Il motore a idrogeno sviluppato dall’Università di Magdeburgo ha raggiunto un traguardo che sembrava impossibile per qualsiasi motore a combustione interna: superare il 60% di efficienza termica. Per capire quanto sia significativo, basta pensare che i diesel più avanzati oggi in circolazione si fermano tra il 40% e il 50%, mentre i motori a benzina faticano a superare il 40%, anche se alcuni produttori cinesi sono riusciti a toccare rendimenti intorno al 48%. Quel soffitto invisibile imposto dalla termodinamica, insomma, sembrava invalicabile. E invece un gruppo di ricerca guidato dal professor Hermann Rottengruber, dell’Istituto IEPS della Otto-von-Guericke di Magdeburgo, sostiene di averlo scavalcato. Non con una semplice ottimizzazione, ma riscrivendo da zero l’architettura del ciclo termodinamico. Il risultato si chiama Argon Power Cycle, promette potenze paragonabili a un diesel pesante e non ha tubo di scarico.
Il segreto non sta solo nell’idrogeno. Sta nel gas che lo accompagna. In un motore convenzionale, l’azoto rappresenta circa il 78% di ciò che entra nel cilindro. È sostanzialmente un peso morto: non brucia, assorbe calore e, alle alte temperature, si combina con l’ossigeno generando ossidi di azoto (NOx), quegli inquinanti che da anni mettono i diesel nel mirino della normativa europea. Il team tedesco ha eliminato l’aria dall’equazione. Nella camera di combustione entrano solo tre elementi: idrogeno come fonte di energia, ossigeno puro per la reazione e argon, un gas nobile monoatomico che funge da gas di lavoro inerte. La scelta dell’argon ha una logica molto precisa: essendo monoatomico, possiede un indice adiabatico più alto rispetto all’azoto, il che significa che a parità di compressione raggiunge temperature di picco più elevate e restituisce più lavoro in fase di espansione. Risultato pratico: niente catalizzatore SCR, niente urea, niente filtro antiparticolato. La chimica del problema viene azzerata alla radice.
Ciclo chiuso e zero emissioni: come funziona davvero questo motore a idrogeno
L’altra grande novità è il circuito chiuso. Un motore tradizionale aspira aria fresca, la comprime, brucia il combustibile e poi espelle i gas. Ogni ciclo lavora con gas nuovi e butta via quelli caldi. Nel concept del motore a idrogeno di Magdeburgo, invece, la maggior parte della miscela resta dentro il sistema. I gas vengono raffreddati tramite uno scambiatore, l’acqua prodotta dalla reazione viene condensata e separata, l’idrogeno residuo recuperato e rimesso in circolo, e la miscela rientra nel cilindro per il ciclo successivo. È, di fatto, un motore che respira sempre lo stesso fiato. Il vantaggio non è solo ambientale: lavorare con un gas già controllato in composizione e temperatura riduce le perdite e permette di mantenere condizioni di combustione stechiometrica controllata ciclo dopo ciclo. Il progetto, condotto in collaborazione con WTZ e finanziato dal Ministero federale tedesco dell’Economia e dell’Energia, è stato validato sia su banco prova con motori monocilindrici sperimentali, sia attraverso simulazioni CFD dettagliate.
Sul fronte delle applicazioni, Rottengruber è stato chiaro: qui non si parla della prossima city car. Gli ambiti naturali sono il trasporto navale, le macchine da cantiere, i grandi trattori, i camion da lungo raggio, i gruppi elettrogeni stazionari. Tutti settori dove un pacco batteria diventa impraticabile per peso o per tempi di ricarica. E non è un caso che i principali costruttori di propulsori marini abbiano già manifestato forte interesse, visto che il settore navale ha scadenze normative al 2050 che oggi nessuna tecnologia mainstream copre davvero.
I nodi tecnici ancora aperti e la questione economica
Il motore a idrogeno con ciclo ad argon non è pronto per la produzione, e gli stessi ingegneri lo ammettono. I problemi aperti sono essenzialmente tre. Il primo riguarda la densità di potenza: la quantità di idrogeno iniettabile per ciclo è limitata dalla geometria della camera e dalla cinetica di combustione, e questo tiene la potenza specifica sotto i livelli teoricamente raggiungibili. Il secondo è l’accumulo di anidride carbonica nel circuito chiuso, che non deriva dalla combustione dell’idrogeno ma dalla combustione parziale dell’olio lubrificante che inevitabilmente trafila attraverso le fasce elastiche. In un sistema aperto la CO2 esce con i gas di scarico, qui si accumula e va estratta con un sottosistema dedicato. Il terzo è economico e logistico: l’argon è già usato in metallurgia, saldatura e semiconduttori, ed estenderne l’impiego al trasporto pesante su larga scala pone questioni di approvvigionamento. Va detto però che, trattandosi di un circuito chiuso, l’argon non viene consumato: si carica una volta e rimane nel motore, salvo perdite. Il costo è quindi iniziale, non operativo.
Sul piano economico, Rottengruber sostiene che il sistema chiuso, una volta a regime, possa risultare persino più economico di un motore a combustione di idrogeno tradizionale. Il ragionamento regge: niente sistemi di post trattamento dei gas, niente catalizzatori complessi, niente DPF, e un’efficienza così alta da ammortizzare velocemente il sovracosto costruttivo. La strada per portare questa tecnologia in produzione di serie passa da almeno una generazione di prototipi multicilindrici, dal consolidamento della gestione della CO2 da trafilaggio e dalla creazione di una filiera dell’idrogeno verde che in tutta Europa è ancora un cantiere aperto.
