Il rendimento delle auto elettriche e dell’idrogeno

Andrea mi manda, in privato, una serie di conti sui rendimenti delle auto elettriche e quelle ad idrogeno (con motore a celle di combustibile ed a scoppio). I dati, se comparati, restituiscono una indicazione importante sulla tecnologia ad oggi più vantaggiosa. Faccio in anticipo le conclusioni, prima dei dati: Le auto elettriche sono più vantaggiose rispetto a quelle ad idrogeno, perché a parità di energia prodotta ne viene dispersa molta meno, grazie ad un rendimento notevolmente più alto. L’unico vantaggio dell’idrogeno riguarda gli equilibri economici della distribuzione del carburante: mentre un’auto elettrica si può ricaricare ovunque, per l’idrogeno serve un distributore professionale (perché comunque è pericoloso e difficile da produrre in proprio), ed un cambiamento del carburante non modificherebbe la situazione delle compagnie di distribuzione. Per questo motivo probabilmente in futuro vedremo maggiori spinte verso l’idrogeno, rispetto all’elettrico, ma questo non ci deve trarre in inganno: dobbiamo cercare di renderci indipendenti dai combustibili fossili prima possibile, e non potremo farlo con facilità se rimarremo ancorati a sistemi che su 100 unità di energia ne lasciamo 6 allo stadio finale, quello che permette alle vetture di muoversi. Questo dato è importante: per ogni 6 chilometri che facciamo, con l’idrogeno ne lasciamo indietro 94 dispersi nel nulla.

Tabella generale dei rendimenti

Rendimento di una centrale termoelettrica 45% (se va bene, tenuta pulita, ecc)
Rendimento di una linea di trasporto di energia elettrica 80% (se avete dati migliori, documentati, passatemeli , per favore)
Rendimento di un processo di elettrolisi 70% (la pirolisi costa un sacco di più dal punto di vista energetico, per quel che ricordo)
Rendimento di un motore a combustione interna, ciclo otto 25% max, se si parla di un motore di autovettura puo` essere anche inferiore, in città
Rendimento di un accumulatore elettrico 85-90%
Rendimento di un motore elettrico 90-95%
Inoltre, in sistema (auto + motore elettrico + accumulatore + sistema di regolazione elettronico con recupero) permette di recuperare l’energia cinetica ricaricando le batterie al posto di dissiparla con il riscaldamento dei freni
Rendimento di una cella a combustibile 20-40% (ma credo che il valore giusto sia quello basso: 20%)

Quindi vediamo i vari casi partendo da una quantità iniziale di energia fossile (petroli/carbone/metano/uranio)

1) Caso auto elettrica
inizio 100 unità di energia;
trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità; trasporto l’energia, 80%, restano 32 unità;
accumulo in batterie, 85%, restano 27.2 unità;
la uso con motore elettrico, 90%, uso 24,48 unità, recuperando nelle frenate.
Sintesi: auto elettrica tradizionale, quasi 25% di rendimento globale, e l’energia è ben utilizzata e prodotta in centrale (minimo inquinamento “tecnicamente possibile” ad oggi).
2) Caso auto elettrica con cella a combustibile ad idrogeno.
inizio 100 unità di energia;
trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità; trasporto l’energia, 80%, restano 32 unità;
elettrolisi dell’acqua, 70%, restano 22,4 unità;
tralascio le perdite per trasportare l’idrogeno liquido ed i problemi per lo “smaltimento dell’ossigeno”, problema sempre trascurato.
trasformo idrogeno in energia elettrica, 30% (ottimistico), restano 6,72 unità di energia;
la uso con motore elettrico, 90%, uso 6.05 unità di energia.
Sintesi: auto elettrica ad idrogeno, circa il 6% di rendimento globale, comunque l’auto deve avere accumulatori (per recupero sulle frenate e spunto in accelerazione) e deve avere un serbatoio contenete idrogeno liquido ad una temperatura bassissima ed una pressione alta. Oltre al problema della produzione di CO2 in centrale (la stessa di prima) c’è anche il problema dell’ossigeno (un eccesso di ossigeno crea grossi problemi di incendi e problemi alla vita umana).

3) Caso auto ad idrogeno con motore tradizionale.
inizio 100 unità di energia;
trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità; trasporto l’energia, 80%, restano 32 unità;
elettrolisi dell’acqua, 70%, restano 22,4 unità;
tralascio le perdite per trasportare l’idrogeno liquido e distribuirlo.
la uso con motore a scoppio, 25% (ottimistico), uso 5.6 unità di energia (e, a meno di auto ibrida, non recupero le frenate).
Sintesi: auto tradizionale ad idrogeno, circa il 6% di rendimento globale. Restano gli stessi problemi del caso 2.

Una risposta a “Il rendimento delle auto elettriche e dell’idrogeno”

  1. I processi energetici sono poco sensati rispetto all’esistente.
    La produzione di idrogeno e i suoi rendimenti sono in continua evoluzione. Sicuramente il reforming è al momento la via più utilizzata (nè pirolisi nè idrolisi), ma la produzione per via biologica sta prendendo piede e in questo caso i rendimenti e le materie prime sono tutti da definire, anche a livello teorico.
    Sicuramente non si produrrà energia elettrica per poi trasformare acqua in idrogeno in un luogo molto lontano. Quindi 22,4% di rendimento è poco realistico.
    E’ sicuramente un argomento da approfondire.

    Le celle a combustibile possono arrivare anche al 70-80% di rendimento ma difficilmente saranno utilizzate come sorgente di energia in una automobile. Esistono dei motorini sperimentali.

    L’idrogeno è generalmente immagazzinato come idruro, l’accumulatore di idrogeno ha anche lui un rendimento.

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