211service.com
Guidare un'auto 'eco-lusso' a idrogeno
La scorsa settimana ho fatto parte di un gruppo di giornalisti che sono stati i primi a guidare l'auto BMW Hydrogen 7 pronta per la produzione a Berlino. L'auto a doppia alimentazione, che può passare dalla combustione a benzina a quella a idrogeno con la semplice pressione di un pulsante, è indiscutibilmente un notevole risultato ingegneristico. E sì, emette principalmente vapore acqueo. Se solo le cose fossero così semplici; se solo l'idrogeno fosse effettivamente pratico come combustibile.
La sfida più grande per BMW è stata la progettazione di un serbatoio per lo stoccaggio dell'idrogeno liquido a –253 °C. Un vuoto e diversi strati di alluminio e fibra di vetro si trovano tra due strati del serbatoio in acciaio inossidabile. Il grafico mostra l'ugello di una stazione di rifornimento di idrogeno fissato alla porta del serbatoio. (Credito: BMW)
BMW produce prototipi di auto a combustione di idrogeno da diversi anni. La società sta anche lavorando su celle a combustibile a idrogeno per auto elettriche, ma ha scoperto che non poteva ottenere la stessa potenza del motore possibile quando l'idrogeno viene bruciato. (Prendi un'auto, ma non è una BMW, annusa Thomas Melcher, capo dell'ingegneria dei motori per BMW.)
Multimedia
SLIDESHOW: guarda le foto dell'auto
Ora, la BMW sta promuovendo una versione che ha attraversato rigorose fasi di sviluppo del prodotto e potrebbe, in teoria, essere prodotta in serie. In pratica, tuttavia, l'azienda realizzerà solo 100 auto e inizierà a noleggiarle il prossimo anno a persone accuratamente selezionate e ancora senza nome in una massiccia campagna pubblicitaria globale.
BMW lo chiama eco-lusso: un'auto che sostiene è ecologica ma ha molti cavalli e tutte le guarnizioni. BMW inquadra lo sforzo come una spinta nobile e pionieristica per l'adozione della tecnologia dell'idrogeno. Capita anche di raddoppiare come sforzo di marketing verde in un momento di crescente preoccupazione per il riscaldamento globale causato dalla combustione di combustibili fossili.
Percorrendo l'autostrada A-10 a 200 chilometri all'ora, ho premuto un pulsante sul cruscotto, che ha cambiato l'auto dalla benzina all'idrogeno. L'unica cosa che ho notato è stato il suono: il motore si è spostato su un lamento più acuto. Un simbolo rosso H2 si illuminò. Senza alcun intoppo, l'auto adesso stava bruciando idrogeno negli stessi cilindri che, un attimo prima, avevano bruciato benzina. Ma il massiccio motore da 12 cilindri da 6 litri produce solo 260 cavalli quando brucia l'idrogeno. Quindi gli ingegneri BMW hanno ridimensionato le prestazioni di combustione della benzina per dare ai due combustibili prestazioni comparabili. (Normalmente, il 12 cilindri produce circa 400 cavalli con benzina.)
Tuttavia, l'azienda è andata oltre ogni altra nella regolazione della combustione dell'idrogeno. Solo tre anni fa, il motore funzionava per diversi minuti e poi si rompeva con un grande scoppio, afferma Melcher. Boom. Adoriamo le esplosioni! lui ride. Si è scoperto che un po' di idrogeno fuoriusciva dai pistoni, si mescolava con l'olio ed esplodeva. Questo problema è stato risolto modificando le fasce elastiche per evitare perdite. Anche i sistemi di controllo del motore hanno dovuto essere modificati per far fronte alla combustione molto più rapida dell'idrogeno - brucia 100 volte più velocemente della benzina - e per regolarlo in modo tale da mantenere le emissioni dei sottoprodotti della combustione come gli ossidi di azoto a livelli tracciabili.
Guidare l'auto è stato divertente, ma soprattutto perché proveniva dalla BMW serie 7. Il fatto che stesse bruciando idrogeno era irrilevante, dal punto di vista della guida. Quello che c'era nel bagagliaio era molto più interessante: la rimozione di un pannello di feltro rivelava un serbatoio di stoccaggio dell'idrogeno in acciaio lucido, che aveva le dimensioni di un barilotto di birra a grandezza naturale e divorava metà dello spazio del bagagliaio.
Questo serbatoio ha confuso gli ingegneri BMW più di ogni altra cosa. Volevano davvero dimostrare che l'idrogeno può essere la prossima benzina, solo un altro liquido che puoi mettere nel serbatoio. Ma l'idrogeno vuole essere un gas. Per renderlo un liquido, devi raffreddarlo a una temperatura gelida di -253 °C. Mantenerlo così freddo in un serbatoio di automobile per qualsiasi periodo di tempo è estremamente difficile.
In effetti, nessuno ha ancora risolto completamente il problema. Quello che BMW ha fatto è stato progettare un serbatoio in acciaio inossidabile a doppia parete del peso di 129 chilogrammi. Tra i due strati di acciaio ci sono un vuoto e più strati di isolamento progettati per riflettere il calore. La BMW si vanta che se metti una palla di neve nel serbatoio, non si scioglierebbe per 13 anni. Sfortunatamente, metti l'idrogeno liquido nel serbatoio e inizierà a bollire nel giro di poche ore.
Quando l'idrogeno diventa gassoso, la pressione all'interno del serbatoio aumenta. Ad un certo punto si apre una valvola limitatrice di pressione. Un po' di gas idrogeno fuoriesce (circa 10-12 grammi all'ora), passa attraverso un convertitore catalitico per trasformarlo in acqua ed esce dall'auto attraverso uno speciale tubo nel paraurti posteriore. Se non stai guidando l'auto, ci vogliono solo 17 ore prima che inizi questa ventilazione. Un serbatoio mezzo pieno bollirà quasi completamente in nove giorni.
Se il serbatoio è in qualche modo danneggiato e l'ebollizione avviene molto più rapidamente, una seconda valvola si apre e l'idrogeno grezzo viene convogliato in una porta nel tetto. Poiché questi processi di fuga dell'idrogeno sono ancora in fase di sviluppo e sollevano potenziali problemi di sicurezza, BMW insiste affinché gli utenti non parcheggino l'auto in un garage chiuso. L'azienda sta lavorando su serbatoi di nuova generazione utilizzando materiali più leggeri, tenendo d'occhio il campo della scienza dei materiali per possibili nuovi metodi di stoccaggio, come lo stoccaggio dell'idrogeno in materiali nano-ingegnerizzati.
Tuttavia, è stato divertente parcheggiare in una stazione di servizio Total fuori Berlino - una delle poche stazioni di rifornimento dimostrative per auto a idrogeno in Europa, con molte altre sparse in tutto il mondo - e riempire l'elegante macchina con idrogeno liquido. Un riempimento dura circa otto minuti. Il prezzo al dettaglio era di 8 euro (circa 10,60 dollari) per un chilogrammo di idrogeno, che ha il contenuto energetico approssimativo di un gallone di benzina.
Klaus Draeger, un responsabile della ricerca BMW, suggerisce che l'idrogeno oggi è dove era la benzina 100 anni fa. Un secolo fa, dice, chi poteva immaginare che ci sarebbe stata una rete mondiale di stazioni di servizio? Solo pochi visionari immaginerebbero che ciò accada. Molti degli ingegneri BMW che sorvolano i giornalisti hanno notato che i cambiamenti radicali delle infrastrutture non sono una sfida importante. E probabilmente hanno ragione. Ho visto immagini che mostrano com'era Berlino 60 anni fa. È difficile non concordare sul fatto che l'infrastruttura può essere completamente ricostruita nel giro di decenni.
Ma solo se ha senso farlo. In questo caso, l'infrastruttura non è il problema più grande. L'idrogeno è il problema più grande. Non puoi semplicemente scavarlo dal terreno e bruciarlo. Devi estrarlo dai combustibili idrocarburi, che vanifica lo scopo dell'energia pulita, o estrarlo dalle molecole d'acqua applicando elettricità, il che significa che stai bruciando il combustibile fossile nella centrale elettrica o togliendo l'elettricità rinnovabile tanto necessaria dalla rete elettrica.
Quando si estrae idrogeno dai combustibili fossili, si finisce per emettere più anidride carbonica. In effetti, guidare un'auto il cui idrogeno è stato estratto dal gas naturale provoca circa il doppio delle emissioni di anidride carbonica prodotte dalla guida di un'auto che semplicemente brucia direttamente il gas naturale. Affinché l'estrazione dell'idrogeno da combustibili fossili abbia senso dal punto di vista ambientale, l'anidride carbonica separata dovrebbe essere sequestrata nel sottosuolo.
E se usi l'elettricità per dividere l'acqua, dovrai assicurarti che l'elettricità non provenga da combustibili fossili. L'elettricità dovrebbe provenire da una fonte rinnovabile, come il vento o il sole. Non è chiaro se la produzione di idrogeno sia l'uso più saggio per l'energia rinnovabile, se non marginalmente: può assorbire elettricità in giornate molto ventose o molto soleggiate, quando le centrali elettriche rinnovabili producono un'offerta in eccesso.
BMW sostiene che una volta che avremo scoperte rivoluzionarie nella fornitura di energia rinnovabile e nello stoccaggio dell'idrogeno, le auto basate sulla tecnologia Hydrogen 7 possono riempire ogni vialetto e forse anche ogni garage. Voglio che la società abbia ragione. L'idea di un'auto ad alte prestazioni che essenzialmente emette solo vapore acqueo è molto allettante. Ma per ora, l'Hydrogen 7 sembra essere un notevole risultato ingegneristico per un futuro che potrebbe non arrivare mai.