Sulle strade tedesche oltre 100 BMW iX5 a idrogeno a fuel cells
Una flotta di auto a idrogeno a fuel cells BMW iX5 sta circolando sulle strade tedesche a scopo di dimostrazione. Altre decine di BMW iX5 sono presenti in alcune delle nazioni del mondo già dotate di stazioni di rifornimento idrogeno. La tecnologia BMW a celle a combustibile a idrogeno supera clamorosamente, sia in termini di autonomia che di velocità di ricarica, le auto elettriche che si basano sulle sole batterie.
Nonostante che l’attuale tendenza del mercato auto mondiale si sia orientata verso l’elettrico a batterie (per la sorpresa, e la preoccupazione, delle Case auto di vedere la Tesla piazzare oltre 90.000 auto elettriche nel Mondo in soli tre anni) tale soluzione di powertrain rimane fortemente penalizzate. In primis per i lunghissimi tempi di ricarica (da oltre due ore fino a sei per una ricarica completa, in dipendenza dal valore della tensione dei sistemi di ricarica: da quelli più rari a 600 Volt a quelli domestici a 220 Volt). Alcuni proprietari di Tesla, da noi intervistati alle colonnine di ricarica, e impegnati in percorsi autostradali lunghi, ci hanno confidato che, dopo un carica completa a inizio viaggio, durante il percorso tendono a ricaricare le loro vetture solo parzialmente, prendendosi nel contempo una sosta (di circa un’ora) nei bar ben presenti presso tutte le stazioni di ricarica. In tal modo possono percorrere circa 80-100 km fino alla prossima stazione di ricarica per un altro break. L’autonomia di un’auto a batterie appare quindi accettabile solo per un utilizzo a bassa velocità del veicolo, magari in città, mentre risulta scomoda per i percorsi molto lunghi.
La BMW iX5 a idrogeno fuel cells ha un’autonomia reale di 510 km WLTP e consente uno stile di guida sportivo “da BMW” sulle strade extraurbane e le ricariche durano tre minuti come per le vetture endotermiche. Nel ciclo cittadino può addirittura superare gli 800 km di autonomia.
Ma perchè la BMW ha scelto di percorrere anche la strada della tecnologia idrogeno a fuel cells ?
Perchè una vettura prestazionale come la BMW iX5 Hydrogen possa essere guidata senza l’ossessione del fermo per la ricarica e nel modo che ci si deve aspettare da una BMW: accelerazioni brucianti, guida sportiva e velocità di crociera elevata anche su percorsi molto lunghi (con una sola suddetta sosta di tre minuti si possono raggiungere perfino 900-1100 km, secondo lo stile di guida scelto).
DESCRIZIONE TECNICA
La vettura dispone di un motore elettrico (di ultima generazione) da 295 kW (401 CV) di potenza che, grazie alle fuel cells a idrogeno, assicura una continuità di erogazione della potenza di 125 kW finché c’è idrogeno a bordo.
Oltre al propulsore a fuel cells a idrogeno, è presente una batteria a ricarica rapida grazie alla quale, nelle fasi di decelerazioni e frenata, il motore elettrico genera elettricità recuperata dalla dissipazione (un vero e proprio KERS: Kinetic Energy Recovery System, in italiano “sistema di recupero dell’energia cinetica”) che carica rapidamente un pacco di batterie ad alta densità energetica con tecnologia agli ioni di litio.
Tutti i sotto-componenti del sistema di trazione a idrogeno della vettura sono stati progettati appositamente per la BMW iX5 Hydrogen FC allo scopo di assicurare i rendimenti migliori possibili oggi. Sia di ciascun componente che del rendimento globale del veicolo (rendimento eta dal serbatoio alle ruote: circa 0,40 pari a circa tre volte il rendimento di un equivalente veicolo endotermico che ha valori di rendimento nettamente inferiori del motore m.c.i e della trasmissione che nei m.c.i è meccanica con differenziale e qui è diretta). La BMW iX5 ha inoltre emissioni nulle
Questo rendimento “vehicle” 0,40 è incommensurabilmente più elevato rispetto ai primi tentativi della BMW di accostarsi all’idrogeno. Le primissime BMW a idrogeno erano del 1997 ed avevano il motore termico. Si trattava di BMW 733 trasformate da benzina a idrogeno, Avevano un rendimento “vehicle” eta del 0,5% ed avevano l’idrogeno stoccato a bordo allo stato liquido a -232 °C in bombole speciali criogeniche (con enormi dispersioni energetiche nella fase di liquefazione dell’idrogeno col ciclo Linde). D’altra parte proprio il basso rendimento di un sistema di trazione basato sul motore endotermico richiedeva di avere a bordo delle BMW 733 m.c.i. a idrogeno un quantitativo enorme di idrogeno per un’autonomia e prestazioni paragonabili a quelle a benzina.
L’ACCORDO CON TOYOTA
Grazie ad un accordo con la Toyota Motors (che già dal 2013 aveva sviluppato il proprio sistema di trazione a idrogeno a fuel cells per la Toyota Mirai) la BMW entra quindi da protagonista nella competizione mondiale, ormai apertissima, di puntare alla soluzione migliore per la mobilità “green” del prossimo futuro.
Naturalmente la Germania e il Giappone sono fortemente motivate verso le fuel cells e l’idrogeno per ragioni anche commerciali e geopolitiche. Le auto a batterie hanno la necessità di ricorrere al litio e alle terre rare che renderebbero l’Europa e il Giappone dipendenti dalla Cina e dagli USA (i paesi del mondo ricchi di tali elementi). Le fuel cells possono essere prodotte ovunque perchè si tratta di lamine di plastica speciale polimerica tenute unite a pressione da due elettrodi metallici di estremità.
LO STOCCAGGIO DELL’IDROGENO
L’idrogeno che alimenta il pacco di celle a combustibile (stack di fuel cells) è immagazzinato in due serbatoi da 700 bar tecnologicamente sicuri e realizzati in materiale leggero e molto resistente, con un layer interno in materiale inerte per evitate che l’idrogeno reagisca chimicamente (la molecola dell’idrogeno è molto reattiva). I serbatoi sono rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) a prova di esplosione e di crash (durante i test si spara anche sul materiale con una pistola). Le due bombole della BMW iX5 contengono in totale 6 Kg di idrogeno, pari ad una energia totale disponibile a bordo di 208 kWh (1 kg di H2 contiene 125 MJoule oppure 34,7 kWh di energia). Si tratta di circa il doppio dell’energia elettrica disponibile a bordo di una Tesla.
La presenza dei due serbatoi non influisce sul layout interno del veicolo e non penalizza il volume del bagagliaio perché essi sono collocati in corrispondenza del tunnel centrale e sotto i sedili posteriori.
Lo stack (pacco) fuel cells (pile a combustibile e idrogeno) occupa il posto del motore m.c.i nel vano motore, con tutti gli apparati di controllo e di gestione elettronica. Il motore elettrico è collocato sul retrotreno (la BMW iX35 è a trazione posteriore). La guida e il confort sono uguali a quelli di un’auto elettrica, fluidità di marcia, accelerazioni brucianti (0-100 in meno di 6 secondi, valore incredibile per un SUV da 2,2 tons come la BMW iX5). Infine la possibilità di guidare dimenticando il pedale del freno con il settaggio “one-pedal”. La velocità massima è limitata a 180 km/h, più che sufficiente per qualsiasi necessità.
Ciò che rivoluziona invece l’esperienza di viaggio sono il rifornimento e l‘autonomia. Si fa il pieno di idrogeno al distributore in 3-4 minuti, in totale sicurezza e con procedura semplicissima.
Il prezzo dell’idrogeno (alla pompa di Anversa) è pari a 10 euro/kg il che si traduce in un costo di 60 euro per un pieno. La previsione è di raggiungere un costo di 5 euro al kg dell’idrogeno entro pochi anni. Addirittura con le nuove tecnologie di produzione dell’idrogeno da rinnovabili (eolico off-shore nel nord Europa e solare a concenrazione nel sud della Spagna) si potrà scendere anche a 2,5 euro al kgH2.
L’enorme diffusione delle energie rinnovabili è ormai in atto in tutte le nazioni industrializzate e permette la produzione dell’idrogeno in modalità “total green” grazie agli elettrolizzatori, il cui mercato ha registrato una impennata esponenziale a partire dall’inizio della guerra in Ucraina
Afferma Oliver Zipse, Presidente del Consiglio di Amministrazione di BMW AG: “L’idrogeno ha un ruolo chiave nel processo di transizione energetica e nella protezione del clima. L’idrogeno è il modo più efficiente per immagazzinare l’energia elettrica prodotta da rinnovabili. Sfrutteremo questa tecnologia a idrogeno per accelerare la trasformazione del settore della mobilità in vista della cessazione della produzione di auto con motore endotermico decisa a partire dal dal 2035”.
Il BMW Group sta producendo sistemi di celle a combustibile altamente efficienti nel proprio centro di eccellenza per l’idrogeno con sede a Monaco. Il BMW Group riceve le singole celle a combustibile (fuel cells) dalla Toyota Motor Corporation e le assembla a Monaco. Queste due aziende collaborano con successo da molti anni e lavorano insieme sui sistemi di trazione a celle a combustibile dal 2013.
Il BMW Group ha sviluppato ulteriormente speciali componenti per il nuovo sistema che sono già da anni impiegati nei veicoli con motori endotermici come: i turbocompressori per inviare in pressione alle fuel cells l’aria necessaria alla reazione con l’idrogeno (il propulsore a fuel cells non ha attriti e impiega idrogeno più aria per la reazione che produce elettricità). Poi gli intercooler, i filtri per l’alimentazione delle fuel cells di aria e idrogeno senza impurità, oltre a importanti componenti elettronici come le unità di controllo, il BMS (Battery Management System: sistema di controllo delle batterie) e la tecnologia dei sensori piazzati ovunque per il controllo dei fluidi e dei sottosistemi della power train (sistema di trazione) della BMW iX5 a idrogeno.
CONCUSIONI
L’impegno che il BMW Group mostra nell’area della tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno offre vaste opportunità per l’ambiente e per il futuro per tutti noi.
Secondo un rapporto dell’Agenzia internazionale dell’energia (IEA), l’idrogeno verde ha un enorme potenziale nel quadro della transizione energetica in atto e della mobilità “total green”.
FONTI: Press BMW group – Media service Toyota Motors
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