Una e-bike alimentata a idrogeno invece che a elettricità? No, questa non è un'utopia, ma realtà:lo specialista del gas industriale Linde ha sviluppato una pedelec a idrogeno dotata di una cella a combustibile compatta invece della solita batteria. Florian Freund è stato ispirato dall'invenzione per la sua tesi Matura:ha sviluppato un prototipo con il quale l'e-bike a idrogeno può essere rifornita in sicurezza alla stazione di rifornimento di H2 sulla mossa del dimostratore di mobilità Empa.

Florian Freund, diplomato al liceo di Sumatra a Zurigo, era interessato all'energia già da bambino, dalle locomotive a vapore nei musei all'energia nucleare. Ma gradualmente ha anche sviluppato una consapevolezza degli svantaggi delle tecnologie energetiche fossili e nucleari, soprattutto i pericoli del cambiamento climatico. Questo ha motivato il giovane ricercatore a cercare energie alternative per la sua tesi di maturità. È stato rapidamente trovato un argomento:la tecnologia power-to-gas e delle celle a combustibile dovrebbe essere – e alla fine del lavoro dovrebbe essere creato qualcosa di pratico.

Pedalare con l'idrogeno

I veicoli a celle a combustibile sono considerati la speranza della mobilità futura e sono già in produzione in serie:nella Toyota Mirai, dallo scarico esce solo vapore acqueo invece dei gas di scarico. Al movimento del dimostratore di mobilità sull'Empa, i veicoli possono essere riforniti con l'idrogeno prodotto dall'energia solare in eccesso. Il viaggio può continuare in pochi minuti. Un chiaro vantaggio rispetto ai veicoli elettrici:se le batterie sono scariche, è necessaria una pausa più lunga fino a quando non sono di nuovo sufficientemente carichi. Lo stesso problema è familiare ai ciclisti di e-bike:per quanto pratica sia l'assistenza alla pedalata nell'uso quotidiano, sono necessarie pause di carico più lunghe anche per le distanze più lunghe. L'idrogeno potrebbe aiutare anche qui?

Linde Gas, specialista del gas con sede a Vienna, ha sviluppato un prototipo di e-bike dotato di una cella a combustibile e un serbatoio di idrogeno invece di una batteria. Un riempimento del serbatoio di 33 grammi di gas idrogeno dovrebbe consentire un'autonomia di oltre 100 km. Quando Florian Freund ha sentito parlare di questo concetto, l'obiettivo pratico del suo lavoro emerse rapidamente:un nuovo concetto di rifornimento per la bici a idrogeno.

Il cilindro a pressione dell'e-bike contiene poco più di 1,3 litri, che corrispondono a circa 33 grammi di idrogeno alla pressione prevista del cilindro di 340 bar. Secondo il concetto del produttore, la bici deve essere rifornita da bombole a pressione più grandi. L'idea di Freund:invece che ogni proprietario di bicicletta debba conservare una bottiglia del genere a casa, le e-bike potrebbero anche essere rifornite presso stazioni di rifornimento di idrogeno che sono state effettivamente progettate per le auto, come quello alla mossa del dimostratore di mobilità dell'Empa.

Però, non è così facile:le stazioni di rifornimento sono progettate per riempire i serbatoi notevolmente più grandi di un veicolo a idrogeno - con un programma di rifornimento programmato in modo permanente che inizialmente attiva un aumento di pressione a una pressione di 440 bar per verificare eventuali perdite e misurare l'esistente pressione in bottiglia. Solo dopo questo aumento di pressione iniziale inizia il normale processo di rifornimento.

Dal modello al prototipo

Dopo aver dovuto rifiutare alcuni concetti, Freund ha finalmente fatto la sua svolta durante una discussione con il ricercatore dell'Empa Urs Cabalzar, che ha supportato il giovane ricercatore:"Ci siamo resi conto che il primo aumento di pressione era già sufficiente per riempire la bottiglia - a condizione che il gas non rifluisse più nella stazione di rifornimento in seguito, " disse Freund.

Dopo alcuni lavori di sviluppo e con il supporto dello sponsor, lo specialista di sistemi fluidi Swagelok, questo ha portato al prototipo:un regolatore di pressione riduce il picco di pressione da 440 a 275 bar. Per ragioni pratiche, tale valore è inferiore alla pressione massima possibile della bombola di 340 bar – il raccordo ad innesto utilizzato può essere utilizzato solo fino ad una pressione di 275 bar. Una valvola di non ritorno installata nel regolatore di pressione assicura che il gas non ritorni alla stazione di rifornimento. Freund ha pensato anche alla riassicurazione:una valvola di troppopieno assicura che il gas venga scaricato a una pressione troppo alta. Due manometri integrati consentono la regolazione del regolatore e della valvola e il monitoraggio della pressione. L'utente può collegare la sua bombola al regolatore di pressione tramite un tubo flessibile e un raccordo.

Dopo che il laureato ha completato il suo prototipo e lo ha accuratamente calibrato, fu effettuato il test di resistenza:lo collegò alla stazione di rifornimento Empa H2 insieme alla bottiglia sotto la supervisione di Urs Cabalzar. E il concetto resistette alla teoria; il sistema ha avviato il processo di rifornimento con il picco di pressione di prova e in tre secondi la bottiglia era piena.

Una tesi di successo, ma il principio della bici a idrogeno è adatto anche all'uso quotidiano? Florian Freund è – almeno per il momento – ancora un po' scettico:"Innanzitutto, la tecnologia dell'idrogeno dovrebbe affermarsi nei veicoli normali affinché le celle a combustibile diventino più economiche e l'infrastruttura di rifornimento sia sufficientemente densa. Ma allora nulla ostacolerebbe il nuovo piacere di guida".