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Tre potenziali vantaggi dell'autotrasporto a idrogeno e cosa serve per sfruttarli

14 marzo 2023 Area di lavoro: Carburanti a zero emissioni di carbonio

L'80% della domanda globale di energia è attualmente soddisfatta da combustibili fossili come la benzina, il gasolio, il carburante per aerei, il cherosene e l'olio combustibile, che immettono nell'atmosfera elevate quantità di anidride carbonica e altri inquinanti nocivi. L'elettrificazione e lo sviluppo dell'elettricità a zero emissioni avranno un ruolo fondamentale nella decarbonizzazione, ma alcuni settori importanti sono difficili da elettrificare. Il trasporto pesante a lungo raggio è uno di questi. 

Negli Stati Uniti, il trasporto pesante a lungo raggio è responsabile di quasi la metà del consumo di carburante diesel su strada ad emissioni di carbonio e di circa il 13% delle emissioni di gas serra dei trasporti. Purtroppo, questo tipo di trasporto, come il trasporto marittimo e l'aviazione, è un caso di utilizzo finale in cui il peso del veicolo e il fabbisogno energetico possono rendere difficile la decarbonizzazione con le sole batterie di bordo. 

I combustibili a zero emissioni come l'idrogeno a basse emissioni, che non contiene carbonio e non produce anidride carbonica quando viene bruciato o utilizzato in una cella a combustibile, possono svolgere un ruolo prezioso nella decarbonizzazione dei sistemi difficili da elettrificare, a condizione che l'idrogeno sia prodotto con modalità che riducano al minimo le emissioni di gas serra. Ad esempio, gli impianti di produzione che producono idrogeno mediante reforming del gas naturale devono essere dotati di sistemi di cattura del carbonio e il gas naturale utilizzato da tali impianti deve provenire da sistemi che abbiano adottato tutte le misure disponibili per ridurre le emissioni di metano.   

Anche il costo finale del funzionamento dell'economia dell'idrogeno sarà importante per determinarne l'utilità e sono in corso sforzi per proiettare l'intera gamma di costi associati agli autocarri alimentati con celle a combustibile a idrogeno e come questi costi si confrontano con quelli dei sistemi alimentati a batteria e a combustibili fossili. Le ricerche condotte finora suggeriscono risultati molto diversi a seconda delle ipotesi relative a fattori a monte come la produzione e il trasporto del carburante. Nel caso dell'autotrasporto a lungo raggio, tuttavia, un nuovo rapporto CATF , primo nel suo genere, ha confrontato le prestazioni operative dei camion a idrogeno ed elettrici a batteria e ha identificato diversi vantaggi dei camion a celle a combustibile a idrogeno e dell'infrastruttura di rifornimento che potrebbero contribuire a decarbonizzare questo settore in modo rapido ed efficiente.  

1. Gli autocarri pesanti a idrogeno si fermano meno volte e impiegano complessivamente meno tempo per il rifornimento. 

A titolo di contesto, il rapporto ha simulato le prestazioni di autocarri elettrici a batteria (BEV) e a celle a combustibile a idrogeno (FCEV) e delle relative infrastrutture come alternative al trasporto diesel su una rotta popolare a lungo raggio negli Stati Uniti. Si è inoltre ipotizzato che l'energia utilizzata per alimentare i BEV e gli FCEV non abbia emissioni di gas serra associate, o ne abbia in misura molto ridotta, e che tutti i veicoli abbiano un peso tipico (un autocarro di Classe 8 da 80.000 libbre) per questo tipo di viaggio.  

Uno dei primi vantaggi riscontrati in questo confronto è che l'FCEV ha dovuto fare meno soste del BEV nel corso del viaggio. A causa della sua minore autonomia, il BEV ha dovuto effettuare 8 soste totali, durante le quali è stato necessario ricaricare porzioni significative della sua batteria (50-98%). In confronto, l'FCEV ha richiesto tre soste, in genere per il rifornimento di tre quarti del serbatoio, mentre la trasmissione diesel ha avuto bisogno di una sola sosta. 

Un secondo vantaggio, più importante, è che il FCEV ha dovuto dedicare meno tempo al rifornimento durante l'intero viaggio. Questo rifornimento, o tempo di sosta, è stato notevolmente più lungo per il BEV, perché ogni sosta per la ricarica richiede ore. Tenendo conto dello stato di carica a ogni fermata e sommando il tutto per l'intero percorso, il BEV è rimasto in carica per 43 ore e 48 minuti. Si tratta di tempo in cui le merci non si muovono, cosa che può influire negativamente sui tempi di consegna e sul funzionamento complessivo della flotta. Al contrario, il tempo totale di rifornimento per il FCEV è di un'ora e 24 minuti, circa un'ora in più rispetto alla trasmissione diesel. 

2. Gli autocarri pesanti a idrogeno potrebbero avere più spazio per il carico 

Un altro vantaggio fondamentale del camion FCEV è che può trasportare più carico. Infatti, la batteria da 1.000 kWh richiesta dal BEV potrebbe causare una perdita di capacità di carico di 4.000-20.000 libbre. La perdita di capacità di carico ha un effetto dimostrabile sulle operazioni della flotta e in alcuni casi può richiedere l'uso di un ulteriore camion BEV, rispetto a un solo FCEV, per consegnare tutte le merci. 

Per essere chiari, anche il camion FCEV ha una batteria, ma è di soli 20 kWh e viene utilizzata per scopi limitati (ad esempio, salite, accelerazioni improvvise, sfruttamento della frenata rigenerativa). La batteria da 20 kWh aggiunge un po' di peso, ma comporta solo una perdita di qualche centinaio di chili di capacità di carico rispetto a quanto può essere trasportato da un camion diesel. Diversi progetti di FCEV possono optare per una batteria leggermente più grande, potenzialmente fino a 100 kWh, ma poiché l'idrogeno funge da fonte di energia principale, il peso della batteria non dovrebbe diventare un problema importante per i FCEV.    

3. L'infrastruttura di rifornimento per gli autocarri pesanti a idrogeno potrebbe essere più facile da costruire 

Il rapporto ha anche confrontato le esigenze di ogni tipo di infrastruttura di ricarica/rifornimento lungo lo stesso percorso, simulando il traffico di camion 24 ore su 24 lungo lo stesso percorso, per due scenari in cui i BEV o i FCEV rappresentano il 100% dei camion in circolazione. Nel complesso, è emerso che la realizzazione di infrastrutture di ricarica per i BEV richiederà probabilmente un numero maggiore o molto più grande di stazioni per soddisfare la domanda, soprattutto a causa della necessità dei BEV di rialimentarsi più frequentemente e del loro tempo di sosta o di ricarica più lungo. Anche l'infrastruttura per l'idrogeno sarà impegnativa da costruire, ma ha il vantaggio comparativo di essere più simile per dimensioni e numero di stazioni, oltre che più familiare dal punto di vista operativo, rispetto alla tecnologia di rifornimento diesel, rendendo potenzialmente meno difficili le barriere alla transizione. 

C'è un futuro per i camion pesanti a idrogeno? 

In sintesi, gli FCEV sono risultati superiori ai BEV in termini di numero di soste necessarie (tre contro otto), tempo totale di rifornimento (1,4 ore contro 43,8 ore) e spazio disponibile per il carico (tenendo conto del peso del gruppo propulsore). Inoltre, mentre la costruzione di infrastrutture di ricarica e rifornimento per i BEV e gli FCEV potrebbe rivelarsi ugualmente impegnativa, le stazioni per gli FCEV avranno un'impronta più piccola e probabilmente non avranno bisogno di essere così numerose, grazie all'autonomia dei veicoli FCEV e ai tempi di rifornimento rapidi.      

Questo significa che il futuro della flotta di autocarri pesanti a lungo raggio è pieno di camion a idrogeno? Non è detto. Ci sono ancora alcune cose che devono accadere prima di fare questo tipo di cambiamento. 

  1. È necessario finanziare la ricerca e lo sviluppo per garantire che gli autocarri a idrogeno siano altrettanto o più efficienti di quelli diesel ad alte emissioni. Abbiamo anche bisogno di più ricerca e sviluppo per ottenere tempi di rifornimento pari a quelli del diesel, nonché di una riduzione del peso dei componenti della trasmissione per minimizzare le potenziali limitazioni della capacità di carico.  
  1. Dobbiamo capire meglio come la transizione inciderebbe sui profitti degli autotrasportatori e degli operatori di trasporto. Questo rapporto non ha valutato il costo totale di proprietà di una delle due trasmissioni alternative, un'analisi che probabilmente metterebbe in luce altri ostacoli fondamentali, come il modo in cui i costi di produzione, trasporto e distribuzione dell'idrogeno potrebbero incidere negativamente sulle spese di gestione delle flotte. 
  1. Dobbiamo sviluppare ulteriormente l'economia dell'idrogeno a basse emissioni e realizzare il pieno potenziale dei carburanti a zero emissioni, anche attraverso: 
  • Sviluppare infrastrutture di collegamento, come oleodotti dedicati all'idrogeno, per anticipare l'espansione della domanda di mercato ed evitare colli di bottiglia nell'approvvigionamento; 
  • Commercializzare su scala la produzione di idrogeno come combustibile a zero emissioni di carbonio negli Stati Uniti attraverso misure come il programma Regional Clean Hydrogen Hubs. 
  • Sviluppare filiere dell'idrogeno che riducano al minimo o eliminino le emissioni derivanti dalla produzione. 

Gli autocarri elettrici a batteria avranno probabilmente un ruolo significativo nella transizione verso i veicoli a emissioni zero, ma data l'incertezza sulla futura composizione tecnologica di un settore dei trasporti decarbonizzato, sfruttare i vantaggi della tecnologia BEV e degli FCEV a idrogeno è una strategia importante per decarbonizzare in modo rapido ed efficiente il trasporto pesante a lungo raggio. 

Leggi il rapporto, Autotrasporto pesante a emissioni zero su lunghe distanzeper una descrizione dettagliata dei metodi e dei risultati della ricerca. 

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