L'idrogeno deve affrontare le sfide della concorrenza con i veicoli elettrici a batteria

Mission Hydrogen ha recentemente organizzato un webinar sull'energia elettrica a batteria (BE) e sulle sue prospettive, una mossa che, secondo David Wenger, fondatore e CEO, potrebbe sembrare insolita per l'organizzazione ai partecipanti.

"Grazie a tutti gli sponsor che potrebbero rimanere sorpresi dal fatto che stiamo organizzando un webinar sulle batterie", ha scherzato nel suo discorso di apertura.

Tuttavia, lo scopo del webinar era quello di informare gli "evangelisti dell'idrogeno" sulle ultime novità in fatto di tecnologia delle batterie, che spesso si trova in competizione con l'idrogeno nella mobilità e nell'elettricità stazionaria.

Maximilian Fichtner, direttore del Centro per l'Accumulo Elettrochimico di Energia di Ulm-Karlsruhe (CELEST) in Germania, è intervenuto sull'argomento. Sebbene alcuni dei suoi interventi facessero riferimento ai veicoli a accumulo elettrochimico nel settore automobilistico, i suoi commenti potrebbero essere facilmente estesi anche ai veicoli commerciali e alle attrezzature industriali.

Nella prima parte della sua presentazione, Fichtner si è concentrato sulla valutazione di sistemi di alimentazione e propulsione alternativi. Ha affermato che per le applicazioni su apparecchiature mobili e veicoli è importante porsi alcune domande chiave per determinare la soluzione più efficace.

"Ad esempio, qual è il vostro contributo alla riduzione dei gas serra (GHG) – e anche ai costi di riduzione dei gas serra?", ha chiesto. "Quanto è efficiente il sistema di propulsione? Quindi, l'energia rinnovabile accumulata va davvero direttamente alle ruote, più o meno, o la maggior parte viene trasformata in calore inutile?"

Fichtner ha aggiunto che è fondamentale anche analizzare le forniture di materie prime, poiché può aiutare a determinare la fattibilità della costruzione di una flotta di veicoli o attrezzature. Altri aspetti da considerare includono costi, sicurezza e facilità d'uso.

Valutazione della riduzione dei gas serra

Fichtner ha affermato che per valutare il contributo di una fonte energetica alla riduzione dei gas serra è necessario guardare oltre ogni singolo aspetto della fonte stessa.

"Si effettua la cosiddetta analisi del ciclo di vita, che comprende tutto, dall'estrazione delle materie prime all'utilizzo dell'auto fino allo stoccaggio o al riciclaggio finale", ha affermato.

Dieci camion elettrici a celle a combustibile Nikola Tre con la livrea dell'azienda di logistica californiana Biagi Bros. (Foto: Biagi Bros.)

Un'analisi di questo tipo tiene conto della produzione del telaio del veicolo, della sua manutenzione e della produzione di carburante o elettricità. Per i veicoli con motore a combustione interna (IC) e i veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV), il consumo di carburante ha un ruolo significativo nell'analisi. Per i motori a combustione interna alimentati a gas naturale o biogas, anche il potenziale di riscaldamento globale (GWP) ventennale del metano è un fattore determinante, così come per i veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) alimentati a idrogeno grigio, prodotto a partire da gas naturale o metano.

Tra i veicoli elettrici a batteria (BEV), è necessario tenere conto delle emissioni di gas serra legate alla produzione delle batterie. Nei veicoli FCEV, l'analisi include la produzione dei serbatoi di idrogeno.

Nel valutare le emissioni di gas serra del ciclo di vita di tutti questi tipi di veicoli tramite i dati forniti dall'International Council on Clean Transportation (ICCT), Fichtner ha affermato che le varianti elettriche, compresi i PHEV, offrono emissioni ridotte rispetto alle loro controparti IC.

Misurate in grammi di CO2 equivalente per chilometro (g CO2 eq/km), le emissioni dei veicoli a combustione interna si aggiravano intorno ai 250. I veicoli ibridi plug-in si attestavano sui 200.

I BEV e i FCEV sono stati suddivisi in due gruppi: quelli alimentati da fonti di energia o carburante attuali e i veicoli del futuro che utilizzano fonti di energia interamente rinnovabili. I BEV di oggi, ad esempio, si basano sull'energia della rete generata in parte da combustibili fossili. Emettono circa 90 g di CO2 eq/km, rispetto ai BEV che potenzialmente funzioneranno interamente con energia rinnovabile, che si attestano su circa 50 g di CO2 eq/km.

Nel frattempo, i veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) oggi sono spesso alimentati con idrogeno grigio. Emettono poco più di 200 g di CO2 eq/km rispetto ai veicoli elettrici a celle a combustibile che potrebbero funzionare con idrogeno verde in futuro, che emettono tra 60 e 70 g di CO2 eq/km.

Fichtner ha aggiunto che è in corso un dibattito circa l'effettiva fattibilità economica dell'idrogeno verde.

In realtà, non esiste idrogeno verde. Nel complesso, nella miscela, oltre il 99% proviene da fonti fossili, come il metano. In particolare, le stazioni di servizio in Germania sono rifornite principalmente da un grande impianto a Leuna, dove viene prodotto idrogeno grigio. Quindi, al momento, l'auto a celle a combustibile non sta contribuendo in modo significativo al miglioramento della situazione climatica. Potrebbe migliorare notevolmente se funzionasse a idrogeno verde, ma prima dobbiamo raggiungere questo obiettivo.

Confronti di efficienza dei veicoli elettrici

Analizzando l'efficienza dei veicoli lungo tutta la catena di approvvigionamento e confrontando i veicoli elettrici a batteria (BEV) con i veicoli a celle a combustibile (FCEV), Fichtner ha affermato che i BEV sono nettamente vincitori, con un'efficienza di circa il 75%. Questo perché, per i BEV, la catena di approvvigionamento è piuttosto breve, prevedendo solo una fonte di energia e la trasmissione al BEV, dove l'energia viene immagazzinata.

Al contrario, tutti i passaggi della catena di approvvigionamento necessari per portare l'idrogeno a un veicolo a celle a combustibile ne riducono l'efficienza complessiva. Fichtner ha affermato che questi includono la produzione di energia, l'elettrolisi, la depurazione e lo stoccaggio del carburante, la pressurizzazione e il trasporto, lo stoccaggio presso una stazione di rifornimento, il raffreddamento e la ripressurizzazione, il rifornimento del veicolo e le perdite intrinseche di efficienza della cella a combustibile stessa.

"Nel complesso, arrivo a un'efficienza del 18-20%", ha detto Fichtner a proposito dei veicoli elettrici a celle a combustibile. "Se si esaminano gli studi, spesso si trova un valore del 30 o 33%. Se poi si analizza attentamente ciò che ipotizzano nei loro studi, in realtà presuppongono, in genere, uno scenario 'senza pressione' in cui non si verificano perdite dovute alla pressione. E trascurano sempre le perdite alla stazione di servizio per un motivo o per l'altro, perché forse non ci sono dati disponibili al pubblico".

Sfide del trasporto di H2

Fichtner ha anche affrontato le differenze tra la fattibilità dei veicoli elettrici a batteria (BEV) e dei veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) nel trasporto su strada, concentrandosi sulle esigenze del settore dei trasporti.

"Ciò che conta davvero nel loro business è che il costo è un problema importante", ha affermato, "soprattutto il costo al chilometro".

Considerando tutto ciò, Fichtner ha affermato che, secondo la società di consulenza P3 Automotive, l'idrogeno verde diventerà competitivo in termini di costi solo a un prezzo inferiore a 4-5 euro (4,19-5,24 $) al chilogrammo.

"Attualmente in Germania paghiamo dai 16 ai 17,75 euro al chilo", ha detto. "Questo è idrogeno grigio, ed è sovvenzionato: non ci sono tasse."

La versione a lungo raggio dell'FH Electric di Volvo Trucks sarà messa in vendita nella seconda metà del 2025. (Foto: Volvo Trucks)

Riprendendo le sue precedenti osservazioni sulla fattibilità dell'idrogeno verde nel prossimo futuro, Fichtner ha espresso preoccupazione per il raggiungimento del prezzo obiettivo. Ha affermato che per raggiungere il costo obiettivo, i costi dell'elettrolizzatore dovrebbero essere ridotti di circa l'80%, i costi dell'elettricità per produrre il carburante dovrebbero diminuire di circa il 25% e l'efficienza dell'elettrolizzatore dovrebbe migliorare di circa il 6%. Ha inoltre osservato che la concorrenza dei veicoli elettrici a batteria aumenterà con la riduzione dei costi delle batterie.

Riguardo all'idrogeno, Fichtner ha affermato: "Il vantaggio principale che sento sempre, ovvero la possibilità di ricaricare rapidamente i serbatoi, non ha importanza. Non ha importanza, perché chi gestisce davvero questi camion dice: "Ok, dopo 4,5 ore, il nostro autista deve fare una pausa di un'ora". In quest'ora, parcheggio il mio camion elettrico davanti a una stazione di ricarica CCS standard da 350 kW. Ricarico abbastanza energia in quest'ora da poter utilizzare la stazione successiva. Quindi, non importa se il camion si ricarica entro 15 minuti o 50 minuti".

Fichtner ha anche notato differenze nei costi del carburante, in cui i BEV sembrano avere la meglio sull'idrogeno.

Partendo dal gasolio, Fichtner ha affermato che un camion da 40 tonnellate consumerà circa 0,45 euro/km (0,79 dollari/miglio). Inoltre, citando i dati di Nikola, ha affermato che un FCEV in circolazione in Germania consumerà circa 1,40 euro/km (2,45 dollari/miglio) di idrogeno grigio.

"In confronto, un camion elettrico a batteria da 40 tonnellate consuma, secondo un recente test del Daimler eActros, 90 kWh ogni 100 km", ha affermato Fichtner. "Quindi, a seconda della tariffa applicata, si parla di circa 0,35-0,55 euro/km (da 0,61 a 0,96 dollari/miglio)".

Secondo Fichtner, è questo il motivo per cui sulle strade si vedono sempre più camion elettrici.

"Si vedono anche più camion a celle a combustibile, ma il rapporto tra i due è di circa 80 a uno", ha detto. "Ci sono 80 volte più camion BEV, nuove immatricolazioni, che camion FCEV."

Completati i lavori di costruzione di due stazioni di produzione e rifornimento di idrogeno per le ferrovie in Alberta. Le strutture supporteranno la ferrovia transnazionale Canadian Pacific Kansas City nell'adeguamento delle locomotive all'alimentazione elettrica con celle a combustibile.

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