Le celle a combustibile ( dal termine inglese fuel cells) sono dispositivi elettrochimici che permettono di ottenere elettricità direttamente da certe sostanze, tipicamente da idrogeno ed ossigeno, senza che avvenga alcun processo di combustione termica. L’efficienza o rendimento delle pile a combustibile può essere molto alta e questo le rende appetibili in un’ottica di mobilità basata sull’idrogeno.

La trazione elettrica è nota già da un secolo ma non si è ancora diffusa in modo massiccio a causa dell’ingombro e del peso del pacco batterie, dell’eccessivo tempo di ricarica delle stesse e della scarsa autonomia di movimento.

L’alimentazione ad idrogeno e l’applicazione di fuel cell potrebbe risolvere tutti  questi problemi. L’abbinamento fuel cell-batterie può essere pensato secondo diverse modalità in base al tipo di vettura che si desidera ottenere.

Un veicolo equipaggiato con fuel cell presenta i seguenti vantaggi nei confronti dei veicoli endotermici ed elettrici tradizionali:

• Inquinamento locale nullo: poiché il veicolo emette soltanto vapore acqueo, le sue emissioni sono localmente nulle. Possono essere non nulle se si considerano anche le emissioni generate per la produzione dell’idrogeno necessario, qualora questo venga prodotto mediante reforming degli idrocarburi. La soluzione più pulita è quella di generare idrogeno per elettrolisi dell’acqua utilizzando fonti energetiche rinnovabili (solare, eolico, geotermico, idroelettrico, ecc.)
• Silenziosità: il veicolo è di fatto un veicolo elettrico, quindi mantiene tutti i pregi dei veicoli elettrici tradizionali, quali silenziosità, facilità d’uso, emissioni nulle ecc.
• Alta autonomia operativa: rispetto ad un veicolo elettrico tradizionale, che utilizza come serbatoio energetico delle batterie, che una volta esaurite immobilizzano il veicolo finché non vengono ricaricate, il veicolo ad idrogeno continua a camminare finché viene fornito idrogeno alla fuel cell, avendo un’autonomia limitata soltanto dalle dimensioni del serbatoio di idrogeno. Quindi con autonomie molto maggiori rispetto al veicolo elettrico tradizionale.
• Alto contenuto tecnologico: attualmente i veicoli ad idrogeno rappresentano lo stato dell’arte di questo settore tecnologico.
• Possibilità di auto-produzione del “carburante”: contrariamente a quanto avviene per i combustibili fossili, che vanno acquistati dai Paesi estrattori, l’idrogeno può essere prodotto anche dall’acqua sfruttando tecnologie consolidate e alla portata di chiunque.
• Identica operatività del veicolo tradizionale: il veicolo proposto conserva tutte le possibilità operative del veicolo tradizionale, a fronte soltanto di una piccola riduzione del carico utile

Nell’ambitio della ricerca del progetto sul veicolo a Fuel Cells sono state  affrontate le problematiche tipiche  delle batterie al Litio che presentano significativi problemi di sicurezza in quanto in speciali situazione possono esplodere. Pertanto il loro esercizio richiede la presenza di un sistema elettronico di gestione e supervisione (Bsattery Management System – BMS)

Oltre ai problemi reltivi alle batterie al Litio il progetto ha sperimentato l’uso di nuovi accumulatori. Le nuove batterie al sodio cloruro di nickel (batterie al sale) sono destinate ad alimentare motori a trazione elettrica per trasporto pubblico, servizi logistici e per la mobilità dei privati con auto elettriche. Si tratta di una tecnologia che presenta notevoli vantaggi in termini ecologici (risparmio energetico, riciclabilità al 100%) e di efficienza (massima resistenza agli sbalzi termici, alto numero di cicli, nessuna manutenzione, massima sicurezza, una lunga durata e una consistente riduzione dei costi di gestione), tanto che oggi viene ritenuta la soluzione più concreta, affidabile ed efficiente per rispondere alle esigenze di settori dove i tradizionali accumulatori al piombo non risultano adeguati.

Un altro punto critico è rappresentato dall’immagazzinamento dell’idrogeno, che rappresenta un punto fondamentale nello sviluppo di un’economia dell’idrogeno. La maggior parte della ricerca sull’immagazzinamento dell’idrogeno punta ad una diminuzione del volume di stoccaggio, per applicazioni mobili. Queste ricerche sono importanti anche per il ruolo che potrebbe avere l’idrogeno nel fornire un deposito per l’energia elettrica di fonti non prevedibili, come l’energia eolica. La principale difficoltà nell’utilizzo dell’idrogeno come sistema di stoccaggio è che le trasformazioni energia-> idrogeno-> energia sono costose e tecnologicamente complesse. Nell’ambito del progetto Filiera Idrogeno la ricerca sul veicolo fuel cells si è rivolta al sistema di accumulo di idrogeno gassoso fino a 350 bar in serbatoi in materiali speciali. La tendenza degli ultimi tempi è quella di utilizzare serbatoi fino a 700 bar ma in italia non sono ancora omologabili se non fino ad un massimo di 200 bar. Per un’omologazione di questi serbatoi la normativa italiana dovrebbe aggiornarsi se non altro per rendere omologabili quelli in pressione a 350 bar.

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Report: Realizzazione di un veicolo a celle a combustibile/Alimentazione di carichi ausiliari di imbarcazioni (UNIPI)