Internet Italiano. Sezione dedicata ai motori ad idrogeno. Motore ibrido a idrogeno e distributori, energia a basso costo per auto
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Motori a idrogeno
Nei primi anni 2000 sono stati sviluppati numerosi prototipi di mezzi di trasporto dotati di pile a combustibile, quasi tutte le case automobilistiche hanno sviluppato uno o più progetti, alcuni con soluzioni particolarmente interessanti.

Le fuel cell adottate sono quasi esclusivamente di tipo PEM, le più adattabili a sistemi mobili, sopratutto per le auto.

Alcune soluzioni hanno potenzialmente un costo di produzione e una autonomia accettabili ma hanno il limite sul mancante sistema di rifornimento dell'idrogeno, compresso o liquefatto, e il costo degli stessi.  Altre soluzioni prevedono l'utilizzo di combustibili alcoolici o chimici per i quali è possibile utilizzare una rete di distribuzione simile all'attuale ma anche il costo di tali combustibili è ancora alto, in generale il problema principale è ancora quale forma di combustibile sia meglio adottare, anche in rapporto alla sicurezza.

L' illustrazione dei prototipi auto è suddivisa in base al sistema combustibile adottato.
Prototipi alimentati con idruri chimici

Ad oggi esiste una sola società che sia riuscita a sviluppare un sistema di rifornimento ad idrogeno puro, ad alta densità, a sicurezza intrinseca e sopratutto che risolva il problema di accumulo, trasporto e distribuzione del combustibile.
Tutto ciò è possibile sviluppando un carburante chimico adatto alle fuel cell e riciclabile in un ciclo chiuso, nel quale alle varie trasformazioni viene solo aggiunto idrogeno.
Il carburante è composto da un sale ( NaBH4, sodio boroidruro) che quando viene introdotto nel serbatoio dell'auto è diluito in acqua, questa "acqua salata" ( non tossica e non infiammabile) fatta passare per un sistema catalitico rilascia idrogeno "su domanda", cioè, l'idrogeno viene prodotto al momento del bisogno per cui l'idrogeno "libero" nel sistema è presente in parti minime, riducendo a zero i rischi di incendi e/o esplosioni, a valle del processo catalitico oltre all'idrogeno si ha del borace (NaBO2, borato di sodio) un composto chimico non nocivo utilizzato nell'industria dei detersivi.

Il sistema installato su un minivan è dislocato interamente sul pianale e non pregiudica l'abitabità della vettura di serie originale.

Schema del ciclo del carburante nel sistema

dopo essere passato per catalizzatore il carburante processato viene recuperato in un altro serbatoio sotto forma di borace, un composto chimico simile al sapone, anche questo non tossico e riciclabile industrialmente in nuovo carburante  (l'unico elemento che entra ed esce nel processo è idrogeno puro), una tecnologia che potrebbe essere considerata ottimale se sarà messo a punto un sistema a costi sostenibili.

Il gruppo catalizzatore della Millennium cell, il processo catalitico avviene per mezzo di contatti con rutenio.

I prototipi dimostrativi presentati con questa tecnologia sono 2: Chrysler Natrium, presentato all'inizio del 2002. Ha una autonomia superiore ai 500 Km e una velocità superiore ai 150km/h
Peugeot H2O, presentato in autunno del 2003. Su questi veicoli la quantità di idrogeno presente nel ciclo non supera mai i 2,5 grammi, l'equivalente di un bicchiere di benzina, l'idrogeno viene prodotto a bordo a partire da una soluzione acquosa di boroidruro di sodio e da un catalizzatore al rutenio.

Prototipi auto alimentati ad idrogeno compresso

Le prime auto con fuel cell in una fase precommerciale sono provviste di bombole ad idrogeno compresso.

La Toyota   FCHV4 utilizza un serbatoio di idrogeno puro a 250 bar, ha una velocità superiore ai 150 kmh , ma ha un'autonomia limitata, è assieme alla Honda l'unica vettura ad idrogeno in commercio (in Giappone e USA, solo a enti pubblici), sembra comunque un prototipo all'avanguardia, oltre al costo il problema maggiore è ovviamente la mancanza di infrastrutture per il rifornimento di idrogeno compresso.

La General Motor si caraterezza per essere all'avanguardia sul concetto di "sistema integrato" sopratutto sull'ultimo prototipo, nel quale sono concentrate molte innovazioni: sistema by-wire unito alle fuel cell ed a un sistema di serbatoi ad alta pressione in fibra di carbonio composita che permettono una buona autonomia anche utilizzando idrogeno compresso (oltre 600 bar), cosa che non è possibile ad altri prototipi che utilizzano lo stesso sistema ma a "soli" 250-300 bar, con serbatoi in metallo.

La Mercedes ha dichiarato di voler immettere nel mercato a breve scadenza un modello Classe A alimentato a idrogeno compresso con una autonomia limitata a 150 km e una velocità massima di 140 kmh.

La Hyundai FCEV   ha 200 Km di autonomia, molti prototipi ad idrogeno compresso sono allestiti con  modelli SUV, probabilmente per dissimulare meglio i voluminosi contenitori ad alta pressione, salvo poi avere maggiori consumi dato il peso e volumi da veicolare.

Prototipi alimentati ad idrogeno liquido (LH2)

Prototipi alimentati ad idrogeno liquido sono stati sviluppati dalle maggiori case automobilistiche, i maggiori sostenitori di questa soluzione sono BMW e Opel, però i prototipi della BMW sono spinti da propulsori a combustione interna e non da fuel cell.

Hydrogen3, ha completato con pieno successo, di tutte le tecnologie sviluppate dai tecnici General Motors, una maratona di 10 mila km. Un serbatoio da 68 litri, pari a 4,6 kg di idrogeno liquido, ha assicurato la piena percorrenza di tutte le tappe di 500 km, è capace di una velocità massima di 160 kmh.

Honda FCX V3, ha una autonomia di 350 Km ,  velocità massima 150 Kmh, in USA è possibile noleggiarla a 500 $ al mese (idrogeno liquido escluso).

La versione 4 della Necar (Mercedes)  è stata la prima, nel 1999, ad essere assemblata con tutti i componenti di trazione nel pianale dell'auto, conservando tutti gli spazi interni della vettura originale. La pila a combustibile ha una potenza di 75Hp (55 kW) e l'autonomia è di 450 km.

Mezzi pubblici

Il primo autobus a celle a combustibile è stato realizzato dalla Ballard nel 1993. ad oggi, sono stati messi in circolazione nel mondo oltre 30 autobus alimentati con celle a combustibile, più della metà dei quali in America del Nord. 

Recentemente, anche in Europa, i progetti autobus con celle a combustibile si sono moltiplicati. La commercializzazione degli autobus a celle a combustibile sembra più vicina a quella dei veicoli leggeri: le loro dimensioni rendono meno critica l'esigenza di miniaturizzazione e riduzione del peso, effettuano percorsi regolari, è più facile prevedere e riscontrare le performance richieste, il problema della scelta e della distribuzione del combustibile è meno critico, poiché le flotte di autobus sono generalmente rifornite in una sede centrale, dopo aver percorso un numero noto di chilometri.

Dieci società di trasporti pubblici europee hanno acquistato ciascuna tre  autobus urbani Citaro Mercedes- Benz, lungo dodici metri, ha un'autonomia di circa 200 km ed è in grado di trasportare 70 passeggeri. Attualmente sono utilizzati in prova per due anni per il trasporto pubblico nei centri urbani. Gli autobus devono dimostrare la loro affidabilità in tutte le condizioni climatiche, sia nei climi freddi degli inverni del nord che in quelli torridi delle estati spagnole, devono poter viaggare in pianura ed in regioni collinose come per esempio la zona di Stoccarda.Le fuel cells hanno una potenza di 200 kW.

Altri prototipi in fase di prova sono costruiti in USA in collaborazione con la UTC Fuel Cell Tecnologies , la società che fornisce la Nasa di fuel cell per gli Shuttles, in genere nei bus i serbatoi contengono idrogeno compresso e sono alloggiati nel tetto.

A Torino esiste un'iniziativa con l'obiettivo finale di iniziare la messa in esercizio di piccole flotte di bus a partire dal 2005, mentre le tempistiche per una maggiore diffusione di tale tipo di tecnologia dipenderanno dagli esiti della sperimentazione e dalla possibilità di avere a disposizione le Fuel Cell a prezzi compatibili con il mercato, sul primo veicolo sperimentale le pile a combustibile sono della UTC Fuel Cell Tecnologies.

In Giappone esistono progetti per la realizzazione di motrici ferroviarie provviste di fuel cell

Prototipi con motori a scoppio alimentati ad idrogeno

Alcune case automobilistiche hanno modificato vetture con motori tradizionali adattandoli all'alimentazione ad idrogeno, la più conosciuta e pubblicizzata è la BMW anche se in definitiva i progressi tecnologici proposti sono molto inferiori ai prototipi con sistema a fuel cell.

MINI Cooper Hydrogen, ha al suo interno due innovazioni, la prima riguarda i quattro cilindri del motore a combustione interna che possono essere riempiti direttamente con una miscela criogenica ( a bassissima temperatura. per mantenere l'idrogeno allo stato liquido ). In questo modo i cilindri hanno un riempimento maggiore, un migliore rendimento e una maggiore potenza.
La seconda innovazione riguarda il serbatoio. Normalmente finora, per l'idrogeno liquido venivano impiegati solo serbatoi di forma cilindrica poiché si era visto che erano gli unici a soddisfare i rigidi standard di sicurezza. Questo comportava numerosi vincoli al progettista. Nella MINI è presente, per la prima volta, uno speciale serbatoio preformato, situato al di sotto dei sedili posteriori, che è stato studiato appositamente per non sacrificare spazio ai passeggeri ed ai loro bagagli.

Mazda RX-8 con motore rotativo Wankel. Con sistema di accumulo ad idrogeno compresso  la Mazda ha  realizzato un motore alimentato sia ad idrogeno sia a benzina chiamato RENESIS che per le sue caratteristiche di compattezza e prestazioni è stato nominato Motore Internazionale dell'Anno 2003 a giugno.

In Italia una società che produce elettrolizzatori ha allestito una Multipla per il funzionamento ad idrogeno compresso.

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