Veicoli elettrici - mobilità - tecnologie - ambiente - energia rinnovabile. L'esaurimento delle risorse e le conseguenti ripercussioni politiche ed economiche rendono necessario ridurre la dipendenza dall'importazione di prodotti petroliferi e spingere quindi verso lo sviluppo di fonti energetiche alternative. I veicoli elettrici possono utilizzare tecnologie e risorse nel modo più efficiente.


domenica 5 agosto 2007

La sciocchezza dell'idrogeno nella trazione

Potevamo scegliere vari titoli per trattare l'argomento cioè:

- L'idrogeno è nemico delle rinnovabili
- La sciocchezza dell'idrogeno nella trazione
- Investire sul veicolo ad idrogeno è improvvido

Poi abbiamo scelto quello più pacato. leggete e commentate.

Veicoli stradali (bus o auto pari sono).
I combustibili fossili sono in declino e il loro esaurimento è da considerare ormai talmente vicino che abbiamo poco spazio per sbagliare obiettivo per la trovare un loro sostituto. Da subito si deve pensare ad una rapida transizione dall’uso dei combustibili fossili a quello di altre fonti di energia che non potranno non essere che rinnovabili. Sappiamo bene che l' energia sarà sempre più costosa e difficile da reperire in quantità sufficiente da soddisfare tutte le nostre necessità, quindi l'uso dovrà essere razionale e indirizzato al minor spreco possibile. I trasporti rappresentano un buon 60% dei consumi totali di energia derivata dal petrolio e sempre più spesso si sente parlare di idrogeno quale soluzione definitiva. Questa è anche l'ipotesi rifkiana di una economia diffusa basata sull'idrogeno. Niente è più sbagliato. Una presunta e avventata soluzione 'idrogeno' ci può portare a conseguenze disastrose, semplicemente perché l'idrogeno non è una fonte di energia ma solo un vettore. Tradotto in altre parole: ci vuole energia per estrarre l'idrogeno da un qualche cos'altro idrocarburi o acqua. Considerando esauriti gli idrocarburi, l'unica 'fonte' da cui estrarre l'idrogeno è l'acqua. Detto questo passiamo a trattare l'argomento dei veicoli stradali utilizzando delle cifre sia pur approssimative ma abbastanza vicine alla realtà, tanto che a nostro avviso renderanno chiaro che ogni presunto appeal dell'idrogeno nei trasporti è inverosimile e che invece esiste un solido e concreto appeal della soluzione data dai veicoli elettrici a batterie.

Qui sono messi a confronto tre tipologie di veicoli per valutare quale sia il costo energetico di ciascuno di essi.
Come abbiamo detto precedentemente la produzione di energia elettrica è da fonte rinnovabile, la più pulita in assoluto (fotovoltaico, eolico tradizionale, eolico ad alta quota, idroelettrico).

Prendiamo in considerazione:

1- un veicolo con motore a scoppio alimentato da idrogeno (H2ICE)
2- un veicolo con motorizzazione elettrica fuel cell a idrogeno (H2FC)
3- un veicolo con motorizzazione elettrica e accumulatori elettrochimici cioè batterie (BEV)

Sappiamo che :

a) la dispersione delle linee elettriche è circa del 10% (rendimento del 90%)
b) il rendimento degli idrogenodotti è del 90%
c) il motore H2 a combustione interna ha un rendimento medio del 25%, 45% a regime
d) il rendimento del miglior apparecchio di elettrolisi per produrre idrogeno è dell'85%
e) il rendimento media di una fuel cell è del 54%
f) il rendimento di un caricabatterie è dell' 89%
g) le batterie hanno un rendimento del 90%
h) il rendimento di un inverter/motore elettrico è del 90%


Da cui si ricava :

I- per un veicolo con motore a scoppio alimentato da idrogeno H2ICE = b x d x c
II- per un veicolo con motorizzazione elettrica fuel cell a idrogeno H2FC = b x b x e x h
III- per un veicolo con motorizzazione elettrica e batterie BEV = a x f x g x h x i

Ipotizziamo che i veicoli abbiano bisogno di 100 kWh di energia alle ruote per compiere un determinato percorso.
Quanta energia è necessario produrre nell'impianto a monte (FV, eolico, idroelettrico) per dare 100 kWh?

Utilizziamo le formule I, II e III.

I- 522,9 kWh
II- 269,0 kWh
III- 154,1 kWh



Da questi calcoli si deduce che

1. l'uso di un motore a scoppio alimentato da idrogeno è assolutamente sconsigliato per il suo basso rendimento mdio che si riduce (fino a dimezzarsi) se il veicolo circola in città, richiedendo rispettivamente quasi 523 kWh e 1.100 kWh alla fonte per averne disponibili 100 kWh per il movimento.
2. Migliore è la situazione di un veicolo con motorizzazione elettrica, fuel cell alimentate da idrogeno compresso in bombole stivate a bordo del veicolo. Si richiedono 269 kWh alla centrale
3. Il veicolo elettrico a batterie risulta essere quello che ha il rendimento migliore, richiedendo solo 155 kWh dalla centrale.

Da questo semplice calcolo se ne deduce che se noi vogliamo realizzare una mobilità pubblica (tram o metropolitane non rientrano in questo discorso) che consumi minor energia dobbiamo pensare solo a sfruttare la potenzialità enorme insita nei veicoli elettrici, partendo da una premessa essenziale che è data dalla consapevolezza che nel futuro, sempre di più, dovremo fare ricorso, perché non c'è alternativa, a energia prodotta da fonti rinnovabili preziosa e costosa .


Andiamo più nel concreto
Se una città richiedesse l'impiego di x bus per y chilometri, saremmo costretti a consumare energia pari a 1.z MWh se questi bus fossero elettrici, 1,7.z MWh con bus H2FC e addirittura 3,4.z MWh a motore a scoppio con idrogeno (7.z MWh nel caso in cui l'utilizzo è solo in percorsi ad alto traffico cittadino).



(Energia da impiegare per x bus)

Ma vediamo l'argomento anche da un altro punto di vista per arrivare alla stessa conclusione: se noi avessimo a disposizione 1z MWh quanti autobus potremmo mettere a disposizione in una città?
Se x è il valore di riferimento per i bus elettrici e mettiamo che siano 100, i bus H2FC sarebbero 57 e solo 30 gli H2ICE (15 considerando il rendimento di un motore a scoppio funzionante esclusivamente in città) .

100 elettrici contro 57 a fuelcell contro 30 motore a idrogeno (15 traffico intenso).



(Numero di bus utilizzabili avendo a disposizione 1z MWh)

Spreco e minor servizio dei bus a idrogeno nei confronti dei bus elettrici.
Ripetiamo che in uno scenario abbastanza vicino nel tempo in cui l'energia sarà da considerare sempre più preziosa e dovrà essere considerato illogico sprecarla, questi dati dovranno essere presi in grande e seria considerazione.

Le tecnologie in campo
Veicolo tutto elettrico. I motori, le apparecchiature elettriche ed elettroniche quali gli inverter/azionamenti, i caricabatterie sono tutti reperibili nel mercato di oggi con una affidabilità altissima (decine di migliaia di ore e in alcuni casi fino ad arrivare a centinaia di migliaia di ore, che equivalgono ad una decina di milioni di chilometri. Le vecchie batterie avevano a loro svantaggio il peso, i tempi di ricarica e la durata; oggi, le nuove batterie al litio stanno rivoluzionando il mondo dei veicoli elettrici. Le nuove tecnologie hanno permesso di diminuire il peso, di erogare energia in quantità tale da rendere un v.e. più performante di un veicolo a trazione endotermica, di ridurre i tempi di ricarica a pochi minuti, di allungare la vita delle batterie a centinaia di migliaia di km corrispondenti. Per le batterie sono ancora possibili miglioramenti. Tutta la componentistica del veicolo elettrico è disponibile da subito.

Veicolo ad idrogeno. Come detto sopra, è da scartare l'opzione del motore a scoppio con carburante idrogeno.
Il veicolo a fuel cells carburante idrogeno. Comunque è un veicolo. Le fuel cell hanno una vita operativa ancora troppo breve, sono delicate. Lo stoccaggio a bordo dell'idrogeno è voluminoso o pesante. La normativa pressoché inesistente. Immaginiamo una città con veicoli che hanno a bordo bombole ad alta pressione. Oggi, subito, ora, non potrebbero essere messi su strada 57 bus H2FC per trasportare passeggeri in una città. Al contrario, oggi, subito, ora, potrebbero essere messi su strada 100 bus BEV per trasportare passeggeri in una città.

Riassumendo. Investire sul veicolo ad idrogeno è improvvido.

MondoElettrico

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7 commenti:

Anonimo ha detto...

ma non eravate in ferie???
scherzo.....bravi bravi...avanti con l informazione...visto che ne esiste talmente poca e poco seria!

Anonimo ha detto...

salve sono sempre io.....una domanda,
premetto che sono sostenitore dell'elettrico anzichè le fuell cell...
mi sorge una domanda,
ma oggi come oggi quanto "inquina" una batteria al litio o super litio"?
nel senso...finito il loro ciclo di tot ricariche...quanto sono reciclabili....e quanto viena "buttato" via?
Ci sono in cantiere batterie ancora più "ecologiche" oppure il litio sarà dominante in questo tipo di trazione?

Anonimo ha detto...

possiamo indicare la tesla car come la Ferrari delle auto elettriche...ma non credo sia utopia immaginare delle auto elettriche dotate di una speciale carrozzeria in grado di assorbire energia solare e sostenere ulteriormente (alla rete elettrica) la batteria quando la macchina e in movimento e ferma...

Anonimo ha detto...

Il vantaggio dell'idrogeno è che può essere prodotto a prezzi ridottissimi dal nucleare di nuova generazione, ma può essere comodamente prodotto anche dalle fonti rinnovabili. I discorsi sul rendimento, secondo me, lasciano il tempo che trovano. Ricordiamo che per ottenere 1 litro di petrolio ne servivano circa 30 ad inizio secolo e circa 5 ora, eppure l'economia al petrolio si è sviluppata enormemente in questo secolo...
Il sole fornisce una quantità di energia circa 300.000 volte al fabbisogno elettrico mondiale. Basterebbe sfruttare una minima parte di questa energia (con eolico, fotovoltaico, biomasse, ecc...) per poter produrre a costo zero (a parte ovviamente l'ammortamento degli impanti) tutta l'elettricità e tutto l'idrogeno che il genere umano richiede...
Tra l'altro sono in fase di test catalizzatori per fuelcells basati sul carbonio anziché sul platino, il che permetterebbe di rendere molto economiche anche le celle a combustibile

Anonimo ha detto...

@anonimo: la nuova generazione di nucleare a cui ti riferisci immagino sia la IV, le previsioni indicano che non sarà commercialmente operativa prima del 2030. Quindi mi pare prematuro dire che l'idrogeno possa essere prodotto a prezzi ridottissimi da esso. Il tuo discorso funzionerebbe solo se si usasse un ciclo termochimico (quello ad acido solforico-iodio per esempio) accoppiato a una centrale nucleare per produrre idrogeno senza passare dalla generazione di elettricità. In questo caso forse il sistema fissione>calore>idrogeno>fuel cell>motore elettrico sarebbe competitivo per rendimento rispetto al sistema fissione>calore>elettricità>batteria>motore elettrico.
Ma al momento non esistono simili impianti.
In caso contrario e cioè se ci si limitasse a produrre elettricità nelle centrali nucleari, si rientrerebbe nell'analisi tratteggiata nel post.

"Ricordiamo che per ottenere 1 litro di petrolio ne servivano circa 30 ad inizio secolo e circa 5 ora". Qui credo che ti sbagli, forse volevi dire che con un litro di petrolio investito, all'inizio del secolo se ne ottenevano 30 e ora solo 5. E infatti il prezzo del petrolio è andato aumentando da allora anche per questo.

Anonimo ha detto...

Per anonimo...anche l'urano non cresce sugli alberi...
l'unica speranza per il nucleare oggi sarebbe la fusione fredda...
studiosi Italiani ci erano riusciti ma gli hanno insabbiato tutto...
qui il filmato:
http://it.youtube.com/watch?v=eDCcl2IZzHA

mauriziodaniello ha detto...

Dimentichi nel calcolo che una struttura che sfrutta l'idrogeno pesa molto di più di una struttura che sfrutta le batterie al Litio. Dunque nel caso dell'autotrazione questo è importantissimo nei fini di calcolare il rendimento.

Altro fatto sono i costi di manutenzione! I sistemi ad idrogeno or ora (ma dubito un buon miglioramento) sono complicati e delicatissimi al confronto di un sistema ad batterie.

Certo il calcolo sarebbe complicatissimo ed esulerebbe dalla mera informazione.

L'idrogeno va bene per stivare grandi energie in un magazzino e basta.

Ciao

NDR: Tutte le batterie sono riciclabili, sottostà il fatto che per avviare un riciclaggio devono essere in gran numero e sarebbe meglio che non contengano liquidi o Piombo.