Come altri sistemi di propulsione alternativi, anche i motori a idrogeno e le celle a combustibile consentono una mobilità senza emissioni di anidride carbonica. Freudenberg Sealing Technologies (FST) supporta entrambe le tecnologie con soluzioni di tenuta adeguate.
I sistemi di propulsione alternativi dovrebbero consentire una mobilità rispettosa del clima. Oltre che nei veicoli elettrici a batteria, si ripongono grandi speranze anche nei sistemi di combustione di idrogeno. Tra questi, accanto ai veicoli a celle a combustibile, anche quelli con motori a combustione tradizionale. FST può rifornire entrambi i settori con le sue soluzioni di tenuta.
“Il motore a combustione di idrogeno sarà installato di serie nel traffico pesante e negli autobus”, dice convinto il professor Eberhard Bock. Poiché le celle a combustibile sono sulla bocca di tutti, l’opinione del Vice President Technology and Innovation di FST potrebbe sembrare audace, ma è condivisa anche dai costruttori di motori. Dopo tutto, molti noti produttori di motori a combustione interna stanno lavorando allo sviluppo di motori a idrogeno. La ragione è più che ovvia; è una tecnologia promettente, e nessun produttore intende restare indietro una volta che l’economia dell’idrogeno spiccherà il volo. L’indotto supporta questo processo di sviluppo fornendo prodotti idonei, affinché i motori a combustione non vengano più alimentati solo da diesel e benzina, ma anche dall’idrogeno.
“Il potenziale del motore a idrogeno risiede nell’esperienza con il motore a combustione convenzionale”.
Professor Eberhard Bock
Vice President Technology and Innovation
Modifica del motore a combustione
In definitiva, si stanno ponendo le basi per un qualcosa che, se osservato attentamente, sembra più che logico. I fondamenti ci sono già. “Il potenziale del motore a idrogeno risiede nell’esperienza accumulata con il motore a combustione convenzionale”, afferma Bock. Da oltre cent’anni si costruiscono motori a combustione, che quindi sono considerati maturi dal punto di vista tecnologico. “Oggi disponiamo di un know-how e di una manodopera specializzata sufficienti a sviluppare e ottimizzare motori a idrogeno senza troppe difficoltà”, ha affermato il professore onorario dell’Università Tecnica di Kaiserslautern. Dopo tutto, i costruttori tedeschi e americani di motori hanno recentemente presentato dei modelli potenti e mirano a raggiungere la produzione in serie. In tutto ciò beneficiano di componenti che possono facilmente prendere dai motori a combustione classici. Inoltre, hanno dovuto e devono adattare al carburante idrogeno svariati componenti come le testate, i pistoni, le fasce elastiche e l’impianto di iniezione. Tra le altre cose, devono anche tenere conto del fatto che, talvolta, nel motore a idrogeno le temperature possono essere più elevate rispetto ai motori a combustione.
Un altro vantaggio nella produzione dei modelli a idrogeno è la possibilità di adattare gli impianti di produzione attualmente in uso alla produzione di motori a H2 senza enormi investimenti. Oltre a ciò, l’approvvigionamento di materiale e le catene di fornitura sono perfettamente coordinati e non occorrono materiali rari. I motori a idrogeno presentati negli ultimi tempi sono in grado di raggiungere circa 300 kilowatt (kW) e coppie superiori ai 1.000 newton metri (Nm), sufficienti per consentire l’uso di questi motori anche nelle macchine agricole e edili. Inoltre, sono adatti agli impianti stazionari, ad esempio nelle centrali di cogenerazione e come gruppi elettrogeni per le emergenze. A tale scopo sono già in fase di sviluppo motori fino a 1.000 kW e 5.000 Nm. Questi motori a 12 cilindri presentano cilindrate fino a 50 litri e sono destinati anche all’uso nel settore minerario.
Vantaggi dei sistemi di combustione a idrogeno
Se mettiamo a confronto i veicoli elettrici a batteria con i veicoli alimentati dal motore a idrogeno, questi ultimi spiccano nettamente in alcune categorie importanti. Per questo si prevede che il loro prezzo d’acquisto sarà inferiore, sebbene necessiteranno una manutenzione più costosa. I veicoli con motore a H2, inoltre, sono più leggeri, il loro rifornimento è notevolmente più rapido e raggiungono una maggiore autonomia. Qualora un giorno esistesse un’infrastruttura per l’idrogeno su larga scala dotata di una rete di stazioni di rifornimento, aumenteranno anche le opportunità di vendita per le autovetture alimentate a idrogeno.
L’efficienza dei motori a idrogeno, però, è meno convincente. Essa indica la quantità di energia utilizzabile rispetto a quella investita. L’efficienza dei veicoli elettrici a batteria arriva fino all’85 %. Il diesel, per contro, arriva a poco meno del 50 %, anche se recentemente un produttore cinese ha fatto parlare di sé con un’efficienza del 53 %. Il motore a H2 si aggira su un buon 40 %, con tendenza al rialzo. L’efficienza delle celle a combustibile, anch’esse alimentate da idrogeno, è superiore al 60 %.
Apertura tecnologica verso sistemi di combustione sostenibili
Che si tratti di una cella a combustibile o di un motore a idrogeno, Bock raccomanda comunque di avere vedute aperte per quanto riguarda la tecnologia: “Qualsiasi sistema di combustione sostenibile dovrebbe essere il benvenuto”. Nel caso dei sistemi di combustione di idrogeno, questa veduta richiede la produzione di idrogeno verde. La cella a combustibile è attualmente una tecnologia altamente sviluppata. Anch’essa, infatti, offre il vantaggio della rapidità di rifornimento e di una maggiore autonomia e anche per essa esiste un mercato nel traffico pesante, nei veicoli logistici e negli autobus. “Noi di FST ci occupiamo già da diverso tempo di soluzioni di tenuta idonee ai vari tipi di motore. In questo modo, aiutiamo i produttori nello sviluppo congiunto di soluzioni straordinarie o anche di prodotti standardizzati”, specifica Bock.
Materiali ricercati e altamente performanti
Quando si tratta di tecnologia di tenuta, produttori e fornitori rinomati si rivolgono ovviamente a FST, anche perché, oltre all’affidabilità dei processi e all’esperienza nella progettazione dei prodotti, poter contare sul materiale giusto è essenziale. “Abbiamo sempre trovato le soluzioni di tenuta giuste anche per le situazioni più difficili, che si trattasse di motori a combustione o di celle a combustibile”, spiega Bock. “A nostro favore gioca ovviamente il fatto che disponiamo di brevetti per materiali collaudati e allo stesso tempo altamente performanti”. Nel settore delle celle a combustibile, ad esempio, va ricordata la Fuel Cell Polyolefin (FCPO) che viene utilizzata di serie. A differenza delle tradizionali mescole di miscele di caucciù, questo materiale non rilascia sostanze inquinanti, ottimo per la cella a combustibile, che reagisce con estrema sensibilità a tali influssi con un corrispettivo effetto negativo sulle prestazioni. A ciò si aggiunge che anche le molecole di idrogeno di piccole dimensioni e volatili penetrano solo molto lentamente questo materiale duraturo e resistente al calore.
Per il motore a idrogeno si sta facendo strada anche un altro materiale, sviluppato internamente, a base di fluoroelastomero che si adatta bene a temperature fino a 200 gradi Celsius, aspetto che lo rende ideale per il motore a H2. Il materiale, inoltre, è altrettanto resistente e impermeabile quanto l’FCPO, unito a un’elevata resistenza ai fluidi di raffreddamento e agli acidi. Tutte queste qualità ne permettono di utilizzarlo nei componenti che dovranno essere modificati, come l’impianto di iniezione.
Le aziende propongono, la politica deve fare altrettanto
Affinché i sistemi di combustione di idrogeno diventino un fattore rilevante, Bock ritiene che debba intervenire la politica. “Sarà fondamentale che inizi risolutamente e rapidamente a costruire le infrastrutture per l’economia dell’idrogeno”. Questo è ancora più importante dato che, da una prospettiva internazionale, molti paesi hanno avviato progetti sull’idrogeno e stanno creando impianti di produzione e di distribuzione. “In Australia, in Estremo Oriente o nel Nord America, non fa alcuna differenza: attualmente si stanno investendo ovunque molti soldi in progetti per l’idrogeno. Qui in Germania dobbiamo stare attenti a non restare indietro, perché abbiamo tantissime buone idee, ma stiamo ancora impiegando troppo tempo a metterle in pratica”.
Un elemento fondamentale sarà quindi concentrarsi ambiziosamente sull’obiettivo, tanto più che molti hanno sottovalutato il lavoro e il tempo necessari per la realizzazione. Sarà importante avere pazienza e perseveranza, perché solo così secondo Bock sarà possibile arrivare alla svolta energetica, decarbonizzazione compresa, che permetterà di espletare i trasporti senza combustibili contenenti carbonio. “La nostra forza trainante deve essere la nostra consapevolezza ambientale”, afferma. “Affinché questa forza si manifesti in tutti i settori, lo Stato deve fornire incentivi, ad esempio imponendo tasse elevate sulle emissioni di CO2, sovvenzionando l’idrogeno verde e promuovendo un’infrastruttura esaustiva per l’idrogeno”.
Attualmente, costruttori di motori e fornitori come FST stanno già sviluppando e costantemente mettendo a punto soluzioni praticabili per i sistemi di combustione di idrogeno. Dopotutto, come dice Bock, il motore a combustione di idrogeno, quello arriverà. In fin dei conti, i suoi vantaggi sono davvero evidenti.
