L'idrogeno e la rivoluzione nei trasporti

La rivoluzione dei trasporti passa dall’idrogeno? Il “combustibile ecologico” rappresenta una risposta tangibile alla lotta all’inquinamento nelle aree urbane e alle sfide lanciate dalla mobilità sostenibile. Un primo segno tangibile per la transizione è stato dato da Ferrovie della Calabria che ha avviato la collaborazione con il DIMEG (Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e Gestionale) dell’Università della Calabria. Ne abbiamo parlato con la professoressa Petronilla Fragiacomo, responsabile scientifica del team “Fuel Cell and Hydrogen”.
Di recente è stato presentato a Milano il progetto di Trenitalia per la produzione di idrogeno e il suo utilizzo nei trasporti, progetto che si avvale della collaborazione del Dipartimento di Ingegneria meccanica, Energetica e Gestionale dell’Unical. Di cosa si tratta?
Il progetto di Ferrovie della Calabria prevede la sostituzione graduale del parco veicoli aziendali con sistemi innovativi ibridi a celle a combustibile a idrogeno, sia per il trasporto su gomma, che soprattutto per il trasporto ferroviario. Si tratta infatti di linee a scartamento ridotto, dove l’elettrificazione delle stesse comporterebbe problematiche non trascurabili. A sostegno dei veicoli, per una completa decarbonizzazione, è altresì necessaria una centrale di produzione, stoccaggio ed erogazione di idrogeno verde.
Qual è il contributo del DIMEG?
Il DIMEG, nella fattispecie il gruppo di ricerca di cui sono Responsabile Scientifico – il team “Fuel Cell and Hydrogen” composto dagli Ingg. PhD: Giuseppe De Lorenzo, Orlando Corigliano, Francesco Piraino e Matteo Genovese – è coinvolto nel progetto di Ferrovie della Calabria con due principali linee di ricerca: la progettazione tecnica e funzionale della centrale stessa, che include i sistemi energetici per la produzione, lo stoccaggio, e il rifornimento di idrogeno, di cui mi occupo personalmente, insieme con il mio gruppo, e la progettazione dell’infrastruttura elettrica a supporto della centrale, gestita dalla Prof.ssa Anna Pinnarelli. Ci siamo quindi concentrati su uno studio di fattibilità che individui una soluzione funzionale dal punto di vista tecnico ed economico, di centrale di produzione di idrogeno green atta a soddisfare le esigenze di Ferrovie della Calabria.
Da tempo si parla dell’abolizione del diesel nel trasporto pubblico. Oggi una serie di misure come il Piano strategico di mobilità sostenibile e i fondi del PNRR danno concretezza a questo che un tempo era uno slogan.
La Commissione Europa ha individuato nei trasporti la causa principale di inquinamento atmosferico nelle città e nelle nazioni. Per tale motivo, il settore ferroviario necessita di una marcata innovazione. Infatti sono previsti, entro il 2030, investimenti per 40-60 miliardi di euro su treni a zero emissioni. Gli autobus e i treni ibridi a cella a combustibile possono rappresentare un’efficace e sostenibile alternativa per i trasporti, soprattutto se utilizzano idrogeno proveniente da fonti rinnovabili.
In tale contesto, si innesta la proposta progettuale di Ferrovie della Calabria: network di infrastrutture di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua, accoppiata a fonti rinnovabili, e di erogazione, per sostenere la mobilità sostenibile nella Regione Calabria attraverso il graduale inserimento di autobus e treni ibridi a celle a combustibile.
Perché si concretizzi la transizione ecologica è necessario coniugare la componente veicolare e quella infrastrutturale. Quali tempistiche prevede?
La diffusione di infrastrutture di rifornimento di idrogeno e la diffusione di veicoli a celle a combustibile a idrogeno sono fortemente interconnesse e interdipendenti. Infatti, il numero di veicoli su strada dipenderà dal numero di infrastrutture di rifornimento presente sul territorio, dalla loro capacità di rifornimento, posizione strategica, interposizione e geo-localizzazione. Le applicazioni come quelle inerenti al progetto di Ferrovie della Calabria consentiranno di avviare network primordiali di tali infrastrutture, garantendo nell’immediato il rifornimento di flotte private interne all’azienda a servizio del trasporto pubblico locale e in futuro di flotte anche esterne, che potranno quindi trovare nella centrale di Ferrovie della Calabria un punto stabile e maturo di rifornimento.
Parliamo di produzione e lavorazione dell’idrogeno: quale tecnologia sta sviluppando in collaborazione con il gruppo di ricerca “Fuel Cell and Hydrogen”?
Il team di ricerca “Fuel Cell and Hydrogen” si occupa di ricerca applicata e industriale su sistemi “Fuel Cell-based” e sulle tecnologie innovative a idrogeno da diversi anni. 

Nello specifico, per citare alcune tematiche di ricerca, ci occupiamo di celle elettrolitiche innovative per la produzione di idrogeno green, di powertrain innovativi a celle a combustibile per il trasporto su

gomma, rotaia e navale, e di infrastrutture di stoccaggio e rifornimento di idrogeno. Diverse sono le collaborazioni scientifiche con Enti di RicercaNazionali ed Internazionali, quali CNR ITAE, ENEA, Cal State LA Hydrogen Research and Fueling Facility, e molteplici Università. Alcuni dei nostri Dottori di Ricerca hanno svolto periodi prolungati di ricerca in California, dove le tecnologie ad idrogeno hanno raggiunto una maturità sia tecnologica che commerciale notevole. Questo ha sicuramente accelerato l’acquisizione di know-how tecnico avanzato rispetto allo state dell’arte nazionale. Stiamo collaborando oramai anche con diverse aziende e realtà industriali importanti, che sono interessate allo sviluppo di tali tecnologie. Parte del gruppo di ricerca ha anche fondato una Startup Innovativa, ENERVA H2 Srl, Spin-Off  Universitario, che si occupa di sistemi innovativi a celle a combustibile per la valorizzazione energetica delle biomasse.

Quali le potenzialità e i vantaggi dell'impiego dell'idrogeno nel campo dei trasporti?

L'utilizzo dell'idrogeno nei trasporti può permettere la decarbonizzazione profonda di uno dei settori maggiormente inquinanti, causa di oltre un quarto delle emissioni mondiali di CO2 equivalenti. Tramite le energie rinnovabili, l'idrogeno prodotto da elettrolisi dell’acqua risulta essere, a tutti gli effetti, un vettore energetico green, con un bassissimo impatto ambientale. Tramite i veicoli a celle a combustibile, è possibile ottenere zero emissioni in loco, poiché, partendo da idrogeno ed ossigeno, si riesce a produrre energia elettrica, utile per la trazione, e vapore acqueo, unico prodotto di scarto. Per tali ragioni, tutta la catena dell'idrogeno è utile per abbattere le emissioni del settore dei trasporti. Non è da sottovalutare inoltre, che le performance ottenibili con vetture "fuel cell-based" sono paragonabili a quelle dei veicoli tradizionali, in termini di autonomia e tempi di rifornimento, insieme a basse emissioni acustiche e ambientali.

 Gli eventuali punti deboli?

Il principale punto debole dell'utilizzo dell'idrogeno nel settore dei trasporti, come per qualsiasi innovazione energetica e tecnologica, è di tipo sociale, ovvero l’introduzione della tecnologia ed il riconoscimento delle sue potenzialità, da far avvenire per piccoli step in maniera da consentire, almeno in parte, l'avvio di una primordiale economia basata sull'idrogeno. Esistono poi esigenze strutturali non trascurabili. L'assenza di veicoli non permette la diffusione di infrastrutture, e l'assenza di infrastrutture non permette la diffusione dei veicoli. L'applicabilità in settori quale quello ferroviario o su strada per il servizio pubblico è un buon punto di partenza, poiché è necessario un numero ridotto di stazioni di rifornimento, e non una rete capillare e diffusa in tutto il territorio. È chiaro che una forte spinta a tale tecnologia può essere possibile solo grazie ad una massiccia e pianificata programmazione di investimenti da parte dell'Unione Europea e dal Governo Centrale, e della partecipazione attiva dei vari enti, sia pubblici che privati, dislocati sul territorio.

 L'idrogeno è un elemento centrale per la rivoluzione della mobilità, produrlo in modo sicuro è una sfida…

La tecnologia, in realtà, è già esistente. È l’applicabilità su larga scala che necessita di attenzione e ricerca. La produzione di idrogeno green va sicuramente contestualizzata rispetto agli obiettivi Europei di decarbonizzazione. La sfida più ardua, ad oggi, è l’introduzione di normativa e legislazione che regolino le dinamiche tecniche, economiche, e di impatto

ambientale, ma anche di tematiche quali sicurezza, stoccaggio e trasporto, dell’idrogeno come vettore energetico.

A quale step di ricerca siete giunti?

Gli studi da noi condotti, validati con attività sperimentale anche eseguite in modo congiunto con gli enti di ricerca esteri con cui collaboriamo, hanno già evidenziato le potenzialità incredibili di queste soluzioni innovative per la mobilità e per i trasporti. Da qualche anno siamo testimoni di una partecipazione più marcata delle realtà industriali, sia locali che nazionali, verso le tematiche inerenti all’idrogeno. Ciò sicuramente favorirà e consentirà la contestualizzazione dei risultati di ricerca rispetto al tessuto industriale, sociale ed economico in cui lavoriamo, aprendo nuove prospettive applicative e scoprendo i punti deboli, per poter poi identificare i potenziali margini di miglioramento.

Quali i prossimi passi?

Come missione universitaria, sicuramente contribuire il più possibile alla formazione di personale qualificato che sia in grado di essere protagonista ed attore principale nella transizione energetica ed ecologica. Come gruppo di ricerca, contribuire alla realizzazione sperimentale di un network pilota e funzionante di mobilità sostenibile, alimentata ad idrogeno, nel territorio Calabrese, in grado di aprire prospettive di sviluppo e diffusione dell’idrogeno come vettore energetico per il trasporto, e quindi a livello Nazionale. Il trasferimento tecnologico dei risultati della ricerca Italiana e dei progetti di ricerca che mirano a favorire questo passaggio, può diventare uno step abilitante: le tecnologie ad idrogeno sono oggetto di ricerca da diversi anni in alcuni centri di ricerca, Università e poli industriali. Il know-how ed i risultati già ottenuti, se valorizzati, non possono che accelerare e favorire questa transizione energetica, rafforzando le azioni chiave e la buona riuscita di progetti di più larga scala industriale.