Combustione a idorgeno vs Celle a combustibile a idrogeno – Credit: youtube.com
F1: la FIA ha deciso di finanziare uno studio che potrebbe cambiare radicalmente il futuro della massima categoria del motorsport. Finalmente, nell’ambito dell’impegnativo quanto controverso obiettivo di azzerare l’impronta del carbonio entro il 2030, la Federazione Internazionale ha deciso di investire sulla ricerca dei propulsori alimentati a idrogeno liquido. A partire dalla stagione 2026 le monoposto saranno alimentate da carburante sintetico considerato “carbon neutral”. Produrre benzina sostenibile in realtà non è così difficile. Il petrolio è composto da idrocarburi, quindi è sufficiente prendere gli atomi di carbonio dalle sostanze non rinnovabili.
Parliamo ad esempio di biomasse o rifiuti domestici che poi vanno uniti ad atomi di idrogeno per sviluppare una benzina sintetica e appunto sostenibile. Tuttavia, nonostante i crescenti impianti di produzione del carburante verde, il futuro delle nuove auto con motore a combustione interna rimane incerto. Lo sviluppo di questi modelli si è praticamente interrotto, poiché i produttori passano alle full-electric mentre l’interesse verso l’idrogeno sta diventato esponenziale. Nel 2025 il campionato di fuoristrada elettrici voluto da Alejandro Agag si evolverà nell’Extreme H, con l’adozione di vetture alimentate a idrogeno.
Si tratta di auto che utilizzeranno celle a combustibile per generare elettricità da idrogeno e ossigeno. Ragion per cui la categoria in questione diventerà un vero e proprio campionato mondiale FIA dalla stagione 2025. La Federazione Internazionale non ha posto veti rispetto allo sfruttamento dell’idrogeno che può avvenire attraverso propulsori a combustione di idrogeno oppure a celle di combustibile. A questo punto urge una spiegazione più dettagliata per comprendere la differenza di funzionamento
Nel prossimo futuro, la F1 potrebbe adottare motori a combustione interna che utilizzano idrogeno al posto della benzina riportando il “rombo” dei propulsori ai fasti di un tempo, emettendo solo acqua. Quella che prima veniva considerata un’opzione tecnicamente complessa ora trova consensi anche in seno alla FIA. Nel 2020 Pat Symonds, direttore tecnico della Formula Uno, affermò che le unità turbo-ibride di seconda generazione sarebbero state probabilmente le ultime a utilizzare idrocarburi liquidi e che dal 2032 l’idrogeno poteva diventare un’opzione realistica.
Nel 2021 Ross Brawn, al tempo amministratore delegato della F1 per gli sport motoristici, dichiarò: “Forse l’idrogeno è la strada che la Formula 1 può seguire per preservare il rumore e l’emozione ma passiamo a una soluzione diversa”. La maggior parte delle compagnie petrolifere stanno finanziando onerose iniziative sull’idrogeno. Molte di esse sono partner delle scuderie di F1 come la società statale dell’Arabia Saudita Aramco o la Shell, storico partner della Scuderia Ferrari che sta costruendo il più grande impianto di idrogeno rinnovabile d’Europa in Olanda.
Stesso discorso per l’alleato tecnico della Red Bull, con la società petrolifera texana Exxon Mobil che ha in programma di realizzare una struttura ancora più grande negli Stati Uniti. Ciononostante c’è ancora molta strada da fare prima che l’idrogeno diventi un combustibile altrettanto fruibile quanto l’elettricità, per non parlare del petrolio. Come con altri combustibili ottenere il gas puro richiede un elevato consumo di energia.
Proprio per questa semplice ragione, quindi, l’idrogeno dev’essere compresso per offrire al serbatoio un’autonomia più che realistica. Ecco perché servirebbero delle cisterne pressurizzate, sia per la fase di stoccaggio che per quanto concerne il serbatoio delle auto. Per di più dovrebbe fare presenza una rete di fornitura dedicata che fatta eccezione per una manciata di stazioni di rifornimento, in gran parte per uso commerciale o di ricerca, in realtà non esiste.
Il serbatoio del carburante delle attuali monoposto di F1 può contenere 110 chilogrammi di carburante E10. L’energia utilizzabile da 1 Kg di idrogeno é di 120 MJ. La stessa quantità di energia viene fornita da:
• 2,1 Kg di gas naturale
• 2,8 Kg di benzina
Tuttavia l’idrogeno è il gas meno denso e ciò significa che in termini di peso è una fonte di energia fantastica ma al tempo stesso occupa molto, troppo spazio. La soluzione per immagazzinare l’idrogeno in serbatoi dalle dimensioni accettabili è comprimerlo con pressioni elevate. Per un’auto stradale la pressione adottata è di 700 bar ovvero 700 volte la pressione dell’atmosfera sul livello del mare.
Pur comprimendo ulteriormente il gas in questione a pressioni pazzesche, sarebbero necessari un numero di litri sensibilmente superiore di tale combustibile per poter erogare la medesima energia delle attuali unità turbo-ibride. Si potrebbe abbinare un sistema di recupero dell’energia cinetica dissipata in frenata (MGU-K) al futuro motore a combustione interna che “brucia” l’idrogeno al fine di ridurre sensibilmente il fabbisogno del prezioso gas e conseguentemente la dimensione del serbatoio.
Un’altra opzione sono le celle a combustibile a idrogeno. Soluzione adottata dalla serie Extreme H che converte direttamente l’idrogeno in corrente elettrica da fornire a un motore elettrico. Senza combustione interna l’efficienza di tali propulsori raddoppia, richiedendo la metà del combustibile rispetto alla precedente architettura. L’efficienza energetica di tale propulsione totale sarebbe circa il 60-70%. Ma questo vorrebbe dire addio al rumore e sostanzialmente l’elettrificazione del motore.
Autore: Roberto Cecere – @robertofunoat
Immagini: FIA