Motori a combustione interna a idrogeno: altro futuro per l’auto?

Nel panorama della mobilità sostenibile, l’idrogeno si posiziona come un vettore energetico chiave per il superamento dei combustibili fossili e la riduzione dell’impatto ambientale. Tra le sue molteplici applicazioni, i motori a combustione interna alimentati a idrogeno rappresentano una tecnologia certamente non inedita, ma tornata in voga negli ultimi tempi.

All’inizio degli anni 2000, BMW presentò la Serie 7 Hydrogen, un modello sperimentale alimentato a idrogeno. Tuttavia, il progetto non ebbe seguito commerciale a causa di alti costi di produzione e di un’infrastruttura di rifornimento ancora poco sviluppata.

Toyota è attualmente uno dei principali promotori della tecnologia dei motori a combustione interna alimentati dall’idrogeno. La casa automobilistica giapponese ha investito significativamente nella ricerca e sviluppo di veicoli a idrogeno, sia con celle a combustibile (come la Toyota Mirai) che con motori a combustione interna alimentati a idrogeno. Recentemente ha presentato prototipi di veicoli da corsa dotati di motori HICE, dimostrando le potenzialità di questa tecnologia in termini di prestazioni e sostenibilità.

Differenze rispetto ai motori a benzina

Le principali differenze tra un motore a combustione interna alimentato a idrogeno e uno alimentato a benzina includono:

• Emissioni. Il vantaggio ambientale principale dei motori a idrogeno è che l’unico sottoprodotto della combustione dell’idrogeno è il vapore acqueo, eliminando le emissioni di CO2. Tuttavia, possono ancora essere prodotti NOx, sebbene in quantità generalmente inferiori rispetto ai motori a benzina.
• Efficienza termica. I motori a idrogeno possono potenzialmente offrire un’efficienza termica superiore rispetto ai motori a benzina, grazie alle proprietà di combustione dell’idrogeno. Tuttavia, questa efficienza dipende fortemente dalla progettazione del motore (vedi iniezione diretta) e dalle condizioni operative.
• Distribuzione del combustibile. L’infrastruttura per la distribuzione dell’idrogeno è attualmente molto meno sviluppata rispetto a quella per i carburanti tradizionali, rappresentando una sfida significativa per l’adozione su larga scala dei motori a idrogeno.

Come funziona un motore termico alimentato a idrogeno?

Il principio di funzionamento è simile a quello di un motore a benzina tradizionale. L’idrogeno, stoccato in un apposito serbatoio, viene iniettato nel cilindro del motore dove si miscela con l’aria. La miscela aria-idrogeno viene quindi compressa e innescata da una candela, generando una combustione che produce energia meccanica sotto forma di spinta del pistone.

Nonostante le differenze nel combustibile, la struttura di base del motore è pressoché la stessa dei propulsori termici alimentati con combustibili tradizionali. Tuttavia, ci sono alcune modifiche e adattamenti specifici necessari per l’utilizzo dell’idrogeno:

1. Sistema di alimentazione. I motori a idrogeno richiedono un sistema di alimentazione apposito, in grado di immagazzinare e iniettare l’idrogeno in modo sicuro ed efficiente. Questo sistema include serbatoi ad alta pressione per lo stoccaggio dell’idrogeno (gli stessi potenzialmente degli apparati fuel cell), valvole di sicurezza e iniettori specifici.
2. Sistema di accensione. L’idrogeno ha una temperatura di accensione più bassa e una velocità di combustione più alta rispetto alla benzina. Per questo motivo, i motori a idrogeno utilizzano un sistema di accensione ottimizzato per garantire una combustione efficiente e controllata.
3. Gestione della combustione. A causa delle diverse proprietà chimiche dell’idrogeno, la gestione della miscela aria-combustibile e della combustione stessa deve essere attentamente calibrata. Questo include l’adozione di strategie di controllo elettronico avanzate per ottimizzare le prestazioni e ridurre le emissioni di NOx (ossidi di azoto).

Se ci sarà un ritorno a livello industriale è presto per dirlo. Sia per ragioni di infrastruttura, sia di sostenibilità legate alla tipologia di idrogeno. Detto questo, ad inizio anno Bosch ha presentato al CES di Las Vegas proprio un propulsore di questo genere. Segnale che l’interessa da parte dell’industria automotive sia tangibile.