Il trattore a idrogeno può essere una realtà concreta? Li vederemo mai lavorare in campo? Sono diversi i costruttori agromeccanici che in via più o meno ufficiale si sono attivati per la realizzazione dei primi trattori da pieno campo a idrogeno.

Una vera e propria rivoluzione dell’agromeccanica, che, insieme al settore del trasporto su gomma, tenta di spostare l’asticella della sostenibilità ancora più in alto, cercando un’alternativa sia al motore endotermico a gasolio, sia all’elettrico che, anche noi di OmniTrattore, reputiamo sia allo stato attuale non ancora applicabile al settore agricolo, per motivi legati alla logistica di ricarica e in generale all’autonomia del trattore al lavoro in campo.

Trattore a idrogeno

Un esempio su tutti: il John Deere SESAM, un prototipo di trattore elettrico alimentato da una batteria da 150 kWh, del peso di 1.150 kg. Questo trattore può funzionare per un’ora a piena potenza; cioè 130 kW. Oltre alla sua autonomia limitata, la batteria del trattore elettrico impiega circa 3 ore per ricaricarsi completamente. Andremo quindi a vedere come funzionano i trattori a idrogeno e quali possono essere i vantaggi di questa tecnologia. Prima però, facciamo un passo indietro: che cos’è l’idrogeno?
 

Motori a idrogeno: come funzionano e quali sono i vantaggi

Prima di parlare di trattori a idrogeno è necessario chiarire che cos’è l’idrogeno come elemento. Questo elemento chimico, il primo della tavola periodica, almeno sulla Terra può essere rintracciato principalmente sotto forma di gas. Un gas incolore, inodore e insapore. Ha solo una caratteristica: è decisamente infiammabile.

Trattore a idrogeno

Anche per questo, spesso, è stato utilizzato in ambito aeronautico, sia come combustibile che come gas leggero per riempire i dirigibili. Recentemente, come dimostrano i tanti prototipi in ambito automotive (in Australia in questi giorni è stata commercializzata la prima automobile Hyundai a idrogeno) e alcuni ufficiali di trattore a idrogeno, questo elemento ha iniziato a essere essere considerato come fruibile anche per il settore della meccanica industriale.

Una forma di alimentazione, basata sulle cosiddette pile a combustibile, che generano energia elettrica attraverso l’energia chimica, in questo caso fornita dall’idrogeno stesso. Vediamo allora, a grandi linee, come funziona un motore montato su un trattore a idrogeno.
 

Come funziona un motore di un trattore a idrogeno?

I trattori alimentati a idrogeno, come qualsiasi altro veicolo che sfrutta questo elemento (VECC), montano a bordo quelle che vengono chiamate pile a combustibile o celle a combustibile. Non si tratta di un’invenzione così recente, come si potrebbe pensare.

I primi esperimenti con pile a combustione, infatti, risalgono addirittura all’Ottocento, ma le prime applicazioni concreta in agromeccanica si ebbe nel 1959, quando la Allis-Chalmers mise a punto un trattore alimentato da pile a combustione, capace di generare una potenza di 20 CV.
Il principio di funzionamento dei motori che alimentano i trattori a idrogeno è simile a quello di una batteria.

Trattore a idrogeno

Con la differenza che la batteria immagazzina l’energia all’interno della stessa, mentre la pila a combustione converte l’energia chimica presente in un serbatoio attraverso un procedimento elettrochimico. In pratica l’idrogeno contenuto in un serbatoio, transita attraverso la pila a combustione dove, attraverso varie reazioni, si separa dagli elettroni, fornendo così energia elettrica al motore elettrico.

Nel corso del tempo, sono stati sperimentati diversi sistemi di separazione: si va dalla pila a membrana a scambio protonico, le pile a ossido solido (poco indicate per il trasporto, vista la fragilità dei suoi componenti ceramici), passando per le pile a metanolo diretto, e per le pile a etanolo diretto.
Il motore di un trattore a idrogeno, pertanto, è un motore elettrico. Questo, generalmente, preleva energia tanto dalle pile a combustione quanto dalle batterie che sono installate a bordo del mezzo. Quando il trattore non richiede energia alla pila a combustione – o comunque le eccedenze – questa ricarica le batterie, aumentando così l’autonomia del mezzo stesso. E l’autonomia?

Dipende dalle dimensioni del trattore e dall’impiego a cui è chiamato. Un trattore a idrogeno specializzato che lavora in vigneto può arrivare ai tre giorni di autonomia. Un trattore da pieno campo da tre fino a otto ore di  impiego, a seconda della quantità di idrogeno contenuta nei serbatoi e della capacità delle batterie stesse.
 

Trattore a idrogeno

I vantaggi dell’alimentazione a idrogeno sui trattori

L’alimentazione a idrogeno, come visto, è una tecnologia complessa che sta richiedendo grandi sforzi di ricerca e di realizzazione delle infrastrutture.

Dunque, i vantaggi dei trattori a idrogeno quali potrebbero essere? Il vantaggio principale, senza dubbio, è la sostenibilità ambientale che garantiscono i mezzi alimentati a idrogeno. La reazione chimica di una pila a combustione, infatti, produce come risultato finale solamente acqua.

Questo significa, pertanto, abbattere totalmente le emissioni inquinanti che caratterizzano altre tipologie di motore, come il motore endotermico diesel.
Non ci possono essere solamente vantaggi solo di natura ambientale, ma serve la sostenibilità economica delle imprese agricole e dei contoterzisti. Un vantaggio indubbio per i trattori a idrogeno sono i tempi di rifornimento.

Se un trattore elettrico richiederebbe diverse ore per la ricarica delle batterie, quello aidrogeno impiega solamente pochi minuti per fare il rifornimento di tutto l’idrogeno di cui ha bisogno per il “pieno”. La compresenza di una pila a combustibile e di un pacco batterie, inoltre, consente di aumentare notevolmente l’autonomia del mezzo rispetto a un trattore dotato delle sole batterie.
 

Il gap dei trattori a idrogeno

Anche i VECC a idrogeno non sono perfetti. La loro efficienza è molto inferiore: la conversione dell’idrogeno in elettricità ha un’efficienza del 60 % e, se combinato con un inverter, il motore offre un’efficienza “dal serbatoio alla ruota” del 51 %.

L’idrogeno può essere immagazzinato in un serbatoio, il che è più conveniente che immagazzinare l’elettricità in una batteria. Le molecole di idrogeno, tuttavia, devono essere compattate. Tale pressurizzazione comporta anche un costo energetico. Tuttavia, l’idrogeno gassoso beneficia di un’elevata densità energetica.

Di conseguenza, i VECC raggiungono intervalli di guida più ampi senza aggiungere molto peso al veicolo, il che è di vitale importanza per i trattori da vigneto ad esempio. Un trattore da vigneto da 50 kW con mezza giornata di autonomia necessita di 390 kWh di idrogeno, ovvero l’equivalente di 10 kg. Aggiungendo un serbatoio e una cella a combustibile si ottiene un peso stimato di 50 kg. Per un sistema classico a batteria ci vorrebbero almeno 900 chili in più.
 

New Holland tra i primi a pensarci

Risale al 2009 il primo prototipo di trattore a idrogeno di New Holland. Nel dettaglio si tratta del trattore NH2, derivato dalla serie T6000, che è dotato di due motori elettrici dalla potenza complessiva di 106 CV; il primo adibito ai servizi di bordo e alla presa di potenza posteriore – vale a dire l’organo meccanico che consente di azionare le attrezzature vincolate al trattore, ad esempio le seminatrici o le presse per il fieno – il secondo destinato a muovere la macchina, la cui autonomia è quantificabile in tre ore a seconda del carico grazie anche al serbatoio di idrogeno da 8,2 kg pressurizzato a 350 bar.

Trattore a idrogeno

Inoltre, il rifornimento del trattore dura circa quanto il rifornimento dei veicoli diesel, risparmiando tempo rispetto ai trattori a batteria.
 

Trattori cinesi: a idrogeno e senza cabina

Il primo trattore a idrogeno, ovvero elettrico con celle a combustibile a idrogeno cinese è stato lanciato dall'Istituto Nazionale per l'Innovazione e la Creazione di Macchinari Agricoli a Luoyang, nella provincia centrale dello Henan.

Trattore a idrogeno

Si chiama ET504-H e utilizza la tecnologia di comunicazione mobile 5G per la modalità di guida autonoma o il controllo in remoto. È dotato di un magnete permanente principale, di un motore centrale sincrono e di motori elettrici indipendenti per il sollevamento e lo sterzo. La cella a combustibile a idrogeno opera quando il veicolo ha un carico ridotto, mentre con un carico pesante la batteria al litio fornisce un'alimentazione supplementare.