Run on Less with Hydrogen Fuel Cells – RMI

Run on Less with Hydrogen Fuel Cells

Originalmente pubblicato su ACT news.

Anche se i veicoli a celle a combustibile a idrogeno (FCEV) sono in giro dagli anni ’60, sono emersi di recente come una potenziale soluzione per decarbonizzare il trasporto pesante. Nikola Motors ha appena annunciato di aver raccolto 1 miliardo di dollari di finanziamenti per la sua tecnologia di veicoli a idrogeno, aggiungendo alcuni nuovi partner sostanziali tra cui CNHI e Bosch. All’inizio di quest’anno, l’azienda ha anche lanciato una tabella di marcia audace per 700 stazioni di rifornimento a livello nazionale e si è assicurata una partnership di 800 veicoli con Anheuser-Busch per aiutare a decarbonizzare la sua flotta di trasporto. Cosa rende i FCEV una buona scelta per decarbonizzare il trasporto pesante? Esaminiamo le somiglianze, i vantaggi e le sfide dei FCEV rispetto ai camion convenzionali a combustione interna.

È lo stesso, solo meglio

Uno dei vantaggi dei FCEV è che l’idrogeno utilizza un’infrastruttura di rifornimento simile a quella dei camion convenzionali. Questo significa che i FCEV potrebbero essere riforniti nelle aree di servizio esistenti in tutto il paese e l’esperienza di rifornimento sarebbe simile. Un camion può essere riempito di idrogeno in meno di 15 minuti e il processo di rifornimento di un FCEV è simile al rifornimento di un camion diesel; il gas di idrogeno viene pompato nel serbatoio del veicolo utilizzando una pompa del gas e un ugello che è simile a una pompa diesel tradizionale.

Un altro vantaggio è la densità energetica dell’idrogeno. Il diesel ha una densità energetica di 45,5 megajoule per chilogrammo (MJ/kg), leggermente inferiore alla benzina, che ha una densità energetica di 45,8 MJ/kg. Al contrario, l’idrogeno ha una densità energetica di circa 120 MJ/kg, quasi tre volte più del diesel o della benzina. In termini elettrici, la densità energetica dell’idrogeno è pari a 33,6 kWh di energia utilizzabile per kg, contro il diesel che contiene solo circa 12-14 kWh per kg. Ciò significa che 1 kg di idrogeno, usato in una cella a combustibile per alimentare un motore elettrico, contiene circa la stessa energia di un gallone di diesel. Prendendo questo in considerazione, Nikola sostiene che i suoi veicoli possono ottenere tra 12 e 15 mpg equivalenti, ben al di sopra della media nazionale per un camion diesel, che è di circa 6,4 mpg.

Le trasmissioni elettriche sono anche più efficienti dei motori a combustione interna. Con un motore a combustione interna, circa il 50% dell’energia generata viene trasferita in calore; ma i propulsori elettrici perdono solo il 10% della loro energia in calore. Questa differenza di efficienza mostra quanto i consumatori stanno perdendo con motori a combustione interna meno efficienti.

Il prezzo è un altro attributo attraente dell’idrogeno. I prezzi del diesel sono attualmente in bilico vicino a $3.00 per gallone, e con la recente riduzione della produzione di petrolio dell’Arabia Saudita, è ragionevole aspettarsi ulteriori aumenti di prezzo per il diesel. Ma sul fronte dell’idrogeno, una recente analisi di Bloomberg New Energy Finance suggerisce che il prezzo di produzione per chilo di idrogeno potrebbe essere di 1,40 dollari per chilogrammo in circa un decennio.

Quando si tratta di trasporto pesante, il peso conta. I FCEV offrono la stessa coppia elevata dei veicoli elettrici a batteria, ma con un peso inferiore. Un esempio è la differenza di peso stimata tra l’elettrico a batteria Lion 8 e l’idrogeno fuel cell Nikola One; il Lion 8 ha un pacco batterie da 480 kWh con una gamma di 250 miglia, che equivale a circa 2-5 tonnellate. Un Nikola One, con un’autonomia di circa 500-750 miglia, si stima che abbia un pacco batterie da 250 kWh, che probabilmente peserebbe circa 2,5-3 tonnellate.

Prendendo in considerazione questi fattori, c’è un chiaro percorso per l’idrogeno per essere un carburante alternativo a basso contenuto di carbonio, a basso costo e basso peso per i camion pesanti. Tuttavia, i camion FCEV non sono privi di sfide.

Non è facile essere verdi

Anche se l’idrogeno gassoso non ha colore o odore, per sostenere la decarbonizzazione del trasporto pesante avremo bisogno di idrogeno verde e molto. L’idrogeno verde, chiamato anche idrogeno rinnovabile, è l’idrogeno prodotto usando solo energia rinnovabile, tipicamente attraverso il processo di elettrolisi. L’elettrolisi dell’acqua usa l’elettricità per separare l’acqua in idrogeno gassoso (H2) e ossigeno (O2), convertendo l’energia elettrica in energia chimica. Ci sono ancora domande su quanto velocemente la produzione di idrogeno verde possa scalare; la capacità di produzione per gli elettrolizzatori sta solo iniziando ad aumentare in modo significativo.

Le principali sfide con l’idrogeno riguardano il trasporto e lo stoccaggio. L’idrogeno è prodotto in forma gassosa e deve essere immagazzinato sotto pressione o liquefatto direttamente. Entrambi questi processi richiedono energia supplementare, che può provenire o meno da fonti rinnovabili. Ci sono metodi emergenti che usano legami chimici (tipicamente indicati come vettori liquidi di idrogeno organico) o ammoniaca per trasportare l’idrogeno in uno stato stabile. Questi metodi non richiedono pressione o liquefazione criogenica, e quindi richiedono meno energia per trasportare e conservare l’idrogeno. Tuttavia, la tecnologia è ancora in una fase relativamente iniziale di sviluppo e non è pronta per l’adozione su larga scala.

Un’altra soluzione alle sfide del trasporto e dello stoccaggio è stata quella di concentrarsi sulla produzione localizzata. Nikola ha collaborato con Nel e Bosch per fornire una rete di stazioni locali di produzione di idrogeno che utilizzano fonti di energia rinnovabili ed elettrolizzatori, tagliando così fuori la catena logistica della fornitura convenzionale di diesel e benzina. In futuro, potremmo anche utilizzare potenzialmente l’infrastruttura del gas naturale per trasportare l’idrogeno, riducendo la necessità di sviluppare grandi infrastrutture. Questo potrebbe anche offrire un mezzo per fornire idrogeno da hub di produzione centrale piuttosto che costruzioni localizzate.

Un altro svantaggio dell’idrogeno è la gamma. Secondo Nikola, l’autonomia di un camion a celle a combustibile è di 500-750 miglia, a seconda del carico e del terreno; i camion Toyota Kenworth FCEV hanno un’autonomia di circa 300 miglia. Questo impallidisce in confronto ai camion diesel, che possono andare ben oltre 1.000 miglia senza rifornimento. Tuttavia, con i conducenti limitati a 500 miglia al giorno, questo fattore potrebbe non causare un’interruzione significativa della pratica standard.

Quanto presto è ora?

Anche se ci sono delle sfide, il tempo per l’idrogeno è ora, ed ecco perché:

Siamo testimoni di una maggiore pressione normativa e della domanda del settore. L’Unione europea si è impegnata a eliminare i veicoli a benzina e diesel entro il 2030. Allo stesso tempo, gli standard di carburante pulito e gli investimenti associati in California e Canada stanno creando la base politica per il cambiamento. Hyundai sta pianificando la produzione di fino a 700.000 FCEV all’anno entro il 2030, e il Giappone punta a 800.000 FCEV entro il 2030. E, con i costi della tecnologia che si prevede raggiungeranno il pareggio con i camion diesel in diversi mercati, c’è uno slancio significativo e investimenti nell’idrogeno.

Più progetti che utilizzano sempre più le tecnologie delle celle a combustibile, più potenziale di riduzione dei costi e investimenti nella tecnologia. L’impegno della Cina di portare 1 milione di veicoli a celle a combustibile sulle strade entro il 2030 (con 7,6 miliardi di dollari investiti nel settore dei camion pesanti) offre un enorme potenziale per significativi progressi nell’efficienza e nei costi dei veicoli a celle a combustibile.

L’idrogeno ha visto false albe prima, ma questa alternativa a basse emissioni di carbonio è stata spinta da alcune delle più grandi aziende del pianeta in più settori. Toyota Kenworth ha una lunga storia di sviluppo di camion con tecnologia a celle a combustibile e nel 2019 ha aggiunto 10 T680 da utilizzare al porto di Los Angeles e in tutta la California meridionale. Shell ha recentemente investito molto negli elettrolizzatori di idrogeno su larga scala, che offrono un’opzione a zero carbonio per la produzione di idrogeno. All’inizio di questo mese, Cummins ha acquisito un elettrolizzatore leader di mercato e un’azienda di produzione di celle a combustibile, Hydrogenics, per 290 milioni di dollari. Questi sono tutti segnali di un serio impegno da parte dei leader del settore per muoversi nello spazio dell’idrogeno e delle celle a combustibile.

Rocky Mountain Institute (RMI) sta lavorando per identificare le opportunità per l’idrogeno verde per accelerare la decarbonizzazione in settori che hanno lottato per fare progressi, e stiamo solo ora iniziando a vedere il ruolo e la posizione che questa tecnologia può avere nella decarbonizzazione del settore dei trasporti. Ci auguriamo che vi uniate a RMI e al North American Council for Freight Efficiency (NACFE) per una tavola rotonda sull’idrogeno nel settore dei trasporti su strada l’8 ottobre.