Hyundai Nexo: prova su strada | speciale idrogeno e come funziona la Fuel Cell

17 Settembre 2018 47

Hyundai Nexo incarna la seconda generazione dell'idrogeno coreano, auto con un'alimentazione controversa che necessita oggi evoluzioni tecnologiche se vuole potersi affermare nell'automotive. C'è chi addita l'idrogeno come una panacea e chi grida al "fuoco di paglia". Vediamo di fare chiarezza...

Auto a idrogeno? Fuel Cell? Cosa significano questi termini?

Quando si parla di auto a idrogeno, gli addetti ai lavori danno spesso per scontato che tutti siano a conoscenza dei termini tecnici, errore capitato in passato anche al sottoscritto. Partiamo quindi dalle basi con un paragrafo che potete saltare se masticate già qualcosa di questo mondo.

L'idrogeno è l'alimentazione di questa tipologia di auto, l'equivalente della benzina, del metano o della batteria per le auto dei rispettivi tipi. Da maneggiare con cura, l'idrogeno è contenuto in speciali contenitori e utilizzato dalla Fuel Cell, la cella a combustibile dove H2 e O2 (idrogeno e ossigeno) sono combinati in una reazione che genera elettricità da inviare al motore.

Insomma, auto ad idrogeno e Fuel Cell Vehicle (FCV) sono sinonimi per indicare la stessa tecnologia dove l'idrogeno è il vettore energetico.

Come funziona un'auto a idrogeno? La cella a combustibile

Come anticipato, la cella a combustibile utilizza l'idrogeno tramite una reazione elettrochimica opposta all'elettrolisi (la scissione di acqua in idrogeno e ossigeno). Sfruttando come comburente l'ossigeno, risorsa "gratuita", si genera l'elettricità.

La cella ha infatti un anodo (elettrodo positivo) e un catodo: il primo è saturo di ossigeno, il secondo ossida l'idrogeno, una reazione chimica che restituisce energia elettrica, acqua e calore. Attingete alle reminiscenze scolastiche: la componente termica di una reazione (e la sua direzione, quindi se le reazione genera calore o lo assorbe) è un elemento importantissimo da considerare, specie nell'impiego automobilistico in ottica di efficienza.

L'ossigeno che arriva alla cella è presente in atmosfera ma l'aria aspirata dai condotti non è certo pura: qui entrano in gioco i filtri necessari a purificarla ed è questo il motivo del virgolettato del primo paragrafo. I filtri hanno un costo, non certo insormontabile ma da tenere in considerazione, e si occupano di eliminare più del 99% del particolato e delle impurità, restituendo dallo scarico - a conti fatti - aria più pura di quella immessa e acqua (i prodotti di scarto).

Il resto del processo è identico a quanto accade in un'auto elettrica alimentata da una batteria agli ioni di litio: l'energia viene sfruttata dal motore nello stesso modo e trasformata in movimento.

Hyundai Nexo: la prova su strada

Il numero zero sul parabrezza indica che si tratta di un modello pre-serie. Hyundai Nexo, però, è già oggi un'auto concreta, pronta alla commercializzazione e bisognosa solamente di affinamenti che in informatica chiameremmo debugging leggero.

Spettacolare nell'estetica da astronave futuristica, Nexo è un SUV "diabolico" se consideriamo i suoi 666 chilometri di autonomia dichiarata, per un pieno in cinque minuti sperimentato direttamente alla stazione di rifornimento di Bolzano, l'unico distributore oggi presente in Italia e, probabilmente, destinato a far parte di un trio se si concretizzeranno i progetti di Milano e Roma.

Pensata più con l'occhio per l'ambiente che per il portafoglio, Hyundai Nexo non è certo economica: oggi la tecnologia della cella a combustibile è poco accessibile ai privati e il pieno non è economico. La stazione di Bolzano segna 13,77€ al chilogrammo e il pieno restituisce costi simili in linea con un'auto termica Grazie ai suoi filtri, però, Nexo purifica l'aria catturando le polveri sottili generate da due auto a gasolio impegnate nello stesso percorso.

Presente a bordo anche una batteria da 1.56 kWh utilizzata come accumulatore per l'elettricità generata dal sistema di rigenerazione identico a quello delle auto elettriche e quindi caratterizzato da un freno motore che va a sparire quando la capacità della batteria è massima.

Seppur breve, la prova mi ha permesso di farmi un'idea sulla dinamica di guida identica all'elettrico e sull'assetto, che paga un posteriore appesantito a causa dei serbatoi di idrogeno ma mai al punto da rappresentare un problema su un SUV che, come guida, non guarda certo al mondo sportivo seppur capace di ottime accelerazioni e riprese.

Curato anche l'abitacolo, dove materiali di qualità convivono con un design che trasforma il tunnel centrale riempendolo di tasti: bellissimo da vedere ma serviranno diversi giorni prima di memorizzare la posizione e la funzione di tutti quei pulsanti.

Tra le altre caratteristiche vanno segnalati il display della strumentazione da 7 pollici, quello da 12.3 per l'infotainment, le maniglie a scomparsa per migliorare il cx (0,33), il bagagliaio da poco più di 460 litri e il motore da 163 cavalli (120 kW) per una velocità massima di 179 km/h.

Vantaggi e svantaggi dell'idrogeno: torniamo a scuola...

Se a livello di reazione elettrochimica l'idrogeno ha il vantaggio di legami deboli fra gli atomi che compongono la molecola H2, a differenza del metano (CH4) dove i legami sono più forti e richiedono più energia per spezzarli, questo gas ha anche un punto di forza non indifferente. L'idrogeno ha infatti una densità energetica molto alta se consideriamo la massa, vantaggio controbilanciato però dalla scarsa densità su base volumetrica. Il problema viene risolto in fase di stoccaggio utilizzando cilindri in pressione a 700 bar.

Nella cella a combustibile l'efficienza energetica, al netto dell'energia di attivazione necessaria, si aggira intorno al 50%, un valore maggiore rispetto ad un'auto a metano (CNG) ma inferiore se paragonato ad un'auto elettrica alimentata a batteria.

Considerando questi dati e ipotizzando l'esistenza di un magico pozzo di idrogeno - al netto della necessità di pressione e trasporto - l'idrogeno sarebbe comunque ottimo per il mondo delle auto e migliore dei combustibili fossili e del CNG.

Purtroppo non è così: per produrlo, il sistema necessita di energia in ingresso, energia che va generata tramite combustibili fossili o fonti rinnovabili. In entrambi i casi, però, è energia che viene persa in percentuali fino al 70% a seconda del metodo di produzione dell'idrogeno utilizzato.

L'asimmetria tra fonti rinnovabili e consumo di energia

Dalla fonte allo scarico l'efficienza si abbassa notevolmente e la produzione di idrogeno risulterebbe conveniente solo in presenza di un surplus di elettricità da fonti rinnovabili che altrimenti andrebbe perduta. Nell'ottica di una nazione, significherebbe avere talmente tanta energia rinnovabile (solare, moti ondosi, eolico e via dicendo) da avanzarla dopo averla distribuita per tutte le applicazioni domestiche ed industriali.

Immaginatevi un piccolo continente che non comunica con il resto del mondo e che può sfruttare in abbondanza quanto la natura ci offre: un surplus di solare, ad esempio, crea asimmetria dato che può sopperire alle necessità energetiche solo durante alcune ore del giorno. Per eliminare questo squilibrio servono accumulatori come le batterie, ingombranti e pesanti. Qui entra in campo l'idrogeno come stoccaggio dal peso e dai volumi ridotti, vettore energetico in grado per giunta di resistere nel tempo ed essere trasportato a patto di tenere in considerazione protocolli rigidi in materia di sicurezza. Su scala più larga, questa soluzione risolverebbe facilmente il disequilibrio fra estate ed inverno.

I detrattori dell'idrogeno, però, vi diranno che il problema dell'asimmetria potrebbe essere facilmente risolto eliminando gli accumulatori di qualsiasi tipo e mettendo il piccolo continente dell'esempio all'interno di una rete elettrica globale, con cavi oceanici ad altissima tensione utilizzati per scambiare tra gli emisferi l'energia prodotta dal solare (e dal rinnovabile).

Infine è vero che anche l'elettrico a batterie deve combattere perdite durante la produzione: nel caso del solare ad esempio torna in ballo il calore dei pannelli (che può comunque essere parzialmente sfruttato con diverse soluzioni) ed è chiaro che oggi la produzione di elettricità è ancora troppo legata ai combustibili fossili. Si salta però un importante e dispendioso passaggio di conversione.

Idrogeno: una guerra persa in partenza?

Utile per applicazioni in campo nautico e aeronautico, dove il vantaggio dell'alta densità energetica a fronte di un peso ridotto sarebbe maggiore, l'idrogeno è secondo alcuni senza futuro nel mondo delle auto e potrebbe trovare qualche applicazione nel mondo dei trasporti su gomma. Va considerato che la ricerca e l'industrializzazione hanno ancora molto spazio per lo sviluppo, con metodi di produzione sperimentali che potrebbero cambiare le carte in tavola. Insomma l'idrogeno deve crescer tecnologicamente e risolvere i problemi di produzione e conversione energetica lungo tutta la filiera prima ancora che si possa parlare di economie di scala.

Esistono già oggi laboratori ambulanti che rappresentano un virtuosismo. Il catamarano Energy Observer, ad esempio, è una barca energeticamente autonoma ad emissioni zero, spinta da un motore elettrico alimentato dalle rinnovabili con un impianto di produzione di idrogeno per lo stoccaggio volto a risolvere l'asimmetria.

Solare ed eolico producono energia per il moto e quella in eccesso viene veicolata al sistema di estrazione di acqua e produzione di idrogeno con processi di elettrolisi, desalinizzazione e deionizzazione. Costo? Tre milioni di euro per la ricerca e due per la realizzazione.

In conclusione, l'opinione che mi sono fatto è che l'auto ad idrogeno va benissimo, d'altronde l'esperienza di guida è identica a quella di un'elettrica tradizionale. L'intero ciclo dell'idrogeno, però, necessita ancora di importanti progressi e le auto a batteria recuperano terreno, iniziando ad abbassare i costi al kWh, aumentando la densità energetica e riducendo l'impiego di terre rare. Voi cosa ne pensate?

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Commenti

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Pip

"nel giro di un paio d'anni perdi sicuramente almeno un 10% di autonomia"

Falso, solo la nissan leaf con le sue pessime batterie ha questo problema, tutte le altre perdono il 10% dopo più di 100.000km

sgarbateLLo

penso basterà inchiodare e farsi tamponare sul serbatoio da un'auto a combustibili tradizionali

_GV_

L'idrogeno al contrario degli altri gas, si riscalda nell'espansione e ciò può provocare fenomeni di autoaccensione a contatto dell'ossigeno dell'aria...
Secondo me per questo motivo non verrà mai usato come carburante per un utilizzo di massa a meno di non riuscire a produrlo on-the-fly prima dell'utilizzo...

tincool59

il motore a gasolio, se continuerà a sviluppersi come negli ultimi anni, sostenuto da nuovi boschi e piantagioni di alberi che danno ossigeno, e legname, continueranno a essere le industrie migliori

zdnko

Quindi gli aspiranti suicidi dovranno aspettare che la fuel cell consumi tutto l'ossigeno del garage?

Eros Nardi

Da quello che leggevo qualche anno fa (quando l'idrogeno sembrava il futuro) oltre ad essere in serbatoi talmente resistendi da essere a prova di proiettile si tratta di un gas talmente leggero che la maggior parte della combustione avverrebbe sopra l'auto (e non sotto come accade quando si perde benzina) quindi dovrebbe essere più sicuro di una normale auto a combustibile

Tony Musone

Sissì, l'ho letta. Grazie ;)

ironmel

ti è arrivata la risposta al commento su Zero e Tesla? L'ho vista pubblicata ma rientrandoci ora non esiste più il mio commento O_O

ironmel

No, questa mi mancava. Le curiosità sul mondo Marvel sono sempre interessanti, ogni tanto mi viene in mente di riprendere con le serie di comics che ho interrotto anni fa perché non riuscivo più a starci dietro...servirebbero giorni da 48 ore :(

FCava

preferirei uno ZPM

FCava

Infatti ho scritto "quasi" proprio per il discorso della resa non al 100%

FCava

Se leggi non ho detto che sia perpetuo. Anche perchè quello che dissipi in calore, lo perdi e basta

FCava

batteria interna che si ricarica mentre vai. Infatti ho detto un sistema quasi chiuso....

LaVeraVerità

Sei approssimativo, una discussione non ha senso di esistere su questi presupposti.

"l'idrogeno in caso di scoppio è meno pericoloso del gpl"

Scoppio? Item not found
Pericoloso? Pericolo undefined
Più pericoloso di... A quali condizioni?

Ripeto, non è su queste basi (o con queste basi) che la discussione puà andare avanti e, credimi, io con l'idrogeno e il gpl ci pago la connessione internet da cui ti scrivo.

Giulk since 71'

Tutti concetti che dimostrano come l'idrogeno in caso di fuoriuscita e di scoppio sia estremamente più pericoloso del propano ad esempio, guarda che mi sono letto vari articoli e trattati al riguardo, comprese ricerche commissionate da enti europei per delineare linee guida e leggi.

Oppure vorresti dirmi che l'idrogeno in caso di scoppio è meno pericoloso del gpl?

LaVeraVerità

No, a me non sfugge, ti posso assicurare. Quando avrai approfondito concetti come potere calorifico e differenza tra concetti come deflagrazione e detonazione, velocità delle onde d'urto ed altre cosucce possiamo sicuramente riparlarne.

Maledetto

Purtroppo è fisicamente infattibile in quanto ad ogni passaggio si ha un resa che non è del 100%, quindi sarebbe necessario comunque dover far rifornimento, in più allungando il numero di passaggi aggiungi diversi possibili problemi, primo fra tutti la pressione con cui devono essere immagazzinati i gas e la pericolosità di questi

Giulk since 71'

Evidentemente ti sfugge la differenza di pressione / scoppio che passa tra il gpl e l'idrogeno

LaVeraVerità

Esatto!

Nota: Quando Stan Lee approvò il nome Kree, con un (mica tanto) sottile sense of humor, riciclò il nome di una tribù indiana delle più aggressive. Lo sapevi?

LaVeraVerità

Eh si, sono malvagio per natura.

LaVeraVerità

Anche il gpl è in grado di devastare interi quartieri (vedi Viareggio), questo non significa che non lo si trasporti. Anche quello che ti entra in casa con degli inmocui tubi a bassa pressione è in grado di sventrare un palazzo.

Sogni d'oro.

Tony Musone

Aaah ok. E allora ero io a non aver capito il senso di quella frase ;)

p.s.
Quando hai un'attimo:
http://disq.us/p/1vrh00v

ironmel

mmm, io la intendo come "chi denigra". Il senso è che "chi denigra l'idrogeno ti dirà che è inutile ANCHE come stoccaggio per risolvere l'asimmetria di produzione tipica del solare. Perché usare l'idrogeno per immagazzinare energia solare perdendo efficienza quando invece si potrebbe cablare il mondo così da avere sempre solare per tutti tramite condivisione? Quando da me è giorno mando l'eccesso a chi è al buio e viceversa.

Pip

Non è che non esiste la tecnologia, semplicemente non ha senso.
È come provare a ricaricare un powerbank con pannello solare usando il flash del cellulare che vuoi ricaricare...

Nick126

Lui ha inventato il moto perpetuo e tu lo smonti così?

Giulk since 71'

Che non c'entra una fava con quello che ho scritto, puoi usare tutta la tecnologia che vuoi, poi prendi un autista che si addormenta al volante e fai migliaia di morti, o credi che una autocisterna piena di idrogeno a nmila bar possa resistere ad ogni impatto?

Idem discorso rifornimento, tu ce li vedi i benzinai tra i palazzi in zone densamente abitante con sotto stoccate quintali di idrogeno?

Auguri

ironmel

Kree?

ironmel

"Da maneggiare con cura, l'idrogeno è contenuto in speciali contenitori", ma visto il tuo commento mi sa che sono incappato nuovamente nell'errore di pensare che fosse cosa nota e bastasse il riferimento :(

LaVeraVerità

Intendevo che la tecnologia per lavorare, trasportare e stoccare l'idrogeno è nota da 100 anni. Non c'è da inventare nulla di nuovo. Così come sono noti i metalli adatti allo stoccaggio, le pressioni di esercizio e le procedure operative.

Giulk since 71'

Ti farei notare che l'auto gli devi fare il pieno? vai in raffineria a fare li pieno?

Tony Musone

ironmel

Bell'articolo, come al solito ma temo che diamo alla parola "detrattore" due significati diversi oppure non ho capito il senso di quella frase ;)

LaVeraVerità

I serbatoi di stoccaggio esistono già nelle raffinerie, cosa risolta.

Giulk since 71'

Sbaglio io o nell'articolo non si cita l'elemento per me più "contro" per l'idrogeno, ovvero che è altamente esplosivo, se molte auto andassero a idrogeno ci dovranno essere punti di rifornimento che vanno riforniti, quindi camion cisterna idrogeno, praticamente se scoppia tiri via mezza città, senza contare i serbatoi di stoccaggio dei punti di rifornimento, come la risolviamo la cosa?

LaVeraVerità

"Trovo l'idea affascinante"

https://uploads.disquscdn.c...

Firmato Michael Bay

LaVeraVerità

E la corrente per l'elettrolisi (solo per fare un esempio) ti viene da un ponte di Einstein-Rosen grazie alla gentile collaborazione di qualche razza aliena evoluta?

FCava

per elettrolisi separi idrogeno ed ossigeno. li invii separati alla FC che li rimischia. Come prodotto di scarto hai H2O. Reinvii l'H2O al serbatoio. Al max compensi con H2O quando necessario. Solo che, al momento, non esiste la tecnologia adatta

LaVeraVerità

Il vero problema per cui l'idrogeno non decolla, e non vengono fatti i giusti investimenti in questo campo, è che l'idrogeno è anarchico per sua natura e sfugge a qualsiasi tentativo di controllo. E' ubiquo e può rendere libero chi lo adotta dalla schiavitù delle multinazionali energetiche e dai governi.
Ha la stessa forza dirompente, in tema di libertà, della internet degli albori.

LaVeraVerità

La tua ipotesi mi sembra impertinente.

FCava

la tua risposta mi sembra pertinente...

LaVeraVerità

Tutti dobbiamo morire, tu perchè non vuoi?

LaVeraVerità

E se mio nonno avesse le ruote sarebbe una carriola.

FCava

Se si riuscisse a sviluppare un sistema rapido, piccolo ed economico per scindere ossigeno ed idrogeno, si può fare un sistema quasi chiuso ad acqua

ironmel

intorno al 50%, il doppio del cng

Basta un bambino che ce l'abbia con te e sei spacciato!

https://uploads.disquscdn.c...

Mi stupisce sempre come Hyundai riesca a proporre vetture completamente nuove e con tecnologie innovativissime in così poco tempo. Altri portano vetture simili ai saloni da oltre 20 anni e ancora non sono riusciti a commercializzare niente (vedi la Up! elettrica in giro per i saloni dal 2002). Sembra che gli unici 2 a riuscire a capire cosa vuole la gente e trovare la clientela giusta, sia Toyota e Hyundai. Gli altri sono solo ancora capaci a criticare e dare notizie fasulle per ridurre la quantità di vendita dei leader in questo settore.

Quanto é l'efficienza del motore? Perdere 70% di energia per lo stoccaggio non é grave se poi non se ne perde troppa col motore. In fondo anche il motore termico perde 70% in calore.

Inoltre, basti sapere che in Germania, le centrali hanno la possibilità di disattivare i pannelli solari delle case, per evitare picchi durante le ora di punta perché appunto a mezzogiorno producono molto di più rispetto a quello che viene consumato (fino a 3 anni fa addirittura la Germania pagava altri paesi per farsi prendere l'energia perché la produzione di energia rinnovabile era troppo elevata).

Top Cat

Penso che sia una questione complessa.
Tipo che andare ad idrogeno è come avere a bordo una centrale di produzione elettrica.
Mentre quelle solo elettrico, dal punto di vista concettuale, no ed è più sicura strutturalmente.

Tetsuya Akira

tutto molto bello, ma la domanda sorge spontanea.
Essendo l'idrogeno altamente esplosivo, quanto è oggettivamente sicuro viaggiare su un auto ad idrogeno e cosa si rischia in caso di impatto con altra vettura o perdita da qualche tubo dovuta all'enorme pressione a cui il sistema è sottoposto?

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