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Dimostratore tecnologico per la propulsione a idrogeno a Thun: un passo avanti verso una mobilità sostenibile

Per gli esperti del settore, l’idea di affidarsi all’idrogeno come soluzione alternativa per la propulsione di autoveicoli non è nuova. In effetti, questo elemento chimico offre molti vantaggi se lo si rapporta ad altre fonti energetiche alternative. Per raccogliere esperienze sulla produzione, lo stoccaggio e il trasporto sostenibili di idrogeno, armasuisse Scienza e Tecnologia, in collaborazione con altri organi del DDPS, pianifica la costruzione a Thun di un dimostratore tecnologico per la propulsione a idrogeno.

Dr. Hanspeter Kaufmann e Elianne Egli, armasuisse Scienza e Tecnologia

Un veicolo a cella a combustibile sosta davanti a un distributore di idrogeno nell’area del LPMR.
A Thun sono previsti un distributore di idrogeno, come quello nell’area del LPMR, e un distributore mobile per l’impiego sul campo.

La protezione ambientale e uno stile di vita ecologicamente sostenibile, negli ultimi anni e decenni, sono diventati importanti non solo per molti privati. Anche l’Amministrazione federale e il DDPS si sono dati l’obiettivo di ridurre la loro impronta ecologica, ad esempio, aumentando la quota di energie rinnovabili. In parte cospicua, le emissioni di CO2 sono dovute alla mobilità, responsabile, in Svizzera, di un terzo del consumo energetico e di quasi il 40% delle emissioni di CO2. In seno al DDPS, la mobilità produce il 75% delle emissioni di CO2, di cui il 50% va a carico del traffico aereo. Il consumo di carburante attribuibile al DDPS si aggira complessivamente intorno agli 80 milioni di litri all’anno (cfr. Mobilità).

Sperimentazione di veicoli a idrogeno

Per ridurre le emissioni fossili di CO2 si possono seguire vari promettenti approcci. Uno di questi è l’impiego di idrogeno rinnovabile nella mobilità. All’idrogeno viene attribuito da anni un grande potenziale in ambito di mobilità verde.

Per esaminare, sulla base dell’attuale livello tecnico, le possibilità di impiego della tecnologia dell’idrogeno nella mobilità militare, armasuisse Scienza e Tecnologia (S+T), in qualità di centro tecnologico del DDPS, pianifica, insieme ad altri organi del DDPS, di costruire un dimostratore per la propulsione a idrogeno. Obiettivo di questo progetto dovrebbe essere la sperimentazione di veicoli alimentati con idrogeno prodotto in proprio ricorrendo a energie rinnovabili.

Ma cos’è effettivamente l’idrogeno? Sul nostro pianeta, l’idrogeno si trova soprattutto in combinazione con l’ossigeno (O2), sotto forma di acqua (H2O) o vapore acqueo.

Per produrre idrogeno, l’acqua viene decomposta nei suoi due elementi, ossigeno e idrogeno. Il metodo più pulito per farlo è tramite elettrolisi con corrente elettrica prodotta in modo sostenibile. Una ricomposizione di idrogeno e ossigeno dà luogo a energia elettrica e calore. È quanto avviene ad esempio nei veicoli elettrici alimentati con cella a combustibile. Diversamente quindi da quanto avviene nei veicoli elettrici a batteria, in una cella a combustibile, l’elettricità è generata direttamente in fase di propulsione.

L’idrogeno non è più pericoloso della benzina

Come spesso avviene, però, ogni innovazione non suscita solo entusiasmo ma anche riserve, soprattutto da parte della concorrenza. Non deve quindi sorprendere se ci sono dei pregiudizi in merito a un utilizzo dell’idrogeno. Ad esempio, si sostiene che l’idrogeno sia talmente volatile da potersi diffondere anche attraverso le pareti dei serbatoi e che sia quindi impossibile realizzarne uno stoccaggio senza andare incontro a ingenti perdite. Che questa sostanza, date le dimensioni relativamente ridotte dei suoi atomi, sia in grado di penetrare le pareti è vero.

Se prima, però, questo problema in ambito di sfruttamento industriale veniva arginato con un’oculata gestione di magazzino, oggi i costruttori di auto possono disporre di combinazioni di idrogeno in grado di ridurre al minimo queste perdite.

Inoltre c’è anche chi si ostina a credere che auto alimentate a idrogeno abbiano un grande potenziale di rischio. Che l’idrogeno sia tanto combustibile quanto la benzina e possa quindi formare miscele esplosive insieme all’ossigeno è un dato di fatto che, oltre che alla produzione di elettricità in celle a combustibile, lo rende appunto molto adatto anche alla combustione in motori. A differenza di quanto avviene per i pesanti vapori di benzina, però, la densità ridotta dell’idrogeno fa sì che, in caso di fuoriuscita accidentale in una situazione di traffico stradale, ad esempio durante un incidente, esso si volatizzi verso l’alto. Eventuali miscele infiammabili tendenzialmente si formerebbero quindi al di sopra del veicolo mentre i vapori di benzina si diffonderebbero invece al suolo.

L’autonomia di sistemi di propulsione a idrogeno è maggiore di quella di auto elettriche a batteria

Che l’idrogeno riesca a imporsi come carburante in ambito di mobilità non dipende solo dalla sua idoneità per veicoli elettrici o con motore a combustione. Se si volesse, inoltre, dare una risposta solo sulla base dei diversi valori di rendimento dello sfruttamento di energia in veicoli a batteria e con cella a combustibile, l’idrogeno non risulterebbe una soluzione molto interessante come carburante. Per la mobilità, però, sono altri i fattori decisamente più importanti, ad esempio l’autonomia e il carico utile. Da questo punto di vista, grazie alla sua grande densità energetica, l’idrogeno, soprattutto nei trasporti, offre chiari vantaggi rispetto ai veicoli esclusivamente elettrici. Nell’ambito, fra l’altro, di questo progetto di dimostratore tecnologico, per armasuisse S+T si tratta di accertare con fondatezza se questi vantaggi, che in linea di principio valgono anche per veicoli militari, possano dimostrarsi tali anche in scenari d’impiego vicini alla realtà.

Se lo si produce ricorrendo a energie rinnovabili, l’idrogeno, inoltre, sarà una risorsa sostenibile di cui potranno beneficiare non solo la mobilità ma anche l’approvvigionamento elettrico (stoccaggio di elettricità) e la produzione di sostanze di base nell’industria chimica. Ciò non toglie che i materiali richiesti per la produzione e lo stoccaggio possano, in linea di principio, provenire da regioni limitrofe.

Acquisizione di esperienze grazie al Defence Future Mobility Demonstrator

Il previsto dimostratore tecnologico per la propulsione a idrogeno di armasuisse S+T dovrebbe permettere all’esercito, alla BLEs e ad altri organi del DDPS di sfruttare l’idrogeno come vettore energetico alle condizioni quadro a cui sono soggette le attività militari. Essendo l’idrogeno un carburante alternativo interessante soprattutto per veicoli, questo dimostratore porta il nome di «Defence Future Mobility Demonstrator», abbreviato in DFMD. Dal punto di vista tecnologico, il DFMD si orienta all’attività preparatoria del LPMR che, a Dübendorf, ha già realizzato e ulteriormente sviluppato un dimostratore simile per utenti civili.

Con il DFMD, armasuisse S+T si propone di raccogliere esperienze in riferimento sia alla produzione sostenibile e allo stoccaggio di idrogeno sia al trasporto e alla distribuzione di questa sostanza. In ambito civile, l’idrogeno viene già utilizzato da molto tempo, soprattutto a fini industriali, ma per quanto riguarda il suo utilizzo nella mobilità, in particolare in campo militare, manca ancora molta esperienza.

L’impianto di previsto allestimento a Thun permette ai diversi tipi di utenza di sperimentare con veicoli che utilizzano idrogeno come carburante per una cella a combustibile che produce elettricità o per un motore a combustione. Oltre al rilevamento di vari dati operativi e all’analisi dei flussi di sostanza durante la fase sperimentale, viene dedicata maggiore attenzione anche ad aspetti qualitativi, come l’affidabilità e l’usabilità dell’impianto. Questo vale anche e soprattutto per il rifornimento di idrogeno sul campo, una delle grandi sfide di questo progetto.

La realizzazione di questo dimostratore tecnologico è prevista per i prossimi anni, con l’obiettivo di poter avviare l’attività di prova tra il 2023 e il 2025.