Secondo dati pubblicati da Ispra, il settore agricolo in Italia è responsabile del 7% circa delle emissioni di gas a effetto serra nazionali. In Europa, secondo dati di Eea – European Environment Agency, l’agricoltura rappresenterebbe oltre il 10% delle emissioni di gas serra dell’Ue. Una parte di queste emissioni deriva dall’utilizzo di combustibili fossili per i macchinari agricoli e per varie operazioni quali irrigazione ecc.
La decarbonizzazione delle aziende agricole può assumere vari aspetti ma indubbiamente l’eliminazione o riduzione dell’utilizzo diretto di combustibili fossili è uno dei passaggi da considerare. Ad oggi quando si parla di fonti alternative di energia per l’agricoltura si pensa soprattutto a biomasse, biogas, biometano e fotovoltaico. Ma ultimamente e non solo per il settore agricoltura si sta facendo sempre più strada l’idea di poter utilizzare un’altra fonte energetica: l’idrogeno.
Di idrogeno per l’agricoltura ne avevamo parlato qualche tempo fa dalle pagine di questa rivista, descrivendo un progetto europeo – HyPErFarm – che ha l’obiettivo di trovare modi per ridurre drasticamente l’uso di combustibili fossili in agricoltura. Una grande novità del progetto è lo studio e la messa a punto di pannelli che coniugano il fotovoltaico e la produzione di idrogeno, che cioè utilizzano l’energia elettrica prodotta dal sole per compiere una elettrolisi utilizzando come substrato di reazione l’acqua estratta dall’aria. La tecnologia è in via di sperimentazione. L’ idrogeno può, poi, essere usato come vettore energetico, ad esempio per fare funzionare i trattori. Sì, perché questa è la nuova frontiera che si delinea all’orizzonte: macchine agricole che vanno a idrogeno.
Helios, il trattore a idrogeno di Fendt
Vi sono case costruttrici di macchinari agricoli che stanno considerando l’idrogeno come fonte combustibile per i trattori. Ad esempio Fendt. Alla Settimana tedesca dell’idrogeno che si è svolta dal 15 al 23 giugno 2024, con eventi che hanno esplorato vari aspetti dell’utilizzo dell’idrogeno, tra cui produzione, stoccaggio, infrastrutture e applicazioni nei trasporti e nell’agricoltura, Fendt ha presentato il suo trattore Helios.
Due i prototipi presentati, realizzati e utilizzati nel contesto del progetto H2Agrar, il cui scopo è quello di ricercare e stabilire un’infrastruttura per l’idrogeno per l’agricoltura nella regione usata come modello di Emsland, in Germania. Entrambi i prototipi sono dotati di cinque serbatoi di idrogeno, ciascuno con una capacità di 4,2 kg.
L’idrogeno compresso viene immagazzinato in ogni serbatoio fino a 700 bar sul tetto del trattore. Una cella a combustibile da 100 kW lo utilizza per generare energia elettrica. La cella a combustibile e una batteria da 25 kWh come riserva alimentano il motore di trazione elettrico con una potenza continua di 100 kW e le utenze ausiliarie elettrificate.
I trattori possono essere utilizzati solo con un’infrastruttura di rifornimento idrogeno adeguata. I trattori si riforniscono di un massimo di 21 kg di idrogeno presso la speciale stazione di rifornimento, utilizzando un protocollo di rifornimento appositamente definito. «Il Fendt Helios svolge tutti i lavori che un trattore con potenza simile e motore diesel dovrebbe fare nelle aziende agricole. Stiamo studiando vari parametri, come la potenza richiesta e il consumo energetico del trattore per i diversi compiti, nonché i requisiti infrastrutturali, come la stazione di rifornimento» afferma Benno Pichlmaier, Direttore Global Research & Advanced Engineering Agco.
«Le valutazioni iniziali mostrano che il trattore raggiunge circa 5-8 ore di funzionamento con un solo rifornimento di idrogeno, a seconda dell’applicazione. Quest’anno il Fendt Helios sarà utilizzato per la prima volta nel raccolto. In quell’occasione saremo in grado di capire meglio come i trattori a idrogeno si inseriscono nella nostra strategia Fendt Clean Energy per le soluzioni di guida sostenibile, accanto alle macchine elettriche a batteria e ai motori diesel con carburante HVO».
Steyr-CNH: sostenibilità end to end
Anche in Austria si guarda all’idrogeno per trattori. Sviluppato in collaborazione tra gli ingegneri dello stabilimento di trattori CNH di St. Valentin (Austria) e la Università Tecnica di Vienna - TU Wien, un innovativo concept di trattore Steyr® alimentato da celle a combustibile a idrogeno ha recentemente fatto il suo debutto in pubblico.
L’Fctrac - questo il nome del trattore - è stato sviluppato nell’ambito di un progetto di ricerca nazionale finanziato dall’Agenzia austriaca per la promozione della ricerca (Ffg) e condotto dall’Istituto per i gruppi propulsori e la tecnologia automobilistica (Ifa) della TU Wien. Basato su un trattore standard Steyr 4140 Expert Cvt, lo sviluppo è stato frutto della collaborazione tra il team di ingegneri di CNH con sede a St. Valentin e i loro partner scientifici e industriali, che hanno lavorato insieme per progettare, creare, omologare e testare il trattore e la sua unità di alimentazione a celle a combustibile a idrogeno.
L’obiettivo del progetto del trattore a celle a combustibile a idrogeno Steyr Fctrac era la sostenibilità end-to-end, grazie a un modulo BioH2 o bioidrogeno sviluppato per completare il trattore. Questo modulo produce idrogeno da materie prime e residui biogenici: sono necessari 15-16 kg di biomassa secca per produrre idrogeno equivalente a circa 3,5 l di gasolio.
L’unità emette solo vapore acqueo e non vi è alcun compromesso in termini di potenza: il trattore è in grado di soddisfare gli impegnativi requisiti del lavoro agricolo allo stesso modo di un equivalente con motore diesel. L'Fctrac, dotato di una batteria ad alta tensione da 14 kWh e di un sistema elettrico a 400 V, sviluppa 95 kW, eguagliando l’equivalente diesel. La cella a combustibile e i sistemi di trazione elettrica prendono il posto del motore diesel, mentre il serbatoio del carburante è sostituito da un sistema di stoccaggio dell’idrogeno compresso e da una batteria ad alta tensione.
«L’Fctrac Steyr ha attirato una notevole attenzione di recente al Palazzo Schönbrunn di Vienna, sede del premio statale austriaco per la tecnologia, per il quale è stato nominato nella categoria ‘Tecnologie della mobilità’, una sezione che premia le innovazioni tecniche austriache più innovative» afferma Marco Lombardi, responsabile dei marchi Case IH e Steyr Emea. «La categoria si concentra sulla ricerca e sullo sviluppo di tecnologie di mobilità sostenibili, neutrali dal punto di vista climatico e intelligenti. Siamo stati lieti di svolgere un ruolo cruciale, insieme alla TU Wien, nello sviluppo dell’Fctrac ed è stato un onore partecipare alla cerimonia.
Questo trattore non solo incarna il futuro sostenibile a cui il nostro settore aspira, ma rafforza anche la posizione di CNH come leader nelle innovazioni sui carburanti alternativi. Non vediamo l’ora di continuare a lavorare su questo entusiasmante progetto» ha concluso.
Bio-idrogeno: un nuovo fronte nella produzione della molecola?
Nel paragrafo precedente si è accennato al bio-idrogeno. Cosa è esattamente?
Secondo la European Biogas Association (Eba), il termine bio- idrogeno si riferisce a idrogeno ottenuto da fonti di origine biogenica quali la biomassa e il biogas attraverso una varietà di ecnologie diverse. Le tecnologie per la produzione del bio-idrogeno sono molteplici e con caratteristiche molto differenti e possono essere raggruppate in tre macrocategorie principali ossia termochimica, biologiche ed elettrochimiche.
Di particolare importanza sono le fonti biogene e di partenza. Queste sono principalmente biomassa e biogas per cui in realtà si osserva un forte rischio di concorrenza con la produzione di biometano che risulta ad oggi un impiego proficuo della biomassa, anche per le aziende agricole. Di per sé, il bio-idrogeno non crea dipendenza da fonti fossili e può esser prodotto dovunque vi sia biomassa sufficiente.
Nel più recente rapporto “Hydrogen Innovation 2024” del Politecnico di Milano si afferma che il potenziale massimo teorico di bio-idrogeno che si può produrre in Italia sia compreso tra 2,4 e 8,7 Mton all’anno, ben oltre quanto previsto dai piani nazionali. Questa quantità è calcolata considerando l’utilizzo della totalità di biomassa in Italia per la produzione di bio-idrogeno ma è indubbiamente un calcolo solo teorico perché toglierebbe biomassa ad altre produzioni oggi più interessanti, tecnologicamente più avanzate e redditizie per l’agricoltura. Inoltre, in generale, ma soprattutto in Italia, la maturità della tecnologia del bio-idrogeno è ancora molto limitata, risultando quindi in fase sperimentale. Questo è quanto riporta lo studio “Hydrogen Innovation 2024” del Politecnico di Milano.
Una strada ancora lunga
Quanto descritto è indicativo della attuale situazione degli sviluppi dell’utilizzo dell’idrogeno in agricoltura, come sostituto di carburanti fossili. Si tratta indubbiamente di una tecnologia ancora sperimentale. Bene fare ricerca e parlarne ma non si tratta di una soluzione dietro l’angolo, che possa rappresentare una forma a breve termine per decarbonizzare l’agricoltura. Il processo di decarbonizzazione dell’agricoltura, come di altri settori, ha un’urgenza molto pressante e non può aspettare l’idrogeno. Per contribuire alla decarbonizzazione, l’idrogeno deve essere prodotto con energie rinnovabili e non da fonte fossile. E per contribuire alla indipendenza energetica deve essere di produzione nazionale o europea, non importato da Paesi terzi. Altrimenti, forse, potrebbe essere meglio trovare altre vie alla decarbonizzazione.
Differenza tra bio-idrogeno e idrogeno verde
La differenza principale tra idrogeno verde e bio-idrogeno risiede nelle fonti e nei metodi di produzione di questi due tipi di idrogeno, che sono entrambi considerati fonti di energia sostenibile, ma con approcci distinti. L’idrogeno verde è prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua, un processo che scinde l’acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂) utilizzando elettricità.
La caratteristica fondamentale dell’idrogeno verde è che l’elettricità utilizzata per l’elettrolisi proviene da fonti rinnovabili, come l’energia eolica, solare o idroelettrica. Questo rende l’idrogeno verde una fonte di energia pulita, poiché non produce emissioni di CO₂ durante il processo di produzione. Il bio-idrogeno, invece, è prodotto da biomasse o materiali organici attraverso processi biologici, con diverse tecnologie quali, ad esempio, fermentazione, fotolisi o gassificazione della biomassa. Accoppiato a un processo di recupero della CO2 diventa anch’ essa una produzione a basse emissioni.
