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Sui binari dell’idrogeno

Il trasporto su ferrovia si dirige verso una svolta importante per la decarbonizzazione del settore.

di Sharon Fisher
19 novembre 2020
8 min di lettura
di Sharon Fisher
19 novembre 2020
8 min di lettura

I paesi in cerca di nuove modalità per il trasporto delle persone, capaci di ridurre le emissioni di gas climalteranti, stanno valutando la possibilità di usare treni alimentati da celle a combustibile a idrogeno. Uno dei primi treni di questo genere è il Coradia iLint in Germania, ma i paesi di tutto il mondo guardano ai vantaggi promessi dai treni a idrogeno come a un mezzo per potenziare la decarbonizzazione. All'inizio dell'anno, Alstom ha dichiarato di aver eseguito dieci giorni di test sul treno a idrogeno Coradia iLint sui 65 chilometri di linea tra Groninga e Leeuwarden, nel nord dei Paesi Bassi.

"I test seguono 18 mesi di servizio passeggeri sulla linea Buxtehude-Bremervörde-Bremerhaven-Cuxhaven in Germania, dove sono già stati ordinati complessivamente 41 Coradia iLint", ha spiegato la società in un comunicato stampa. I treni sono dotati di celle a combustibile per convertire l'idrogeno e l'ossigeno presenti nell'aria in elettricità e hanno un’autonomia di circa 1.000 chilometri, secondo quanto dichiarato da Alstom. La batteria a bordo del treno è inoltre in grado di recuperare energia durante la frenata, che verrà poi sfruttata in fase di accelerazione.

Perché i treni?

I treni sono un mezzo particolarmente adatto per sviluppare un trasporto privo di emissioni di carbonio, anche se i ricercatori stanno considerando la tecnologia a idrogeno come soluzione per decarbonizzare diversi mezzi di trasporto, come ci illustra Raphael Isaac, analista senior di dati sui trasporti per Energetics, società di consulenza energetica con sede a Columbia, nel Maryland. Precedentemente, è stato ricercatore tecnico in materia di carburanti alternativi per il settore ferroviario presso la Michigan State University di East Lansing, Michigan. "Un treno offre molto spazio", spiega Isaac. "Qui le limitazioni che si potrebbero riscontrare in altre situazioni non sono particolarmente problematiche". Le regioni urbane hanno iniziato ad elettrificare i treni per ridurre le emissioni di carbonio già da diverso tempo, evidenzia Issac, ma questo processo può risultare costoso, soprattutto nelle aree rurali. Secondo la BBC, l'elettrificazione di un chilometro di rotaie può costare da 750.000 a 1 milione di sterline (965.000-1,3 milioni di dollari).

L'idrogeno non richiede la realizzazione di una costosa infrastruttura elettrica, ma consente ai treni di circolare sull'infrastruttura ferroviaria esistente. "L'idrogeno è pulito e silenzioso quanto l'elettricità, ma non è altrettanto costoso", dice Issac. Per questo motivo, qualsiasi località che non possieda già un'infrastruttura per treni elettrici, come molte aree negli Stati Uniti e in Europa, è un candidato ideale per l’introduzione di treni a idrogeno, spiega Isaac. La conversione all'idrogeno per alimentare i treni ha un ulteriore vantaggio: la tecnologia ferroviaria è spesso centralizzata all'interno di una regione, e questo semplifica il processo decisionale rispetto ad altre modalità di trasporto. "Nel caso del trasporto ferroviario, le decisioni non coinvolgono 300 milioni di attori diversi", come accade con le automobili, sottolinea Isaac. Coordinare il cambiamento sarebbe più facile rispetto al mondo delle automobili, anche se bisogna ammettere che le tecnologie nel settore ferroviario cambiano lentamente.

Le sfide dei treni a idrogeno

Issac riconosce che i treni a idrogeno presentano alcuni svantaggi. In particolare, poiché l'idrogeno è un gas, occupa molto spazio rispetto all'energia che genera. "Su un treno c'è più spazio che su un'auto, ma l'idrogeno, essendo un gas molto leggero, ha una bassa densità di energia per volume", dice. "Si ottiene molta energia rispetto alla massa, ma non rispetto al volume". I treni, inoltre, consumano più energia delle auto perché sono più grandi, anche se questo significa che potenzialmente hanno più spazio per trasportare idrogeno, osserva. È vero che l'idrogeno gassoso può essere compresso, ma questo processo richiede ulteriore energia a discapito dei benefici ambientali legati al passaggio a questa risorsa.

Il costo della produzione di idrogeno è un altro fattore da tenere in considerazione. Anche se è l'elemento più abbondante nell'universo, è presente all’interno di altre sostanze, dice Isaac. "L'idrogeno non esiste allo stato libero", spiega. "Dev’essere estratto dall'acqua o dal gas naturale". E su questo aspetto emergono anche alcune preoccupazioni ambientali. Innanzitutto, l'idrogeno può essere prodotto sia dal gas naturale, il cosiddetto idrogeno blu, sia dall’acqua, l’idrogeno verde, secondo Greentech Media.

Rispetto alla produzione dal gas naturale, produrre idrogeno dall'acqua è un processo più pulito dal punto di vista ambientale, poiché l'elettrolisi dell'idrogeno utilizza l'elettricità per scindere i vari componenti, spiega Isaac. Inoltre, non richiede l'uso di gas naturale a base di carbonio (principalmente metano) la cui estrazione ha un notevole impatto ambientale. Tuttavia, il processo di produzione di idrogeno verde si può definire pulito solo se è pulita anche la rete elettrica utilizzata per ottenerlo, ossia se l'energia elettrica è prodotta da fonti rinnovabili come l'energia idroelettrica, eolica o solare. "Se la rete non è pulita, il metodo perde la sua validità", evidenzia Isaac.

Iniziative analoghe a livello mondiale

L’impegno di Alstom in Germania e nei Paesi Bassi non è un caso isolato. Tra i paesi che stanno testando i treni a idrogeno o hanno in previsione di farlo nel prossimo futuro troviamo Austria, Scozia e altre regioni del Regno Unito, Danimarca, Norvegia, Italia, Canada, Francia, Stati Uniti e Spagna. Dal 2019, ad esempio, il Regno Unito sta testando treni alimentati a idrogeno, chiamati Hydroflex, nel contesto del piano nazionale per eliminare i treni diesel entro il 2040, secondo la BBC. "La cella a combustibile è composta da un anodo, un catodo e una membrana elettrolitica", cita l'articolo della BBC intitolato Next stop, hydrogen-powered trains. 

"L'idrogeno immagazzinato passa attraverso l'anodo, dove viene separato in elettroni e protoni. Gli elettroni vengono quindi spinti attraverso un circuito che genera una carica elettrica, che può essere immagazzinata in batterie al litio o inviata direttamente al motore elettrico del treno". Analogamente, a settembre 2020 la University of St. Andrews in Scozia ha avviato un progetto di 12 mesi per convertire all’idrogeno un treno a tre vagoni nel quadro del progetto Zero Emission Train. L'università sta collaborando con Scottish Enterprise, Transport Scotland, Brodie Engineering e Arcola Energy e auspica di poter presentare la propria tecnologia alla Conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (COP 26) prevista per dicembre 2021.

L'obiettivo di decarbonizzazione delle ferrovie della Scozia è attualmente il più ambizioso in Gran Bretagna: il governo scozzese spera infatti di azzerare le emissioni inquinanti legate al trasporto passeggeri entro il 2035. La conversione delle ferrovie all'idrogeno a bassa emissione di carbonio potrebbe non avere un effetto immediato sugli sforzi di decarbonizzazione a livello mondiale, visto che altre forme di trasporto sono più diffuse, ammette Isaac. "Le ferrovie rappresentano l'1-2% di tutte le emissioni legate ai trasporti negli Stati Uniti". Ciononostante, il passaggio dei treni all'idrogeno può contribuire a promuovere il progresso tecnologico e ad aumentare la produzione complessiva di idrogeno. "Sta giocando un ruolo fondamentale nello sviluppo e l’avanzamento di questa tecnologia".

L'autrice: Sharon Fisher

È Managing Editor dell'Idaho Business Review e in passato, è stata collaboratrice di The Economist e lavorato con la Gartner Inc. come direttore della ricerca e per il Servizio Forestale degli Stati Uniti nella ricerca biologica.