Un motore a idrogeno capace di raggiungere il 60% di efficienza sembra quasi un’anomalia, soprattutto se si considera che i migliori motori diesel attualmente in circolazione si fermano tra il 40 e il 50%. Significa che, nella migliore delle ipotesi, meno della metà dell’energia contenuta nel carburante diventa lavoro utile. Tutto il resto? Disperso in calore. È un vincolo legato alla termodinamica, qualcosa con cui gli ingegneri fanno i conti da decenni. Eppure un gruppo di ricerca dell’Università Otto-von-Guericke di Magdeburgo, in Germania, sembra aver trovato il modo di superare questa soglia con un approccio radicalmente diverso: un motore a idrogeno a ciclo chiuso che, almeno in laboratorio, ha dimostrato di poter convertire in energia meccanica più del 60% dell’energia chimica disponibile.
Cosa cambia tra benzina, diesel ed idrogeno
Per dare un po’ di contesto a quel numero: un motore a benzina di un’auto comune si ferma attorno al 30 o 35%. Un diesel ben progettato arriva al 45, forse 48%. Questi valori sono limitati dal ciclo di Carnot, che fissa un tetto massimo di efficienza per qualsiasi macchina termica basandosi sulla differenza di temperatura tra la fase calda e quella fredda. Il motore di Magdeburgo riesce in parte ad aggirare questo vincolo grazie a una chimica diversa e, soprattutto, grazie al fatto che opera in un sistema chiuso. A differenza di un diesel tradizionale, che aspira aria, brucia carburante ed espelle gas di scarico, questo propulsore a idrogeno lavora con una miscela composta da tre elementi: idrogeno, ossigeno e argon. L’idrogeno fornisce l’energia, l’ossigeno permette la combustione, e l’argon, essendo un gas nobile inerte, non brucia né reagisce ma crea condizioni termodinamiche particolarmente favorevoli.
La parte davvero interessante è cosa succede dopo ogni ciclo. La miscela non viene espulsa: viene raffreddata, trattata e rimessa in circolazione. L’acqua prodotta dalla reazione viene separata, l’idrogeno residuo viene liquefatto e recuperato. Il risultato, almeno sulla carta, è un motore senza tubo di scarico e senza emissioni dirette. E c’è un altro vantaggio non da poco: l’assenza di azoto nel circuito elimina alla radice la formazione degli ossidi di azoto, che rappresentano uno degli inquinanti più problematici nei motori diesel convenzionali.
Non è pensato per le automobili, e ci sono ancora criticità aperte
Viene spontaneo chiedersi quando vedremo questo motore a idrogeno sotto il cofano di qualche vettura. La risposta, però, è che il progetto non guarda affatto in quella direzione. Il professor Hermann Rottengruber, che guida il gruppo di ricerca, ha spiegato chiaramente che la tecnologia è pensata per applicazioni dove servono potenza elevata, funzionamento prolungato e robustezza in condizioni difficili. Si parla quindi di camion a lungo raggio, navi, generatori, macchine agricole e da cantiere. Il progetto è stato sviluppato insieme a WTZ Roßlau gGmbH e finanziato dal Ministero federale tedesco dell’Economia e dell’Energia.
Detto questo, sarebbe sbagliato dipingere un quadro troppo roseo. Gli stessi ricercatori hanno evidenziato criticità concrete. La densità di potenza del sistema è ancora limitata, perché la quantità di idrogeno iniettabile per ogni ciclo ha vincoli tecnici precisi. C’è poi un rischio di accumulo di anidride carbonica nel circuito chiuso, causato dalla combustione dell’olio lubrificante: un fenomeno che col tempo potrebbe ridurre sia l’efficienza che la potenza del motore a idrogeno. Entrambi i punti sono stati indicati come priorità per lo sviluppo futuro.