Invece di bruciare carburante come i motori convenzionali, le celle a combustibile a idrogeno funzionano attraverso un processo elettrochimico. Per produrre elettricità, gli atomi di idrogeno vengono ionizzati su un lato di una membrana elettrolitica. Mentre i protoni scivolano attraverso, gli elettroni devono fare il giro lungo attraverso un circuito esterno, creando una corrente elettrica mentre si muovono. Una volta che gli elettroni raggiungono l'altro lato e si accoppiano con i protoni, l'idrogeno si combina con l'ossigeno nell'aria, producendo un po' di calore e acqua come sottoprodotti.
A livello di base, il processo è abbastanza efficiente. A seconda del tipo di cella a combustibile a idrogeno, il rapporto di efficienza tende a raggiungere una media di circa il 60 percento della quantità totale di energia rilasciata dal processo di cui sopra. Tuttavia, le celle a combustibile a idrogeno su larga scala con carbonato fuso o ossido solido per la loro membrana elettrolitica possono utilizzare sia il calore che l'elettricità prodotti per una maggiore efficienza, arrivando fino all'85%. Nel frattempo, le celle a combustibile portatili come le membrane elettrolitiche polimeriche (PEM) utilizzate nelle auto a celle a combustibile ottengono un'efficienza compresa tra il 50% e il 60%, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
OK, ma come si confronta con un'auto normale? Incredibilmente bene. Per quanto sia bello far funzionare le nostre auto su ciò che fondamentalmente equivale a esplosioni controllate e dinosauri liquidi, i motori a combustione interna sono tutt'altro che efficienti. Senza contare il tempo trascorso al minimo, la perdita di energia lungo la trasmissione, la resistenza dell'aria e l'attrito, la maggior parte dei motori a benzina perde circa il 62% dell'energia del carburante solo a causa del calore sprecato.
Ma c'è sempre un problema quando si gioca con la termodinamica e l'efficienza energetica. Nel caso dell'idrogeno, è un problema di produzione. L'idrogeno può essere l'elemento più abbondante nell'universo, ma a meno che tu non abbia voglia di cadere dalla superficie del sole (porta una bibita fresca e scarpe con la suola spessa!), non troverai l'elemento da nessuna parte gratuitamente. L'idrogeno qui sulla Terra è sempre legato a qualcosa, il che significa che deve essere estratto, un processo costoso, che richiede tempo e richiede un'enorme quantità di energia.
Attualmente, la maggior parte del nostro idrogeno viene prodotta attraverso l'elettrolisi o mediante stripping dal gas naturale in un processo chiamato steam reforming . (Anche il gas naturale è un combustibile fossile.) Sebbene il reforming a vapore sia il metodo più comune per la produzione industriale di idrogeno, richiede una buona quantità di calore ed è estremamente inefficiente. L'idrogeno prodotto dal steam reforming ha in realtà meno energia del gas naturale con cui inizia il steam reforming. Inoltre, a differenza delle celle a combustibile a idrogeno, il processo produce inquinamento, quindi in realtà è più efficiente dal punto di vista energetico solo utilizzare gli stessi idrocarburi come carburante.
Tuttavia, c'è speranza. Anche se non abbiamo ancora trovato un modo praticabile per ottenere idrogeno a buon mercato, le cose stanno migliorando. Il costo dei materiali è in calo e ci sono molti modi potenzialmente più semplici per raccoglierli, come sfruttare le alghe che producono idrogeno e utilizzare il metano dalle discariche. Un futuro alimentato a idrogeno potrebbe essere in vista, o almeno è un puntino all'orizzonte.
