Batteria vs. Cella a combustibile a idrogeno

Dall’introduzione di Nissan Leaf (2010) e Tesla Model S (2012), i veicoli elettrici a batteria (BEV) sono diventati l’obiettivo principale dell’industria automobilistica.

Questo cambiamento strutturale si sta muovendo a un ritmo incredibile: in Cina, nel 2021 sono stati venduti 3 milioni di BEV, rispetto a 1 milione dell’anno precedente. Negli Stati Uniti, il numero di modelli disponibili per la vendita dovrebbe raddoppiare entro il 2024 .

Per raggiungere gli obiettivi climatici globali, tuttavia, l’Agenzia internazionale per l’energia afferma che l’industria automobilistica richiederà 30 volte più minerali all’anno. Molti temono che ciò possa mettere a dura prova l’offerta.

“I dati mostrano un’incombente discrepanza tra le rafforzate ambizioni climatiche del mondo e la disponibilità di minerali critici”.
– Fatih Birol, AIE

Per fortuna, i BEV non sono l’unica soluzione per decarbonizzare i trasporti. In questa infografica spieghiamo come funziona il veicolo elettrico a celle a combustibile (FCEV).

Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno?

Gli FCEV sono un tipo di veicolo elettrico che non produce emissioni (a parte il costo ambientale di produzione). La differenza principale è che i BEV contengono una grande batteria per immagazzinare elettricità, mentre i FCEV creano la propria elettricità utilizzando una cella a combustibile a idrogeno.

Esaminiamo le funzioni dei principali componenti FCEV.

Batteria

La prima è la batteria agli ioni di litio , che immagazzina l’elettricità per alimentare il motore elettrico. In un FCEV, la batteria è più piccola perché non è la fonte di alimentazione principale. Per un contesto generale, la Model S Plaid contiene 7.920 celle agli ioni di litio, mentre la Toyota Mirai FCEV ne contiene 330 .

Serbatoio carburante idrogeno

Gli FCEV hanno un serbatoio del carburante che immagazzina l’idrogeno sotto forma di gas. L’idrogeno liquido non può essere utilizzato perché richiede temperature criogeniche (-150°C o -238°F). Il gas idrogeno, insieme all’ossigeno, sono i due input per la cella a combustibile a idrogeno.

Stack di celle a combustibile e motore

La cella a combustibile utilizza gas idrogeno per generare elettricità. Per spiegare il processo in parole povere, l’idrogeno gassoso passa attraverso la cellula e viene suddiviso in protoni (H+) ed elettroni (e-) .

I protoni passano attraverso l’ elettrolita , che è un materiale liquido o gel. Gli elettroni non sono in grado di passare attraverso l’elettrolita, quindi prendono invece un percorso esterno. Questo crea una corrente elettrica per alimentare il motore.

Scarico

Alla fine del processo della cella a combustibile, gli elettroni ei protoni si incontrano e si combinano con l’ossigeno. Ciò provoca una reazione chimica che produce acqua (H2O), che viene poi emessa dal tubo di scarico.

Quale tecnologia sta vincendo?

Come puoi vedere dalla tabella seguente, la maggior parte delle case automobilistiche ha spostato la propria attenzione sui BEV. In particolare, manca dal gruppo BEV la Toyota , la più grande casa automobilistica del mondo.

Le celle a combustibile a idrogeno hanno attirato critiche da figure di spicco del settore, tra cui il CEO di Tesla Elon Musk e il CEO di Volkswagen Herbert Diess .

L’idrogeno verde è necessario per l’acciaio, la chimica, l’aeronautica… e non dovrebbe finire nelle automobili. Troppo costoso, inefficiente, lento e difficile da implementare e trasportare.
– Herbert Diess, CEO, Gruppo Volkswagen

Toyota e Hyundai sono dalla parte opposta, poiché entrambe le società continuano a investire nello sviluppo di celle a combustibile. La differenza tra loro, tuttavia, è che Hyundai (e il marchio gemello Kia) ha ancora rilasciato diversi BEV.

Questo è un errore sorprendente per Toyota, che ha aperto la strada ai veicoli ibridi come la Prius. È ragionevole pensare che dopo questo successo, i BEV sarebbero un passo successivo naturale. Come riporta Wired, Toyota ha puntato tutti i suoi chip sullo sviluppo dell’idrogeno, ignorando il fatto che la maggior parte del settore si stava muovendo in modo diverso. Rendendosi conto del proprio errore e avendo bisogno di guadagnare tempo, l’azienda ha fatto ricorso a pressioni contro l’adozione di veicoli elettrici.

Di fronte a una mano perdente, Toyota sta facendo ciò che fanno la maggior parte delle grandi aziende quando si trovano a giocare il gioco sbagliato: è lottare per cambiare il gioco.
– Cablato

Toyota dovrebbe rilasciare il suo primo BEV, il crossover bZ4X, per l’anno modello 2023, oltre un decennio da quando Tesla ha lanciato la Model S.

Sfide all’adozione delle celle a combustibile

Diverse sfide stanno ostacolando l’adozione diffusa del FCEV.

Uno è la prestazione, anche se la differenza è minima. In termini di autonomia massima, il miglior FCEV (Toyota Mirai) è stato classificato EPA per 402 miglia , mentre il miglior BEV (Lucid Air) ha ricevuto 505 miglia .

Due problemi maggiori sono 1) il problema dell’efficienza dell’idrogeno e 2) un numero molto limitato di stazioni di rifornimento. Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ci sono solo 48 stazioni di idrogeno in tutto il paese. 47 si trovano in California e 1 si trova alle Hawaii.

Al contrario, i BEV hanno 49.210 stazioni di ricarica a livello nazionale e possono essere ricaricati anche a casa. Questo numero è destinato a crescere, poiché l’amministrazione Biden ha stanziato 5 miliardi di dollari per gli stati per espandere le loro reti di ricarica.

Tratto dal Visual Capitalist, pubblicato il 13 luglio 2022, di Marco Lu, grafica/design Miranda Smith