Quando si tratta di nuove fonti energetiche, l’energia eolica, l’energia idroelettrica, l’energia solare e l’energia nucleare sono tutte ben note e la maggior parte di esse sono predilette dal mercato dei capitali. Tuttavia, l’idrogeno, in quanto contendente altrettanto importante, è rimasto relativamente sconosciuto e manca di una forte visibilità. Tuttavia, i tempi stanno cambiando. Lo Shanghai Import Expo del novembre 2021 ha rotto questo schema intrinseco. La giapponese Toyota ha presentato per la prima volta in Cina l'autovettura Mirai a celle a combustibile a idrogeno di seconda generazione. Vanta un’autonomia massima di 850 chilometri, superando in un colpo solo la maggior parte dei veicoli a nuova energia alimentati al litio.
Al giorno d'oggi, il cosiddetto "veicolo alimentato a idrogeno" si riferisce specificamente alle automobili con celle a combustibile a idrogeno. Tuttavia, a differenza delle batterie agli ioni di litio, le celle a combustibile a idrogeno sono essenzialmente dispositivi che generano energia elettrica attraverso una reazione chimica tra idrogeno e ossigeno. Il sottoprodotto finale di questa reazione chimica è esclusivamente l'acqua, a differenza dei combustibili convenzionali veicoli che emettono sostanze come ossidi di carbonio, ossidi di azoto e ossidi di zolfo, per cui l'idrogeno è considerato una fonte energetica in grado di raggiungere "emissioni zero".
Nelle celle a combustibile a idrogeno, il titanio svolge un ruolo cruciale.Le piastre bipolari realizzate in titanio nelle celle a combustibile a idrogeno possiedono spessore sottile, eccellente conduttività, buone proprietà termiche, elevata resistenza meccanica ed efficiente isolamento del gas. Queste caratteristiche aiutano a migliorare la densità di potenza della cella. Il veicolo giapponese a celle a combustibile Toyota MIRAI utilizza piastre bipolari realizzate in titanio. Inoltre, lo strato di diffusione del gas (GDL o PTL), che costituisce il 17% del costo dell'elettrolizzatore, utilizza titanio di grado industriale ad alte prestazioni come materiale di base dell'anodo, consentendo il raggiungimento della massima attività.
Il principio di funzionamento di base delle celle a combustibile a idrogeno prevede che l'idrogeno passi attraverso il catalizzatore (platino) sull'elettrodo positivo della cella, dove si decompone in elettroni e ioni idrogeno. Gli ioni idrogeno si muovono quindi attraverso una membrana a scambio protonico per raggiungere l'elettrodo negativo, dove reagiscono con l'ossigeno per formare acqua e calore. Contemporaneamente, gli elettroni fluiscono dall'elettrodo positivo attraverso un circuito esterno all'elettrodo negativo, generando energia elettrica.
In termini semplici, l’idrogeno e l’ossigeno si combinano all’interno della cella a combustibile, producendo elettricità e acqua. L'elettricità alimenta il veicolo, mentre l'acqua è l'unico sottoprodotto espulso dal veicolo.
Da questo principio operativo, i vantaggi significativi delle celle a combustibile a idrogeno sono triplici:
Innanzitutto, la pulizia: L'unico sottoprodotto è l'acqua, evitando le emissioni di anidride carbonica.
In secondo luogo, la sicurezza:Il processo elettrochimico che guida le celle a combustibile a idrogeno mitiga i rischi di combustione spontanea o esplosioni, a differenza dei sistemi basati sulla combustione.
In terzo luogo, la comodità: Hil gas idrogeno può essere compresso, facilitandone il trasporto e lo stoccaggio.
È importante notare che la cella a combustibile nei veicoli alimentati a idrogeno è diversa dalle batterie chimiche convenzionali. Una cella a combustibile facilita una reazione elettrochimica tra idrogeno e ossigeno senza combustione, producendo acqua come sottoprodotto e rilasciando energia elettrica.
L'energia elettrica nei veicoli a celle a combustibile a idrogeno viene generata istantaneamente attraverso la reazione tra l'idrogeno immagazzinato e l'ossigeno atmosferico all'interno della pila di celle a combustibile, a differenza dei veicoli elettrici che immagazzinano energia da una rete esterna prima di utilizzarla. Pertanto, nonostante il nome "cella a combustibile" nei veicoli a idrogeno, il loro processo di rilascio di energia è più simile ai motori a combustione interna (che reagiscono alla benzina con l'ossigeno esterno) che al processo di accumulo dell'energia nei veicoli elettrici.
Analogamente ai veicoli con motore a combustione interna, il componente più costoso in un veicolo a celle a combustibile a idrogeno è il dispositivo di generazione di energia piuttosto che il dispositivo di accumulo dell'energia (ad esempio, nei veicoli elettrici, il componente più costoso è la batteria, e all'interno della batteria, è l'anodo, il catodo e l'elettrolita). Nello specifico, si tratta della pila di celle a combustibile piuttosto che del serbatoio di stoccaggio dell'idrogeno.
A causa del costo relativamente elevato dei sistemi di celle a combustibile a idrogeno, in particolare dello stack di celle a combustibile, la fase attuale vede i costi di produzione dei veicoli a idrogeno superiori a quelli dei veicoli elettrici puri e dei tradizionali veicoli con motore a combustione. Questo fattore di costo rimane un vincolo significativo nello sviluppo del settore dei veicoli a celle a combustibile a idrogeno.
