Questo articolo è sponsorizzato da Eaton.
Poiché i trasporti continuano a essere il settore con le maggiori emissioni di gas serra, l’attenzione sull’elettrificazione si sta intensificando.
La crescita delle vendite di auto elettriche è stata sostanziale, in aumento del 168% nella prima metà del 2021 rispetto al 2020 – con vendite particolarmente forti in Cina e in Europa a causa dei mandati governativi e degli standard sulle emissioni. Inoltre, più di una dozzina di paesi hanno annunciato obiettivi per i veicoli a emissioni zero o l’eliminazione graduale dei veicoli con motore a combustione interna nei prossimi due decenni.
Questa settimana alla COP26, la decarbonizzazione del settore dei trasporti è stata uno degli obiettivi principali. Ma mentre il mondo è sulla buona strada per compiere progressi nella tecnologia dei veicoli elettrici, c’è ancora un aspetto fondamentale dello sforzo di decarbonizzazione da affrontare: i veicoli pesanti.
I camion a lungo raggio e i veicoli da cantiere, noti per funzionare per lunghe ore e per molte centinaia di miglia alla volta, rappresentano più del 20% delle emissioni dei trasporti. E il percorso verso la decarbonizzazione per questi veicoli è molto più accidentato, a causa della grande quantità di energia elettrica necessaria per svolgere il loro lavoro. Laddove alimentare la batteria di un’auto presso una stazione di ricarica è sufficiente per far funzionare la tua auto elettrica personale, i veicoli pesanti richiederebbero batterie enormi e diverse ore di ricarica per immagazzinare più di 50 volte quell’energia.
Anche con l'ultimo tecnologia di ricarica ultraveloce, un veicolo pesante elettrico guadagnerebbe solo due o tre miglia di autonomia per minuto di ricarica. Per metterlo in prospettiva, il rifornimento con carburante diesel ammonta a 100 miglia al minuto. In breve, l’elettrificazione da sola non è la risposta alla decarbonizzazione. Dove c’è una promessa, tuttavia, è con l’idrogeno.
Le promesse e le sfide delle celle a combustibile a idrogeno
Uno soluzione praticabile Oggi, per decarbonizzare i veicoli pesanti a lungo raggio è necessario ricorrere all’idrogeno verde. L’industria dei trasporti ha avuto successo nell’utilizzare soluzioni a idrogeno per i veicoli leggeri, tuttavia, semplicemente adattare la tecnologia ai veicoli pesanti non è così semplice.
Il dimensionamento delle celle a combustibile per applicazioni pesanti impone requisiti nuovi e molto diversi in termini di durata, efficienza e costi. Eaton, tuttavia, fornisce soluzioni interessanti in ogni area:
1. Ottenere il giusto flusso d'aria
Una cella a combustibile è un dispositivo di conversione dell'energia che produce elettricità combinando idrogeno e ossigeno in acqua. Il flusso preciso di ossigeno nella cella a combustibile, tuttavia, è fondamentale poiché controlla la produzione elettrica e può rappresentare una grande sfida.
È qui che entra in gioco Eaton. Eaton è da oltre 20 anni all'avanguardia nella tecnologia dei regolatori d'aria con le sue pompe ad aria azionate elettricamente. Grazie alla sua competenza, Eaton lo è collaborazione con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per continuare a fare progressi in questo spazio.
La pompa dell’aria è il più grande consumatore di energia elettrica all’interno di una cella a combustibile, con circa il 15-20% della produzione elettrica utilizzata per alimentare la pompa. Ecco perché Eaton sta lavorando per ridurre della metà la quantità di elettricità utilizzata dal controller di volo.
Raggiungere questo livello di efficienza senza sacrificare le prestazioni, aumentando allo stesso tempo la durata e mantenendo un costo accettabile, è una parte fondamentale dell’obiettivo del Dipartimento dell’Energia “Idrogeno Earthshot" programma per adattare le celle a combustibile alle esigenze dei camion pesanti e a lungo raggio.
2. Controllo preciso dell'idrogeno
Oltre a controllare il flusso d'aria, Eaton sta anche esaminando il lato di fornitura di idrogeno della cella a combustibile. I tradizionali sistemi di fornitura di idrogeno sacrificano costi e durata a favore di prestazioni ed efficienza. Introducendo l’innovazione nel circuito dell’idrogeno, l’approccio di Eaton è in grado di controllare in modo efficiente e preciso il flusso che entra nella cella a combustibile e di ricircolare l’eccesso.
Essendo precisi, evitiamo lo spreco di idrogeno e quindi miglioriamo ulteriormente l’efficienza complessiva. Queste soluzioni non riguardano solo i veicoli pesanti su strada, ma potrebbero anche portare a progressi nella decarbonizzazione della propulsione degli aerei.
3. Gestione dell'energia elettrica
La maggior parte dei veicoli leggeri a idrogeno utilizzano una piccola cella a combustibile per caricare una grande batteria che, a sua volta, aziona un motore elettrico. Questo concetto funziona bene perché le auto hanno un assorbimento di potenza medio relativamente basso e necessitano di potenza elevata solo per brevi periodi di tempo. Anche il sistema elettrico è semplice perché la cella a combustibile non interagisce direttamente con il motore.
Ma estendere questo concetto ai camion pesanti porterebbe a batterie estremamente grandi, circa cinque volte più grandi delle batterie delle auto elettriche. Per i camion, la soluzione ideale è una cella a combustibile che funzioni in modo efficiente a tutti i livelli di potenza e utilizzi una batteria molto più piccola solo per l’avviamento e l’accumulo dell’energia frenante.
Tuttavia, ciò presenta una nuova sfida: il sistema elettrico deve diventare molto più complesso poiché deve unire l’energia proveniente da tre fonti: la cella a combustibile; la batteria; e il motore elettrico. Si tratta, ancora una volta, di uno spazio ben noto a Eaton, che vanta una vasta esperienza nel campo delle microreti nella gestione dell'energia elettrica in contesti simili. Ed Eaton sta riapplicando questo know-how nelle applicazioni per veicoli a idrogeno, per ridurre in definitiva la necessità di batterie.
Manipolando la generazione elettrica delle celle a combustibile, la batteria più piccola e il gruppo propulsore elettrico, Easton mira a ridurre le dimensioni della batteria in un veicolo pesante di un fattore da tre a cinque. Ciò non solo riduce i costi iniziali del veicolo ma anche il suo peso, migliorando a sua volta la capacità di carico di un camion a celle a combustibile.
Decarbonizzazione sotto tutti i punti di vista
È chiaro che l’idrogeno verde svolgerà un ruolo fondamentale in un futuro a zero emissioni nette. Rilascia zero emissioni di carbonio e può essere prodotto da fonti rinnovabili. E anche se ci sono ancora sfide da superare, Eaton sta contribuendo a spianare la strada. Queste sfide rientrano proprio nel punto centrale dell’azienda: la convergenza dell’energia elettrica e meccanica.
Il lavoro di Eaton in questo ambito è anche in linea con la missione dell’azienda – migliorare la qualità della vita e dell’ambiente – e con i suoi obiettivi ambiziosi e basati sulla scienza Obiettivi di sostenibilità al 2030. Eaton si è impegnata a ridurre del 3% le emissioni di carbonio Scope 15 derivanti dalle sue tecnologie e da tutta la sua catena del valore entro il 2030. E a spendere 3 miliardi di dollari in ricerca e sviluppo per soluzioni sostenibili nello stesso lasso di tempo.
La competenza di Eaton nei controlli di veicoli e gruppi propulsori, combinata con la sua esperienza nella gestione dei flussi di gas ed elettricità, aiuterà a sviluppare soluzioni a emissioni zero efficienti, affidabili, sicure ed economiche per il futuro.
Fonte: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-idrogen-answer
