E se i camion del prossimo futuro funzionassero con l’idrogeno? In un mondo sempre più decarbonizzato, una tecnologia che produce solo emissioni di acqua potrebbe essere preferibile, per il trasporto pesante, ai veicoli elettrici a batteria. Questi ultimi, infatti, incontrano limiti importanti legati all’autonomia, alla ricarica e al peso. L’idrogeno, invece, è il gas più leggero, e permette di immagazzinare grandi quantità di energia. Sono previste due modalità principali: veicoli a celle a combustibile (fuel cell), che trasformano l’idrogeno in elettricità, e motori a combustione interna alimentati a idrogeno, che rappresentano una soluzione più immediata e graduale. Il fatto, però, è che la transizione verso i camion alimentati a idrogeno apre un rilevante tema industriale: richiede una profonda trasformazione della struttura dei veicoli e una riprogettazione complessiva delle componenti. Questo non riguarda solo i camion stessi, ma tutta la catena del valore coinvolta nella loro produzione e utilizzo. In particolare, la diversificazione tecnologica, necessaria per ridurre le emissioni, impone cambiamenti a vari livelli. Si pensi alle modifiche dei sistemi di gestione del carburante o di raffreddamento.
Intanto però, si realizzano i primi modelli: nel 2025 Man Truck & Bus lancerà Htgx, il primo veicolo pesante a motore a combustione interna alimentato a idrogeno. Si inizierà con sole 200 unità, destinate a Paesi che già dispongono di una infrastruttura interna di rifornimento. L’Iveco HD Fcev (Fuel cell electric vehicle) è il camion a idrogeno di punta del Gruppo Iveco, progettato per offrire una soluzione sostenibile e innovativa nel trasporto pesante a lunga distanza. Questo modello utilizza la citata tecnologia delle celle a combustibile. Altre aziende impegnate su questo fronte sono Volvo Truck e Daimler, ad esempio.
Tuttavia, ci sono diversi ostacoli che questa tecnologia deve affrontare. In primo luogo, la mancanza di una rete di infrastrutture di rifornimento adeguata è un problema cruciale, così come il costo elevato dei veicoli a idrogeno rispetto a quelli tradizionali diesel o a metano, che complica l’adozione per le aziende di trasporto, che spesso operano con margini ridotti. Inoltre, la produzione di idrogeno mediante elettrolisi è inefficiente, con solo il 25% dell’energia iniziale che raggiunge le ruote del veicolo, un limite che rende questa tecnologia meno efficiente rispetto ad altre alternative come i veicoli elettrici a batteria.
L’articolo trae spunto dal convegno “Il ruolo dell’idrogeno nel trasporto pesante: camion a Fuel Cell e motori a combustione interna ad H2” tenuto a Piacenza nel contesto dell’Hydrogen Expo, evento dedicato al comparto tecnologico per lo sviluppo della filiera dell’idrogeno. Al simposio hanno partecipato rappresentanti di Volvo Trucks, Iveco, Man Truck & Bus Italia, Daimler Truck Italia, Ibc Energy, e altri.
Le due principali soluzioni per l’utilizzo dell’idrogeno nel trasporto pesante
- Veicoli a celle a combustibile (Fuel cell vehicles – Fcv)
Per l’esattezza, questa tecnologia utilizza celle a combustibile che convertono l’idrogeno in elettricità attraverso un processo elettrochimico chiamato elettrolisi inversa. Il risultato è la produzione di energia elettrica per alimentare un motore elettrico, con l’unico sottoprodotto costituito dall’acqua (H₂O).
I vantaggi principali dei veicoli a celle a combustibile sono, anzitutto, le zero emissioni locali: il processo non comporta emissioni di CO₂ o altri inquinanti atmosferici, con l’acqua come unico residuo. In secondo luogo, l’elevata autonomia: con una capacità di immagazzinare grandi quantità di idrogeno, questi veicoli possono raggiungere autonomie fino a 1.000 km con un solo rifornimento, rendendoli adatti al trasporto a lungo raggio e ai carichi pesanti. Infine, i tempi di rifornimento brevi: Il rifornimento di idrogeno è relativamente veloce (pochi minuti) rispetto alla ricarica delle batterie nei veicoli elettrici tradizionali, il che è un vantaggio nelle operazioni logistiche dove la rapidità è cruciale.
- Motori a combustione interna alimentati a idrogeno
Questa seconda tecnologia rappresenta un’evoluzione dei motori a combustione interna tradizionali, che vengono modificati per bruciare idrogeno al posto dei combustibili fossili. Si tratta di una soluzione più immediata rispetto alle celle a combustibile, poiché sfrutta la tecnologia già esistente dei motori a scoppio, semplicemente adattata per funzionare con idrogeno.
I principali vantaggi di questa tecnologia includono anzitutto l’adattabilità. È possibile convertire molti motori convenzionali per funzionare con idrogeno, il che rappresenta un’opzione interessante per l’industria automobilistica, poiché consente di mantenere parte delle infrastrutture e delle competenze esistenti. Ad esempio Ibc Energy, azienda di Sovicille (Siena) che opera nel campo delle rinnovabili e della sostenibilità da 40 anni, ha condotto vari test su veicoli modificati per funzionare a idrogeno, come la Fiat Multipla e il Fiat Doblò. «Con questi veicoli, abbiamo percorso complessivamente 64mila km, dimostrando la fattibilità dell’idrogeno in motori a combustione interna. Abbiamo inoltre collaborato con Ferrari e altri partner tecnici per test su banco prova di motori alimentati a idrogeno, ottenendo risultati promettenti», afferma Gaetano Santonocito, ceo di Ibc Energy.
In secondo luogo, la riduzione delle emissioni: sebbene non producano CO₂ durante la combustione dell’idrogeno, questi motori possono ancora emettere piccole quantità di NOx (ossidi di azoto), che devono essere gestite con tecnologie di post-trattamento.
L’affermazione del camion a idrogeno richiede l’attivazione dell’intera catena del valore
- Profonde modifiche per i veicoli a celle a combustibile
I veicoli a celle a combustibile (fuel cell) richiedono una trasformazione ancora più radicale, poiché l’intera linea di trasmissione (driveline) cambia. Anzitutto, c’è il motore elettrico: mentre i propulsori a combustione interna possono essere modificati, i veicoli a celle a combustibile richiedono un motore elettrico per funzionare. Questo significa che l’intero sistema di trasmissione del veicolo deve essere ripensato per funzionare con l’energia elettrica prodotta dalla cella a combustibile. In secondo luogo, si tratta di realizzare l’integrazione delle celle a combustibile: le celle a combustibile sono grandi e complesse. Devono essere integrate nella struttura del camion in modo sicuro e affidabile, assicurando che siano protette da vibrazioni, urti e condizioni ambientali estreme. Questo implica una riprogettazione degli alloggiamenti, del telaio e di altre parti strutturali del camion. Ancora, lo stoccaggio di idrogeno: come per i motori a combustione, anche i veicoli a celle a combustibile richiedono serbatoi di idrogeno ad alta pressione. Questi devono essere collocati in posizioni sicure, senza compromettere la distribuzione del peso e l’efficienza del veicolo.
2) Cambiamenti strutturali per i motori a combustione interna a idrogeno
Per quanto riguarda i motori a combustione interna alimentati a idrogeno, le modifiche principali riguardano la necessità di adattare componenti che sono state tradizionalmente progettate per funzionare con carburanti liquidi o gassosi convenzionali (diesel o metano).
Tra le sfide principali, quella legata ai serbatoi di idrogeno: questo gas ha una densità energetica inferiore rispetto ai combustibili fossili tradizionali e deve essere stoccato ad alte pressioni o a temperature estremamente basse per essere trasportato in quantità sufficienti. Ciò comporta la necessità di serbatoi specifici, più grandi e resistenti, che devono essere integrati nella struttura del camion senza compromettere l’aerodinamica, la sicurezza o la capacità di carico. In secondo luogo, le modifiche ai sistemi di gestione del carburante: quelli che gestiscono l’iniezione e la combustione dell’idrogeno sono diversi da quelli per il diesel o il metano. Occorre riprogettare questi apparati per assicurare una combustione efficiente e sicura, evitando problematiche come il ritorno di fiamma o la detonazione. Ancora, la sfida relativa ai sistemi di raffreddamento: la combustione dell’idrogeno genera calore in modo diverso rispetto ai combustibili fossili, e questo richiede un rafforzamento e una riprogettazione dei sistemi di raffreddamento del motore e delle altre componenti meccaniche del veicolo.
3) Implicazioni per la supply chain
Si diceva che una transizione così profonda non può essere affrontata solo dai costruttori di camion, ma deve coinvolgere tutta la catena del valore. Ad esempio, i fornitori di componenti: la produzione e la fornitura di nuovi componenti specializzati, come i serbatoi per l’idrogeno, i sistemi di gestione del carburante, le celle a combustibile e i motori elettrici, richiede una collaborazione stretta con i fornitori. Per Hans Breevoort, head of advanced engineering medium & meavy trucks di Iveco «questi ultimi devono essere in grado di sviluppare e produrre nuove tecnologie in modo efficiente e su larga scala, rispettando gli standard di sicurezza e affidabilità richiesti per il trasporto pesante». In secondo luogo, i produttori di materiali: la richiesta di materiali specifici, come compositi per i serbatoi di idrogeno o componenti speciali per le celle a combustibile, implica un aumento della domanda di nuovi materiali leggeri e resistenti. Le aziende chimiche e metallurgiche devono quindi essere pronte a fornire queste soluzioni su larga scala. Ancora, gli ingegneri e progettisti: la riprogettazione del veicolo richiede un livello avanzato di competenza ingegneristica per integrare le nuove tecnologie senza compromettere le prestazioni complessive dei camion. Saranno necessarie nuove partnership con aziende di ingegneria, design e software per garantire che i veicoli siano ottimizzati per l’idrogeno.
Le altre sfide
- Costo dell’idrogeno
Produrre idrogeno in modo sostenibile (ad esempio tramite elettrolisi) è attualmente più costoso rispetto alla produzione di combustibili fossili. Questo rende l’idrogeno meno competitivo in termini di prezzo, soprattutto per aziende che operano con margini ristretti come quelle del trasporto merci.
- Infrastrutture di rifornimento
La supply chain si estende oltre la fabbrica, fino alle infrastrutture necessarie per supportare l’adozione di veicoli alimentati a idrogeno. Stazioni di rifornimento di idrogeno devono essere costruite e gestite in modo sicuro ed efficiente. Questo richiede investimenti sia da parte del settore pubblico che privato per garantire che il rifornimento sia disponibile lungo le principali rotte di trasporto.
- Collaborazione governativa e regolamentare
La transizione richiede anche un impegno da parte dei governi per supportare lo sviluppo di politiche e regolamentazioni che incentivino la produzione e l’uso dell’idrogeno, oltre alla creazione di un quadro normativo che garantisca sicurezza e interoperabilità delle tecnologie.
Focus sulle aziende impegnate sul campo
- Man Truck & Bus: il primo camion con motore a combustione a idrogeno
Si diceva del nuovo veicolo Hthx che Man presenterà alla Iaa Transportation di Hannover. Si tratta di un camion dotato di un motore a combustione alimentato a idrogeno (H45), progettato per paesi come Islanda, Norvegia, Paesi Bassi ed Emirati Arabi, dove l’infrastruttura energetica è già in grado di supportare questa tecnologia. Questo camion offre prestazioni competitive, con 520 CV, 2.500 Nm di coppia e un’autonomia di circa 600 km, rendendolo una valida alternativa ai veicoli elettrici in contesti operativi difficili. Inoltre, i tempi di rifornimento sono notevolmente ridotti rispetto ai veicoli elettrici (meno di 15 minuti), a condizione che siano disponibili stazioni di rifornimento di idrogeno. Per Alessandro Rade, responsabile business development di Man Truck & Bus Italia, questa tecnologia è ancora in fase iniziale, con una produzione prevista di 200-300 unità nei prossimi mesi. «Questo dimostra l’impegno di Man nel testare e perfezionare questa tecnologia prima di un’eventuale commercializzazione su vasta scala».
- Iveco, il camion a celle a combustibile
Si accennava al modello Fcev, che ha un’autonomia di 800 km, superiore rispetto ai veicoli elettrici a batteria che arrivano a circa 500 km. Questo lo rende perfetto per il trasporto a lunga distanza, dove è cruciale percorrere lunghe tratte senza fermarsi frequentemente per il rifornimento. Il veicolo è in grado di stoccare 70 kg di idrogeno a una pressione di 700 bar, consentendo un’elevata densità energetica e un’autonomia estesa.
Uno dei principali vantaggi dell’Iveco HD Fcev rispetto ai veicoli elettrici a batteria è il tempo di rifornimento ridotto. Il camion può essere rifornito di idrogeno in meno di 20 minuti, un tempo molto competitivo rispetto ai lunghi tempi di ricarica dei veicoli elettrici. Questo rappresenta un grande vantaggio per le operazioni logistiche, dove minimizzare i tempi di inattività è essenziale.
- Volvo Trucks, camion a celle a combustibile di lunga autonomia
Volvo Trucks è impegnata nello sviluppo di veicoli alimentati a idrogeno come parte della sua strategia per raggiungere zero emissioni. In particolare, nella tecnologia delle celle a combustibile: Volvo sta investendo nello sviluppo di camion a celle a combustibile (fuel cell), con un’autonomia di circa 1.000 km utilizzando 80 kg di idrogeno. Questa soluzione è vista come essenziale per il trasporto su lunghe distanze e per i carichi pesanti, dove i veicoli elettrici a batteria mostrano dei limiti.
Volvo sta anche sviluppando motori a combustione interna alimentati a idrogeno come una soluzione di transizione più immediata rispetto alle celle a combustibile. Questo tipo di motore rappresenta un modo per adattare le tecnologie esistenti e offrire una soluzione a breve termine.
Joint venture H2 Accelerate: «Volvo partecipa alla joint venture H2 Accelerate, che mira a sviluppare politiche e infrastrutture per supportare l’introduzione di veicoli a idrogeno. L’obiettivo è mettere in circolazione 150 veicoli a celle a combustibile entro il 2030, accelerando così la transizione verso un trasporto pesante a idrogeno», afferma Sabrina Loner, electromobility and value chain director di Volvo Trucks
- Daimler, mille km con un pieno di idrogeno
Daimler, leader globale nel settore dei camion, sta sviluppando camion sia elettrici che alimentati a idrogeno.
Si pensi, anzitutto a Actros Generation H2: per Domenico Andreoli, head of marketing and press di Daimler Truck Italia, «Daimler sta testando un camion a celle a combustibile, chiamato Actros Generation H2, capace di percorrere fino a 1.000 km con un pieno di idrogeno. Questo progetto dimostra la fattibilità dell’idrogeno per il trasporto a lungo raggio».
Inoltre, Daimler riconosce che uno dei principali ostacoli è la mancanza di infrastrutture di rifornimento e sta lavorando per sviluppare stazioni di rifornimento di idrogeno sicure e facili da utilizzare, in modo simile al rifornimento di veicoli diesel.
Ancora Daimler sta anche puntando sull’elettrificazione, con veicoli come l’Actros 600, un camion elettrico con un’autonomia di 500 km per soddisfare le esigenze di trasporto su medie distanze. Daimler vede l’idrogeno come una soluzione complementare per applicazioni speciali e per il trasporto su distanze ancora più lunghe.
Il progetto Organia
Ibc Energy sta lavorando su un approccio sostenibile per trasformare i rifiuti organici in blend gassosi, contenenti una miscela di idrogeno, metano e anidride carbonica, che può essere utilizzata per alimentare veicoli.
Un esempio concreto di applicazione riguarda i veicoli per la raccolta rifiuti, dotati di un powertrain ibrido con una microturbina che converte l’energia chimica del combustibile in energia elettrica, utilizzabile direttamente o stoccata nelle batterie. Questo sistema, che sfrutta cicli di start-stop tipici del trasporto urbano, offre vantaggi come la riduzione dell’usura dei freni e il recupero di energia cinetica, migliorando l’efficienza complessiva del veicolo. «La tecnologia che propone si basa su processi di digestione anaerobica (Tsad), in grado di trasformare sottoprodotti e rifiuti organici in vettori energetici utilizzabili», spiega Francesco Giglione di Ibc Energy.
Possibile quota di mercato dell’idrogeno nel trasporto pesante
Sebbene i veicoli diesel continuino a dominare il mercato dei truck sopra le 16 tonnellate (95-96%), le case costruttrici stanno investendo in alternative come i veicoli elettrici a batteria, quelli a fuel cell e quelli a combustibili sintetici. Ma anche nell’idrogeno. Per Gianenrico Griffini (presidente di “International Truck of the Year”, un premio che viene assegnato dalla Association of Commercial Vehicle Editors all’autocarro che durante l’anno precedente si è segnalato come migliore novità in commercio) «i motori a combustione interna alimentati a idrogeno, che sono una realtà che vedremo per strada nella seconda metà di questo decennio, potrebbero coprire il 10-15% del mercato dei veicoli pesanti nei prossimi anni».
