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Veicoli a idrogeno: come funzionano le fuel cell?

di Redazione - 18/06/2024

Veicoli a idrogeno: come funzionano le fuel cell?

Negli ultimi anni, l’idrogeno ha guadagnato sempre più attenzione come potenziale combustibile alternativo per il futuro dei trasporti. In particolare, i sistemi a celle a combustibile (Fuel Cell) rappresentano una tecnologia differente per la propulsione di veicoli elettrici.

Sono dispositivi che convertono l’energia chimica di un combustibile (nello specifico l’idrogeno) direttamente in energia elettrica attraverso una reazione elettrochimica. A differenza dei motori a combustione interna, che bruciano combustibile per generare energia, le fuel cell producono energia elettrica in modo più efficiente e con emissioni significativamente ridotte.

Come funzionano le fuel cell (celle a combustibile)?

Il cuore di un sistema fuel cell è costituito da una serie di celle impilate. Il funzionamento si basa su un processo elettrochimico che coinvolge idrogeno e ossigeno.  All’interno di ogni cella, una membrana selettiva permette il passaggio degli ioni idrogeno, mentre blocca gli elettroni.

L’idrogeno, proveniente dal serbatoio del veicolo, viene a contatto con un catalizzatore che lo scinde in protoni ed elettroni. I protoni attraversano la membrana, mentre gli elettroni fluiscono verso un circuito esterno generando elettricità. L’ossigeno contenuto nell’aria alimenta la reazione combinandosi con i protoni e producendo vapore acqueo come unico scarto.

I componenti principali di un sistema a celle a combustibile per auto

  1. Serbatoio idrogeno
  2. Riformatore
  3. Pacco celle a combustibile
  4. Convertitore DC-DC
  5. Motore elettrico
  6. Batteria

Come si produce energia

  • L’idrogeno, che funge da combustibile, viene immesso nell’anodo della cella a combustibile.
  • All’anodo, le molecole di idrogeno vengono separate in protoni ed elettroni. Questo avviene grazie a un catalizzatore, solitamente platino.
  • I protoni attraversano una membrana elettrolitica verso il catodo.
  • Gli elettroni, che non possono attraversare la membrana elettrolitica, fluiscono attraverso un circuito esterno, generando corrente elettrica utilizzabile.
  •  Al catodo, i protoni e gli elettroni si combinano con l’ossigeno dell’aria per formare acqua e calore.

Vantaggi e svantaggi

Le celle a combustibile sono più efficienti rispetto ai motori a combustione interna, convertendo una maggiore percentuale dell’energia del combustibile in energia elettrica. E il principale sottoprodotto della reazione è l’acqua, il che significa che non vengono emesse sostanze inquinanti come ossidi di azoto o particolato. E poi, a differenza delle batterie tradizionali, che richiedono tempi di ricarica prolungati, il rifornimento di idrogeno per le fuel cell è rapido e simile al rifornimento di carburante tradizionale.

La tecnologia però è ancora in fase di sviluppo e i componenti hanno un costo elevato. E comunque l’infrastruttura di rifornimento è limitata: le stazioni sono ancora scarse. Basti pensare che in Italia sono meno di cinque. Bisogna altresì tenere conto delle complicanze derivate dallo stoccaggio dell’idrogeno, che deve essere immagazzinato ad alta pressione, con implicazioni per la sicurezza e la praticità.

 

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