensionamento del compressore per lo stoccaggio dell’idrogeno, che comunque al momento viene trasportato in autocisterne. Il target di riferimento del gruppo Stellantis è chiaramente una clientela interessata alla costruzione di flotte a zero emissioni, ma con la flessibilità della rapidità di rifornimento rispetto alla ricarica dei veicoli elettrici tradizionali.
Il lancio negli altri paesi europei di questo tipo di veicoli è condizionato alle politiche nazionali di investimento dell’economia dell’idrogeno, un ecosistema ancora tutto da costruire. Il dubbio legittimo è però quello dei tempi di realizzazione di un simile ecosistema. Anche guardando ad un orizzonte temporale di dieci anni, siamo sicuri che nello stesso lasso di tempo non arriveremo a furgoni elettrificati in grado di ricaricare le batterie in 3 minuti a parità di prestazioni del Vivaro-e HYDROGEN?
ott/22
fonte: DMove.it
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