Dalla Germania il motore a idrogeno che raggiunge il 60% di efficienza

I motori diesel più avanzati oggi in circolazione raggiungono un’efficienza compresa tra il 40 e il 50%. Questo vuol dire che di tutta l’energia contenuta nel carburante, meno della metà si trasforma in lavoro utile; il resto si disperde sotto forma di calore. È un limite fisico difficile da superare, legato ai principi della termodinamica del ciclo di combustione. Un gruppo di ricerca dell’Università Otto-von-Guericke di Magdeburgo in Germania ha sviluppato un motore a idrogeno a ciclo chiuso che supera questa soglia, raggiungendo un’efficienza superiore al 60%.

Come funziona

Per capire meglio quanto e come questo motore possa raggiungere un’efficienza così elevata è necessario capire cosa si intende esattamente per “efficienza”. Come detto è la percentuale di energia chimica contenuta nel combustibile che viene convertita in energia meccanica. Un motore con efficienza del 60% trasforma in movimento 60 joule su 100 disponibili, disperdendone solo 40 sotto forma di calore. Per contestualizzare il dato è utile sapere che un motore a benzina di un’auto comune si ferma attorno al 30-35%, mentre un motore diesel ben progettato arriva al 45-48%.

Questi numeri sono così “bassi” perché c’è un limite teorico massimo che per qualsiasi macchina termica. Questo limite è stabilito dal ciclo di Carnot e dipende dalla differenza di temperatura tra la fase calda e quella fredda del ciclo. Il motore di Magdeburgo aggira in parte questo vincolo lavorando con una chimica diversa e un sistema chiuso, senza i vincoli imposti dall’espulsione dei gas di scarico.

Il funzionamento, infatti, si discosta da quello di qualsiasi motore convenzionale. Un diesel aspira aria, brucia carburante ed espelle gas di scarico. Questo propulsore lavora invece con una miscela chiusa di tre elementi, ovvero idrogeno, ossigeno e argon. L’idrogeno fornisce l’energia, l’ossigeno consente la combustione, mentre l’argon è un gas nobile inerte che non brucia e non reagisce ma crea condizioni termodinamiche favorevoli alla combustione controllata.

Dopo ogni ciclo la miscela non viene espulsa ma raffreddata, trattata e rimessa in circolazione. L’acqua prodotta dalla reazione viene separata, l’idrogeno residuo viene liquefatto e recuperato. Il risultato, almeno in teoria, è un motore senza tubo di scarico e senza emissioni dirette. L’assenza di azoto nel circuito elimina inoltre alla radice la formazione degli ossidi di azoto, tra gli inquinanti più problematici dei motori diesel.

Un motore… non per le auto

Il progetto, condotto insieme a WTZ Roßlau gGmbH e finanziato dal Ministero federale tedesco dell’Economia e dell’Energia, non punta alle automobili. Il professor Hermann Rottengruber, che guida il gruppo di ricerca, ha chiarito che la tecnologia è pensata per applicazioni che richiedono potenza elevata, funzionamento prolungato e robustezza in condizioni difficili. Camion a lungo raggio, navi, generatori, macchine agricole e da cantiere.

Restano però dei problemi e delle criticità. La densità di potenza del sistema è ancora limitata, perché la quantità di idrogeno iniettabile per ciclo ha dei vincoli tecnici. C’è poi un rischio di accumulo di anidride carbonica nel circuito chiuso, causato dalla combustione dell’olio lubrificante (un fenomeno che nel tempo può ridurre sia l’efficienza che la potenza). Entrambi i punti sono indicati dagli stessi ricercatori come priorità per lo sviluppo futuro.

Va poi anche detto che il 60% di efficienza è un dato notevole, ma si tratta di un risultato ottenuto su un banco prova a singolo cilindro in condizioni controllate. Quindi non su un motore completo, non su un veicolo reale, non in condizioni operative variabili.