Idrogeno: la questione della scelta del combustibile

I primi giorni della “carrozza senza cavalli” furono caratterizzati da un vero e proprio vortice tecnologico. Le industrie facevano a gara per determinare quale motore si sarebbe usato in futuro. Nel 1900 c’erano tre candidati – i motori alimentati a batteria elettrica, che rappresentavano il 40% del mercato, i motori a vapore, che occupavano un altro 40% e i motori a combustione interna alimentati a benzina, che rappresentavano il rimanente 20%. Oggi è difficile crederlo, ma ci vollero due decenni perché il motore a combustione interna si affermasse come tecnologia dominante.

Sembra che la stessa cosa debba accadere, nei prossimi decenni, per superare la combustione interna. Con l’approssimarsi della commercializzazione delle celle a combustibile, le aziende dei trasporti ed energetiche stanno conducendo test e discutendo sul tipo di veicolo che verrà prodotto in serie e sul combustibile che dovrà essere distribuito attraverso apposite condotte e presso stazioni di rifornimento oppure attraverso infrastrutture ancora diverse. Queste opzioni vanno dall’impiego a bordo di sistemi di reforming della benzina e del metanolo allo stoccaggio ed uso di idrogeno gassoso e liquido direttamente a bordo. Nonostante possa non esserci un solo “vincitore”, come avvenne un secolo fa, alcuni approcci potranno diventare dominanti ed escludere gli altri per molti anni, con importanti ripercussioni. Una domanda particolarmente importante è se le implicazioni ambientali della scelta del combustibile – da cui sarà derivato l’idrogeno – siano state adeguatamente considerate nelle strategie per lo sviluppo delle auto con celle a combustibile.

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Una possibile strada per risolvere questi problemi è comparare i benefici ambientali derivanti dal passaggio ai veicoli con celle a combustibile, attraverso valutazioni del tipo “well-to-wheels” (“dalla fonte alle ruote”) che esaminano gli impatti ambientali associati all’impiego del combustibile in ciascuna fase, dalla produzione, alla distribuzione e all’utilizzo finale e possono basarsi sulla misurazione sia delle emissioni che dei consumi di risorse ed energia. Fino ad ora, molti studi si sono concentrati sulle emissioni globali di gas serra derivanti da diversi sistemi di produzione dell’idrogeno. Ciascuno di questi studi suggerisce una serie di approcci, ipotesi e conclusioni che hanno stimolato un importante dibattito e anche significativi contrasti. Ma assieme, essi rappresentano un’utile finestra sulla complessità e sull’importanza ecologica del problema della scelta del combustibile.

Uno di questi studi, condotto alla metà del 2000 dal Pembina Institute, un organismo di ricerca canadese, ha esplorato le emissioni “well-to-emissions” (“dalla fonte alle emissioni”) del biossido di carbonio, del metano e dell’ossido di azoto per cinque differenti sistemi di produzione dell’idrogeno sufficiente ad un tragitto in auto di 1.000 chilometri. Queste sono state confrontate con le emissioni medie di un veicolo con motore a combustione interna (si veda figura 9). Lo studio ha mostrato che il reforming decentralizzato del gas naturale comporta le minori difficoltà tecniche e rappresenta il sistema che meglio degli altri risponde al criterio dell’efficienza dei costi, riducendo le emissioni dei gas serra nel suo ciclo di vita di circa il 70% rispetto a quelle dei motori convenzionali. L’elettrolisi decentralizzata, basata su energia da combustibili fossili, ha prodotto una scarsa riduzione – nel caso specifico è stata esaminata una turbina a gas a ciclo combinato – ma potrebbe ottenere tagli delle emissioni significativi se sfruttasse fonti rinnovabili. A confronto, il trattamento a bordo della benzina e del metanolo ha fatto registrare un diminuzione delle emissioni di gas serra minore pari a solo il 20-30%.

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Un’altra recente ricerca well-to-wheels, del marzo 2001, è stata condotta da General Motors congiuntamente allo U.S. Argonne National Laboratory, a BP, ExxonMobil e Royal Dutch/Shell. Sono state esaminate 27 combinazioni di combustibile e sistemi di propulsione al fine di determinare quale fosse più efficiente dal punto di vista energetico e quale producesse le minori emissioni. Dallo studio è emerso che le migliori prestazioni energetiche sono offerte dai veicoli ibridi con celle a combustibile con reforming di benzina e veicoli ibridi con celle a combustibile che utilizzano direttamente l’idrogeno ottenuto da gas naturale. In termini di gas serra, i veicoli ibridi con celle a combustibile e metanolo sono quelli che presentano le minori emissioni, seguiti dai veicoli con celle a combustibile che utilizzano direttamente l’idrogeno. I veicoli ibridi a benzina sono quarti per emissioni di gas serra. Nel comunicato stampa che presentava lo studio, GM annunciava che i suoi risultati erano a favore delle celle a combustibile come “alternativa più pulita ed efficiente” rispetto ai motori tradizionali, “fino a quando saranno sviluppati sistemi di stoccaggio e distribuzione necessari per l’utilizzo diretto dell’idrogeno nelle celle a combustibile.” La GM è uno dei principali sostenitori del reforming di benzina, avendo assunto almeno 200 ingegneri e investito diversi miliardi di dollari, con ExxonMobil, in un progetto finalizzato a farla diventare il primo produttore di automobili ad avere fornito 1 milione di veicoli con celle a combustibile. L’obiettivo è di cominciare la produzione in serie entro il 2010. La società ammette che, alla fine, avverrà il passaggio alle infrastrutture per l’idrogeno e dichiara che il suo obiettivo è quello di trasferire il processo di reforming al di fuori del veicolo e di rendere l’idrogeno disponibile presso le stazioni di rifornimento. Ma crede che collocare il reforming a bordo dei veicoli sia il modo più rapido per introdurre la tecnologia sul mercato.

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Anche i produttori di automobili devono lasciare aperte le loro scelte. La maggior parte delle principali aziende automobilistiche ha effettuato test su almeno un veicolo ad idrogeno diretto. Ferdinand Panik, di DaimlerChrysler, che ha investito sulle celle a combustibile un miliardo di dollari in dieci anni, crede che “l’idrogeno e il metanolo siano le soluzioni più promettenti.” Frank Balog della Ford vede nelle cella a combustibile una “tecnologia in grado di cambiare le regole del gioco…se non fossimo nel business delle celle a combustibile, potremmo non essere più nel business dell’auto.” La sua azienda sta testando sia veicoli a idrogeno diretto che a metanolo. Honda ha presentato sia auto a idrogeno che a metanolo. Nel gennaio 2001, Toyota è entrata a far parte dell’alleanza GM-ExxonMobil per sviluppare auto con celle a combustibile che utilizzano benzina. Nel giugno 2001, Nissan e Renault hanno annunciato che “le auto con celle a combustibile a benzina saranno una loro priorità.”