Il futuro nel campo dell’automobile.
La tecnologia automobilistica è alle soglie di un’altra grande rivoluzione, alimentata dall’idrogeno anziché dal petrolio. Le celle a combustibile nelle quali gli atomi di idrogeno sono scomposti in protoni ed elettroni, che a loro volta azionano motori elettrici emettendo solo vapore acqueo, promettono di rendere le automobili piu ecologiche, ma anche piu sicure, piu confortevoli e meno costose. Inoltre, i veicoli a celle a combustibile favoriranno un’economia energetica piu “verde”, basata sull’idrogeno. Questo processo potrebbe cambiare in modo significativo l’impiego e la produzione dell’energia. Così, i veicoli a idrogeno potrebbero contribuire ad assicurare un futuro in cui la mobilità personale potrebbe essere sostenuta a tempo indefinito.

Una nuova propulsione
Fattori concomitanti lasciano presagire che questo cambiamento sia sempre più probabile. In primo luogo, il motore a combustione interna sta raggiungendo i suoi limiti di sviluppo. I veicoli attuali riescono a convertire solo il 20–25% del contenuto energetico del combustibile in potenza che muove le ruote. Sebbene molte emissioni inquinanti siano state ridotte negli ultimi decenni, la produzione di biossido di carbonio preoccupa per la sua capacità di alterare il clima globale.  Nonostante le nuove tecnologie, l’efficienza di un motore a combustione interna non può superare il 30 per cento, mentre i veicoli a idrogeno sono quasi due volte più efficienti e richiedono perciò solo metà dell’energia. Ancora più significativo il fatto che le celle a combustibile emettano come prodotti di scarico solo acqua e calore. L’idrogeno gassoso può essere estratto da diverse fonti, come il gas naturale, l’etanolo, l’acqua (per mezzo dell’elettrolisi) e, in futuro, da sistemi a energia rinnovabile. Non ultimo, sulla base dell’attuale tasso di crescita della popolazione e del numero di persone che posseggono un’autovettura, si stima che nel 2020  i veicoli in circolazione saranno  più di 1,1 miliardi , rispetto ai circa 700 milioni attuali, e ciò rende sempre più urgente la soluzione dei problemi ambientali.

La rivoluzione della tecnologia delle celle a combustibile è applicata ad un veicolo a trazione elettrica: anziché da una batteria elettrochimica, il motore riceve potenza da una cella a combustibile. L’elettricità è prodotta quando gli elettroni sono sottratti all’idrogeno che passa attraverso una membrana nella cella. La corrente risultante aziona il motore elettrico di trazione, che a sua volta muove le ruote. I protoni dell’idrogeno si combinano poi con ossigeno ed elettroni formando acqua. Usando idrogeno puro un’automobile con celle a combustibile non produce emissioni inquinanti. Anche se è necessaria energia per estrarre l’idrogeno da altre sostanze, l’alta efficienza delle celle a combustibile compensa ampiamente l’energia richiesta per la produzione. Un obiettivo ottimale sarebbe quello di sfruttare l’energia prodotta da sorgenti rinnovabili, come quella da bio-massa e quella idroelettrica, solare, eolica o geotermica.

Un altro punto fondamentale per la produzione di un veicolo veramente rivoluzionario è l’integrazione delle celle a combustibile con la tecnologia drive-by-wire,  ossia con comandi elettronici ed attuatori elettro-meccanici, che sostituiscono gli attuali sistemi di comando dello sterzo, dei freni, dell’acceleratore e altre funzioni con unità controllate elettronicamente. In questo modo si risparmia spazio perché i sistemi elettronici sono meno ingombranti di quelli meccanici e più facilmente collocabili in vettura. Le prestazioni dei sistemi drive-by-wire possono essere programmate con un software. Inoltre, senza una trasmissione meccanica convenzionale a limitare le scelte strutturali e stilistiche, le case automobilistiche saranno libere di creare design anche molto diversi fra di loro, per soddisfare le richieste più disparate dei clienti.

La sostituzione dei tradizionali motori a combustione interna con celle a combustibile permette di utilizzare un telaio piatto, che offre ai progettisti una grande libertà creativa. La tecnologia drive-by-wire libera da vincoli anche la progettazione degli interni, poiché i controlli per la guida possono essere alterati radicalmente ed essere usati da diverse posizioni di guida.

Il progetto
Consapevole delle opportunità, la Gene-ral Motors ha lanciato il progetto AUTOnomy, il cui primo stadio è stata la realizzazione di un prototipo guidabile, Hy-wire (Hydrogen By-wire) realizzato in collaborazione con la Stile Bertone e con SKF per la tecnologia by-Wire. Il progetto AUTOnomy e il prototipo Hy-wire sono stati creati, letteralmente, dalle ruote in su. La base di entrambi è un telaio sottile, simile a uno skateboard, che contiene la cella a combustibile, il motore elettrico, i serbatoi dell’idrogeno, i sistemi di controllo elettronici e gli scambiatori di calore, nonché i sistemi di sterzo e frenatura by-Wire. Non è dotato di alcun motore a combustione interna, né di organi di trasmissione, assi, collegamenti meccanici o sistemi idraulici. In un veicolo di serie del tipo AUTOnomy, la tecnologia drive-by-wire richiederà solo una semplice connessione elettrica e una serie di collegamenti meccanici per unire l’abitacolo al telaio. L’abitacolo potrebbe essere inserito nel telaio analogamente a come un computer portatile viene connesso a una presa fissa. Una simile configurazione potrebbe contribuire a mantenere i veicoli leggeri e semplici e renderebbe l’abitacolo facilmente sostituibile. In linea di principio, il concessionario o il proprietario dell’automobile potrebbero disporre di moduli di abitacolo intercambiabili, cosicché il veicolo potrebbe essere un’auto di lusso oggi, un’utilitaria la prossima settimana e un furgoncino fra un anno.

Con gli azionamenti elettromeccanici drive-by-wire, il conducente non ha più bisogno di volante, cambio o pedali. Il prototipo Hy-wire della General Motors è equipaggiato con un comando dello sterzo chiamato X-Drive, derivato dalla Guida installata sulle concept car  Filo e Novanta, che può essere spostato facilmente da un lato all’altro dell’automobile per consentire la normale guida a sinistra o quella a destra di tipo inglese. X-Drive elimina anche il convenzionale pannello degli strumenti e la colonna dello sterzo, liberando l’interno del veicolo in modo da permettere un posizionamento innovativo dei sedili e delle aree per bagagli. Per esempio, poiché non c’e un compartimento per il motore, gli occupanti del veicolo hanno una migliore visibilità e più spazio per le gambe rispetto ad un veicolo convenzionale della stessa lunghezza.

L’impatto sul mercato
Il progetto di un veicolo avanzato con celle a combustibile, come esemplificato dal prototipo Hy-wire, avrà sicuramente un forte impatto sull’industria automobilistica basata sul capitale, con margini di profitto modesti in cui le esigenze di sicurezza, comfort ed emissioni ridotte fanno aumentare continuamente i costi.

Un progetto come quello di AUTOnomy potrebbe abbassare i costi di sviluppo dei veicoli con telaio e abitacolo prodotti come moduli separati ed un solo telaio potrà accogliere abitacoli di tipo diverso, portando a maggiori economie di scala. La presenza, infine, di un minor numero di componenti e tipologie di parti ridurrà ulteriormente i costi.

Ciò non significa che tutti gli ostacoli tecnici alla costruzione di veicoli di pratico impiego con celle a combustibile siano stati superati. I problemi da risolvere sono ancora molti prima di poter conseguire la comodità e le prestazioni delle automobili con motore a combustione interna.

Uno dei principali è  lo sviluppo di una tecnologia per l’immagazzinamento dell’idrogeno in grado di fornire un’autonomia sufficiente, circa 500 chilometri, una durata di almeno 250.000 chilometri, un funzionamento -40 e +45 °C e un rifornimento semplice e di durata non superiore  a cinque minuti.

Le proposte sono varie e contemplano l’immagazzinamento dell’idrogeno in fase gassosa, liquida o solida.

Inizialmente è probabile che siano usati serbatoi di idrogeno gassoso compresso sebbene l’alta pressione rappresenti un problema per la sicurezza. Una soluzione a più lungo termine è quella di trasportare l’idrogeno in forma solida, come idruro metallico. Questa tecnica ha molti aspetti incoraggianti, fra cui la semplicità di costruzione, l’alto grado di sicurezza e una promettente capacità di immagazzinamento.

I cambiamenti imposti al mercato dell’automobile potrebbero passare in secondo piano di fronte all’effetto positivo dei veicoli di tipo AUTOnomy sul sistema energetico mondiale.

Oggi le celle a combustibile e le infrastrutture per il rifornimento di idrogeno fanno pensare al classico problema dell’uovo e della gallina. Non si può avere un gran numero di veicoli con celle a combustibile senza un’adeguata capacità di rifornimento, ma difficilmente verranno create le necessarie infrastrutture prima che vi sia sulle strade un numero significativo di veicoli con celle a combustibile. Dato che la creazione di una costosa rete di generazione e distribuzione dell’idrogeno è un prerequisito alla commercializzazione di autoveicoli con celle a combustibile, occorre un sostegno concreto da parte dei settori pubblico e privato per lo sviluppo di infrastrutture, la creazione di standard uniformi e l’informazione del pubblico.

Riorganizzare le infrastrutture
Una volta che sistemi sicuri e affidabili  per immagazzinare l’idrogeno saranno disponibili, la produzione del combustibile presso la stazione di rifornimento stessa diverrà una strada percorribile per ottenere il gas necessario ai trasporti. L’attuale rete di distribuzione dei combustibili a base di petrolio potrebbe essere riutilizzata installando sistemi per il reforming del combustibile o impianti elettrolitici direttamente nelle stazioni di servizio.

Un’idea ancora piu radicale sarebbe quella di fare rifornimento a casa, o al lavoro, usando la rete di distribuzione che attualmente trasporta il gas naturale, o il metano, nelle abitazioni e nelle imprese. In molte aree le condutture del gas sono diffusissime, il che le rende una infrastruttura ideale per l’idrogeno. In alternativa, l’idrogeno potrebbe essere prodotto con l’elettricità della rete che, se consumata al di fuori dalle ore di punta, per esempio di notte, quando l’auto è parcheggiata in garage, potrebbe un giorno essere un sistema conveniente di rifornimento.

Come ogni altro progresso che ha la possibilità di cambiare completamente una tecnologia dominante, l’introduzione delle celle a combustibile e la transizione a un’infrastruttura energetica basata sull’idrogeno richiederanno tempo. Sebbene sia difficile prevedere un calendario preciso, si spera che i primi veicoli a idrogeno economici e competitivi siano in circolazione entro la fine di questo decennio. Prevediamo poi un significativo aumento della diffusione dei veicoli dotati di celle a combustibile tra il 2010 e il 2020, via via che i produttori inizieranno a creare le strutture necessarie per sostenere un alto volume di produzione. Molte di queste industrie, compresa la General Motors, hanno già investito centinaia di milioni di dollari nella ricerca e sviluppo delle celle a combustibile e sono ansiose di vedere un ritorno di questi investimenti.

Poiché occorrono circa 20 anni per un ricambio completo del parco veicoli, i benefici ambientali ed energetici dei veicoli con celle a combustibile alimentate con idrogeno non si materializzeranno prima di quel momento. Ma il concetto di AUTOnomy rende questo futuro più vicino: invece di proseguire l’evoluzione storica dell’automobile, stiamo per assistere allo sviluppo di tecnologie rivoluzionarie che reinventano il trasporto privato e il suo ruolo nella società.