Idrogeno: I Veicoli Elettrici Sono Molto più Efficienti

Vi passo qui di seguito (cortesia di Veronica Aneris) l' "Executive Summary" del recente rapporto di "Transport and Environment" a proposito dell'idrogeno come combustibile per veicoli stradali. La conclusione è ed era scontata: l'idrogeno semplicemente non è comparabile con le batterie, specialmente in vista della transizione verso le rinnovabili. Tuttavia, sembra che anche le cose scontate debbano essere spiegate ai nostri decisori politici. Quindi ecco il riassunto, per il rapporto completo, questo è il link. .

Executive Summary

Quale deve essere il ruolo dell’idrogeno nel futuro del trasporto su strada? Sempre più frequentemente ne sentiamo parlare come soluzione strategica per la decarbonizzazione del settore. L’attenzione al tema si è intensificata notevolmente negli ultimi mesi in seno al dibattito sul Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza. Tuttavia, malgrado la centralità che gli viene conferita, i limiti dell’utilizzo dell’idrogeno come soluzione per decarbonizzare il trasporto su strada sono molteplici e noti da tempo.

Primo fra tutti l’efficienza energetica, che nel caso dei veicoli a idrogeno a celle combustibili è meno della metà rispetto agli elettrici a batteria. L’idea di utilizzare l’idrogeno come vettore energetico non è nuova. L’enfasi nei confronti dell’“economia basata sull’idrogeno” risale all’ottimismo degli anni ‘50 quando l’energia nucleare aveva fatto nascere il sogno - mai divenuto realtà - di un'energia abbondante e a basso costo. Un secondo - temporaneo - picco di interesse nei confronti di questa tecnologia si è manifestato con l'avvento delle energie rinnovabili nei primi anni del 21esimo secolo. Quello che ha sempre tagliato le gambe all’idrogeno è stata la bassa efficienza associata al processo di produzione, distribuzione ed utilizzo.

Oggi la presa di coscienza politica nei confronti della crisi climatica in atto e la necessità di decarbonizzare l’economia in tempi brevi ha generato un nuovo ritorno di interesse nei confronti di questa tecnologia. Di fatto l’idrogeno verde, prodotto al 100% da fonti rinnovabili, può rappresentare una soluzione importante nel complesso puzzle delle differenti tecnologie che si renderanno necessarie per raggiungere l’obiettivo europeo di zero emissioni nette al 2050. Se da un lato il tallone d’Achille dell’idrogeno - la sua bassa efficienza - resta uno dei limiti principali al suo sviluppo, dall’altro l'imprescindibilità dell’obiettivo di decarbonizzazione potrebbe giustificarne l’utilizzo in quei settori dove non esistono alternative migliori, più efficienti e meno costose, come ad esempio i settori hard-to-abate o l’aviazione.

L’impellenza di effettuare rapidamente la transizione ad un’economia climaticamente neutrale ha però messo in campo una nuova sfida di portata considerevole: il dispiegamento in tempi brevi di grandi quantità di energia rinnovabile. Questo obiettivo è particolarmente sfidante per il nostro paese, per il quale la velocità di installazione di rinnovabili è largamente inferiore a quella necessaria per raggiungere gli obiettivi climatici 2030 e 2050. L’attuale frazione di energia rinnovabile prodotta è troppo piccola e troppo preziosa perché si possa pensare di sprecarne oltre la metà in processi inefficienti quando vi sono alternative migliori. Se l’impegno dei governi a raggiungere la neutralità climatica è serio, l’efficienza energetica non può certo essere un’opzione e va messa al primo posto. Il criterio alla base della scelta di qualsiasi percorso di decarbonizzazione deve essere quello di favorire - ove possibile - l’impiego di tecnologie a maggior rendimento, minimizzando la necessità di energie rinnovabili addizionali necessarie per raggiungere l’obiettivo di zero emissioni nette.

Per il trasporto su strada, che nel frattempo ha visto l’affermazione della mobilità elettrica, largamente più efficiente, meno costosa e già tecnologicamente matura per molti segmenti, l’utilizzo dell’idrogeno non è giustificabile, se non in applicazioni di nicchia, né lo è lo spazio che esso occupa nel dibattito politico attuale italiano sulla transizione energetica. Non a caso alcuni emeriti esponenti della comunità scientifica italiana hanno definito “follia energetica” l’attenzione dedicata all’idrogeno nella definizione del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza per tutti quei settori che non siano specificatamente nautica, aeronautica e grandi produzioni industriali (Energia per l’Italia, 2021).

Molte sono inoltre le questioni che ruotano intorno al tipo di idrogeno utilizzato, i costi di produzione e trasporto, e la prontezza commerciale dei veicoli. Questo briefing ha l’obiettivo di fornire alcune informazioni di base rispetto all'attuale catena di produzione, trasporto e distribuzione dell'idrogeno, lo stato dell’arte del mercato e l’eventuale ruolo che può giocare nella decarbonizzazione del trasporto terrestre.

La lettura dei documenti, dei progetti, delle esperienze e della letteratura tecnica e scientifica relativa alle applicazioni dell’idrogeno, quale vettore e stoccaggio energetico, nel settore dei trasporti terrestri, dimostra che non costituisce una strada percorribile e utile per la decarbonizzazione del settore. Anzi, nel caso di competizione tra risorse scarse, è di ostacolo ad altre alternative ambientalmente ed economicamente preferibili, come l’elettrificazione.

Per i veicoli leggeri la risposta alla decarbonizzazione è rappresentata dalla tecnologia elettrica a batteria e in questo senso il mercato ha già deciso. Per i veicoli pesanti, le economie di scala associate al rapido sviluppo del mercato delle auto elettriche amplificano il business case per i camion a batteria e sempre più numerosi sono gli annunci dei produttori di camion sulla messa in produzione di serie di autocarri elettrici, mentre i camion a idrogeno sono ancora in fase prototipale e bisognerà attendere almeno il 2026 per vederne la messa in produzione di serie in Europa.

Per il trasporto merci di lungo raggio (>500km) non è ancora chiaro se la mobilità elettrica sarà in grado di avere tutti i requisiti necessari per sopperire alle esigenze della logistica merci in termini di autonomia e tempi di ricarica. Ma il buon senso da un lato e lo stato dell’arte attuale della tecnologia e del mercato dall’altro indicano che il ruolo dell’idrogeno nella decarbonizzazione del trasporto su strada, se mai ne avrà uno, resterà limitato ad applicazioni di nicchia (decine di migliaia di mezzi, rispetto a milioni). Per queste ragioni è opportuno sviluppare ricerche e sperimentazioni, ma non accettabile lo sviluppo di progetti industriali, come per altro emerge con evidenza dai pochi progetti concreti tra le proposte del PNRR.


Rapporto completo

Niente Idrogeno nel Medioevo Prossimo Venturo!

 

La Ford "Nucleon," del 1958, l'automobile atomica. Un'altra idea per il cassonetto della raccolta differenziata della spazzatura tecnologica. 

 

C'è anche qualcuno che le cose le dice come stanno e il CEO della Volkswagen è uno di quelli. Le auto a idrogeno non hanno futuro. E questo è chiaro già oggi. La domanda interessante è, cosa succederà nel futuro un po' più distante, con il collasso ormai inevitabile del sistema economico? Tradizionalmente, si pensa di ritornare alla trazione animale (o agli schiavi umani), ma è possibile che nel Medio Evo prossimo venturo potremo mantenere qualcosa delle tecnologie che abbiamo sviluppato nell'era tecnologica?

Probabilmente si, ma certe tecnologie sono più resilienti di altre. Prendiamo la trazione veicolare e compariamo le tre tecnologie che potremmo cercare di mantenere nel futuro: motore termico, elettrico a batteria, idrogeno. (anche se l'idrogeno non è mai stato usato in pratica). 

La tecnologia del motore termico è in uso da almeno un paio di secoli ma, nella sua forma attuale, è estremamente sofisticata. Richiede non solo tecniche di metallurgia avanzata ma anche tecnologie chimiche sofisticate per produrre carburanti che abbiano caratteristiche specifiche. Per semplificare le cose, si potrebbe pensare a motori a combustione esterna, tipo lo stirling, che sono onnivori, ma poco efficienti. Un motore a combustione interna potrebbe anche provare a usare biocombustibili, tipo olio vegetale o alcol etilico come carburanti. Potrebbero anche funzionare, ma per tante cose sarebbe meglio un ciuco che anche quello va a biocarburanti, ma è molto più facile da produrre. 

Il motore elettrico accoppiato con batterie è un sistema che si può molto semplificare se si rinuncia alle prestazioni estreme che oggi riteniamo necessarie. Le batterie si possono fare con combinazioni praticamente infinite di metalli. Per esempio, una batteria nickel-ferro non richiede elementi rari e neppure particolari tecnologie di fabbricazione. Quanto al motore elettrico, se uno rinuncia ai magneti a terre rare può fare dei motori decenti usando magneti in ferrite. Le tolleranze non sono cruciali e non c'è bisogno di un'elettronica sofisticata per il controllo. Se ne può fare un veicolo non molto efficiente ma che funziona e che ha dei vantaggi rispetto a ciuchi e cavalli (e anche schiavi umani), nel senso che quando non ti serve non hai bisogno di dargli da mangiare.

Infine, l'idrogeno. Ahimé, qui si che si va sul complicato. A parte produrre l'idrogeno in se, cosa non difficile che si sarebbe potuta fare già nel Medio Evo (mongolfiere medievali? perchè no?) Ma poi si tratta di stoccarlo a pressione, cosa che richiede tecnologie per niente semplici, specialmente se lo vuoi trasportare in giro. Il problema di fondo sono le pile a combustibile. Quelle si che sono robe complicate: richiedono metalli nobili tipo platino agli elettrodi, sennò non funzionano. Per non parlare degli elettroliti polimerici, anche quelli roba che richiede tecnologie molto specializzate. Oppure di tecnologie estremamente sofisticate, tipo le SOFC (solid oxide fuel cells) che richiedono materiali come la zirconia stabilizzata con yttria per gli elettrodi -- ti ci voglio a fabbricarle nel medio evo! Certo, potresti fare a meno delle pile a combustibile e usare l'idrogeno direttamente per azionare un motore termico. Si, ma il risultato è un ircocervo poco efficiente e complicato. 

Insomma, credo che non ci sarà bisogno di aspettare che ritorni il Medio Evo per vedere sparire l'idrogeno come tecnologia anche vagamente proponibile. Già una bella crisi economica -- come quella che stiamo vedendo -- consegnerà l'idrogeno al cassonetto della raccolta differenziata della spazzatura tecnologica. Viceversa, prima di vedere sparire una tecnologia semplice ed efficiente come l'accoppiata batterie/motori elettrici, ci vuole veramente una bella legnata, non dico un asteroide, ma qualcosa di altrettanto distruttivo. 

Ah... dimenticavo! Ci sarebbe anche l'automobile atomica di cui si parlava negli anni '50. Perfetta tecnologia per il Medio Evo, direi. 

 

Volkswagen durissima sulle auto a idrogeno: "Non hanno futuro"

 

Di: Francesco Barontini

Il CEO della Casa Herbert Diess taglia corto: "Troppo costoso, inefficiente e difficile da diffondere. Non va bene per le automobili"

Herbert Diess ne è certo: l’auto a idrogeno non ha futuro. Lo dice su Twitter, social sul quale ha esordito da poco seguendo – per sua stessa ammissione – le orme di Elon Musk. E su cui, nello stesso tweet, tesse le lodi delle richieste dell'Acea in cui si spinge affinché l'Europa arrivi ad installare 3 milioni di colonnine entro il 2029.

Ebbene, il ceo di Volkswagen ha detto la sua sul futuro del fuel cell: “I politici devono accettare la scienza: l’idrogeno green è necessario per la produzione dell’acciaio, in chimica e per l’industria aeronautica. Non può essere usato per le auto. È troppo costoso, inefficiente, lento e difficile da diffondere e trasportare. Tutto sommato: non vedo auto a idrogeno all'orizzonte”. Parole a dir poco pesanti.

Opinioni contrarie

Questo il Diess-pensiero sull’idrogeno. Una presa di posizione forte, che a ben vedere è coerente con la strategia Volkswagen, Casa che più di altre sta spingendo forte sull’elettrico a batteria con la ID.3, la ID.4 e tutti i prossimi modelli a zero emissioni in arrivo. Il tema è caldo, e lo abbiamo anche affrontato durante gli Electric Days Digital 2021, in un approfondimento dedicato.

Ma se a Wolfsburg si è deciso di puntare su un certo tipo di transizione energetica, altre Case sembrano avere fiducia nell’idrogeno per autotrazione. Stiamo parlando di Toyota, ad esempio, che ha recentemente mostrato la seconda generazione della Mirai. O di Hyundai, che con la Nexo propone un crossover di medie dimensioni proprio a fuel cell.

 

Una seconda rispostina a Rubbia: un po' più di serietà e di rigore non guasterebbero

In un post precedente, intitolato "Una rispostina a Rubbia," Claudio della Volpe, dell'Università di Trento, ha commentato sulle molteplici inesattezze ed errori di un intervento a ruota libera di Carlo Rubbia al Senato. Della Volpe commenta soltanto sugli errori di climatologia, ma non sulle soluzioni che Rubbia tira fuori per il cambiamento climatico. Sfortunatamente, se Rubbia ha cominciato male il suo intervento lanciandosi in ardite speculazioni sugli elefanti di Annibale, lo finisce forse peggio con le sue considerazioni sul gas naturale che meritano decisamente un'ulteriore "rispostina."

Nel suo intervento, Rubbia sostiene che ci sono enormi riserve di  gas naturale, citando i clatrati di metano contenuti nel permafrost. Su questa base, Rubbia dichiara che le energie rinnovabili sono completamente inutili e che un processo che lui sta studiando ci permette di ottenere energia dal gas naturale senza emettere gas serra. Il processo consiste nel trasformare il metano in carbonio ("grafite," secondo Rubbia) e idrogeno.

Cominciamo dal fatto che nessuno è mai riuscito a estrarre metano dal permafrost, se non a livello di test sperimentali. Così, queste "enormi riserve" al momento, si trovano soltanto sulla carta. Di certo, se fossero facili da estrarre qualcuno le avrebbe già estratte.  Poi, il processo di combustione incompleta che trasforma metano in idrogeno e "carbon black" (detto normalmente "nerofumo" in italiano) è cosa nota da molto tempo. Il problema è che trasformare il gas naturale in questo modo è sfavorito dal punto di vista termodinamico, ovvero richiede energia invece di produrla. E' anche vero, tuttavia, che si può recuperare energia dalla combustione dell'idrogeno prodotto con un bilancio finale che è teoricamente positivo, ovvero produce energia. Ma bisogna vedere con quanta efficienza lo si può fare nella pratica. Dai dati disponibili, sembra che nella migliore delle ipotesi il processo non sia più efficiente di quello della "sequestrazione" tradizionale del CO2. Non per niente, questo processo non è mai stato utilizzato per produrre energia ma solo per produrre nerofumo e/o idrogeno.

Anche assumendo che ci sia qualche vantaggio energetico nella combustione incompleta del metano, ci sono comunque dei problemini sui quali Rubbia glissa alla grande. Supponiamo di realizzare questo processo su una scala tale da avere un effetto sul cambiamento climatico. Siamo a parlare di qualcosa come 10 miliardi di tonnellate di carbonio in forma di CO2 prodotte tutti gli anni dalla combustione dei combustibili fossili. Questa è la quantità che dobbiamo eliminare, o perlomeno ridurre sostanzialmente. Ora, se lo potessimo trasformare in carbonio solido, è vero che non genererebbe riscaldamento globale. Ma dove la cacciamo questa enorme massa di robaccia? Di certo, se siete preoccupati dell'inquinamento da nanoparticelle (e dovreste esserlo) non sembra proprio una buona idea crearne qualche miliardo di tonnellate in più; circa un fattore mille più grande dell'attuale produzione di nerofumo. E tenete conto che il nerofumo è un materiale tossico e potenzialmente cancerogeno. Forse lo potremmo trasformare in grafite, riducendone il volume e la pericolosità (questa sembra essere l'idea di Rubbia, che non menziona il nerofumo, ma solo la grafite). Ma questo richiede alte temperature e sarebbe un ulteriore costo energetico.
  
E, infine, che sia grafite o nerofumo, questa massa enorme di carbonio rimarrebbe comunque un materiale infiammabile. Dovunque ci possa venire in mente di metterlo, c'è il rischio di incendi. E se questa roba prende fuoco si trasforma in CO2 e siamo al punto di partenza: abbiamo lavorato tanto per niente - anzi, per fare di peggio. Potremmo forse mettere tutto questo carbonio sottoterra? Certo, aiuterebbe a ridurre il rischio, ma a un ulteriore costo energetico: vi immaginate le immense gallerie che dovremmo scavare? E, anche così, non vuol dire che il rischio di incendi verrebbe eliminato. Lo sapevate che ci sono delle miniere di carbone che sono in fiamme da decenni e non si riesce a spegnerle? Il problema degli incendi è un ostacolo fondamentale anche per altri schemi di rimozione del carbonio dall'atmosfera, per esempio per l'idea di trasformarlo in "biochar" e sparpagliarlo nel terreno. E' per questo che in questo campo si parla quasi esclusivamente di sequestro del CO2 che, pur con tutti i problemi associati, non rischia di prendere fuoco.

Alla fine dei conti, non è privo di senso esplorare l'idea di una combustione incompleta del metano che potrebbe essere utile per qualche scopo. Ma non la si può presentare come la soluzione ovvia al problema climatico, glissando su tutti i problemi associati e sostenendo nel contempo che le rinnovabili non servono a nulla. Insomma, in queste cose ci vorrebbe un po' più di serietà e di rigore, soprattutto da parte di un premio Nobel.

Perché Jeremy Rifkin sbaglia strada

Di Philippe Bihouix

Traduzione di MR

 

E' una buona decina di anni che Jeremy Rifkin parla di economia all'idrogeno e di tante altre meraviglie ma, fino ad ora, non si è visto niente di concreto. Ultimamente, si è messo a parlare di "Fine del Capitalismo" sulla base dei nuovi sviluppi della tecnologia. In questo articolo,  originariamente pubblicato su "Les Echos," Philippe Bihouix fa notare a Rifkin che le cose potrebbero non essere così semplici (UB)

Jeremy Rifkin è tornato alla carica: dopo la “Terza rivoluzione industriale”, adesso propone nientemeno che la fine del capitalismo o quasi, per via della gratuità universale delle comunicazioni, dell'energia e degli oggetti, i cui costi di produzione tenderanno allo zero. Dopo la rivoluzione tecnologica delle comunicazioni, verrà quella di un Internet dell'energia – basato sul dispiegamento massiccio delle rinnovabili, lo stoccaggio attraverso l'idrogeno e la “smart grid” - e quella di un Internet degli oggetti, collegati e prodotti a volontà da stampanti 3D.

La tesi seduce, ognuno ci trova qualcosa di proprio: vendicatori di un fordismo sfruttatore, edonisti che non ci vedono la messa in discussione del consumo o della mobilità (al contrario, tutto sarà gratuito), industriali allettati da nuovi mercati, ecologisti ingenui che fanno leva su un'energia pulita ed abbondante... Come sembra radioso il futuro! Sfortunatamente, Rifkin ha una tendenza comune presso gli economisti: in nessun caso si occupa della questione della disponibilità delle risorse fisiche, o della realtà materiale delle sue riflessioni.

E' il caso delle potenzialità delle stampanti 3D, il cui principio è quello di depositare strato dopo strato di polimeri o metalli. Una tecnologia senza dubbio rivoluzionaria e che apre delle prospettive. Da lì a farne la macchina a vapore del XXI° secolo o dichiarare la sparizione della produzione classica, ce ne corre.

Poiché le stampanti non possono sostituire gli impianti per le materie prime, gli altoforni, le raffinerie (anche bio), le vetrerie e persino le materie riciclate. Non possono fabbricare oggetti multi-materiali o assemblati: si può stampare la carrozzeria di un'automobile in resine, ma non un pianoforte o un computer. Per fondere la polvere di metallo, si usa un laser a fasci di elettroni, una tecnologia costosa, inimmaginabile per i privati, quindi le stampanti per consumatori a resina non fabbricano né chiodi né viti.

Infine, solo le materie prime che consentono la fusione sono utilizzabili: si continuerà a tessere e cucire i tessuti... Come fabbricherà Rifkin gratuitamente le bobine di rame dei motori elettrici per Google Cars, il silicio dei pannelli solari o le camicie di cotone? Ecco ciò che rende la sua prospettiva ben poco credibile. Peccato, poiché ha anche delle buone idee, come sulla condivisione ed il rapporto con la proprietà.

Ma è sulla componente energetica che Rifkin rimane di gran lunga irrealistico. La sua metafora di un Internet dell'energia sente l'odore dell'economia “dematerializzata” e gli permette di evitare le questioni troppo concrete. Sfortunatamente, non si immagazzina l'energia facilmente come i byte, non esiste una legge di Moore dell'energia. Per produrre, immagazzinare e trasportare l'elettricità, anche “verde”, servono grandi quantità di metalli: platino delle pile a idrogeno, neodimio dell'eolico e delle automobili elettriche, selenio ed indio dei pannelli solari... ed altri metalli rari già utilizzati in elettronica, quindi la domanda esploderebbe con una generalizzazione delle “smart grid”, degli oggetti in rete e di Big Data. La disponibilità mineraria, già in contrazione, non potrebbe stare al passo.

Al contrario, stiamo perdendo tempo prezioso. Poiché non stiamo affatto andando verso la gratuità e l'abbondanza, ma verso l'impoverimento e la penuria, il nostro sistema industriale è basato su uno stock di riserve limitato, specialmente minerale. Poiché siamo affascinati dalle novità high-tech, mentre queste in realtà ci allontanano dalle possibilità di un riciclaggio efficace e dovremo al contrario innovare con delle basse tecnologie, più basiche e dalle prestazioni inferiori. Bisognerà certamente passare per la sobrietà, poiché non ci sono soluzioni miracolose al vicolo cieco ambientale attuale. E di grazia, signor Rifkin, visiti uno stabilimento o una miniera!




Philippe Bihouix, ingegnere, è l'autore di “L'era del low tech” (Seuil, 2014)

Philippe Bihouix, ingegnere, è l'autore di “L'era del low tech” (Seuil, 2014)