I treni sono da tempo una delle forme di trasporto meno inquinanti: nella corsa al raggiungimento degli obiettivi climatici, l’industria dei treni a idrogeno sta procedendo a gonfie vele, con il supporto dell’attività normativa della IEC.
Non c’è dubbio che i treni siano una delle forme di trasporto più sostenibili. Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), i treni trasportano l’8% dei passeggeri del mondo e il 7% del trasporto merci globale, ma assorbono solo il 2% della domanda totale di energia per i trasporti. In effetti, le reti ferroviarie elettriche, che non emettono carbonio, muovono oltre l’85% dei treni passeggeri e il 55% dei treni merci.
Ma i treni elettrici presentano una serie di svantaggi, in particolare il costo dei cavi elettrici e delle sottostazioni, che può essere proibitivo in regioni con criticità dal punto di vista geografico, come ad esempio nelle aree montuose. I treni a idrogeno, invece, offrono un sistema vantaggioso per ridurre le emissioni, poiché richiedono meno infrastrutture e, le celle a combustibile a idrogeno consentono di viaggiare più a lungo con una singola ricarica.
Secondo Enrico Morelli, esperto di tecnologie dell’idrogeno e Convenor di diversi gruppi di lavoro IEC all’interno del Comitato Tecnico IEC per le ferrovie, TC 9, il primo treno a idrogeno al mondo ha percorso la distanza record di 1.175 km senza bisogno di rifornimento, viaggiando molto più a lungo di un treno alimentato a batteria.
“L’idrogeno è una buona soluzione per i treni a lunga percorrenza e per i treni in regioni nelle quali ci sono molte complessità geografiche, come gallerie o ponti, che rendono l’elettrificazione delle linee proibitiva”, sostiene Morelli.
Di conseguenza, è in aumento il numero di progetti per la costruzione di treni a idrogeno in tutto il mondo, soprattutto nei Paesi sviluppati.
Nel 2018, i primi treni commerciali a idrogeno hanno iniziato a circolare nella regione della Bassa Sassonia, in Germania. Dopo diversi anni di test, nel 2022 sono entrati ufficialmente in servizio 14 treni a idrogeno, con un costo per il governo tedesco di 85 milioni di euro. Attualmente sono in servizio altri 41 treni a idrogeno nella regione di Francoforte.
In Francia, l’operatore ferroviario SNCF ha ordinato 12 treni a idrogeno che dovrebbero essere sperimentati quest’anno con l’obiettivo di trasportare passeggeri entro la fine del 2025.
In Italia, il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha stanziato 300 milioni di euro per un nuovo programma di sostituzione dei treni diesel con treni a idrogeno in tutto il Paese.
In Giappone è in corso il collaudo del primo treno ibrido a idrogeno chiamato “Hybari”, con l’obiettivo di metterlo in servizio entro il 2030. Anche altri Paesi, come il Cile e l’India, hanno in programma di mettere in funzione treni a idrogeno, mentre la Cina utilizza già da tempo tram a idrogeno.
Anche i treni a idrogeno ad alta velocità sono in fase di progettazione. Un consorzio di 10 aziende spagnole sta sviluppando un sistema di treni ad alta velocità alimentato da celle a combustibile e batterie a idrogeno.
Passare all’idrogeno a basse emissioni di carbonio
Negli ultimi anni, però, il modo in cui l’idrogeno viene prodotto è stato oggetto di critiche, poiché la maggior parte dell’idrogeno utilizzato viene estratto da composti idrocarburici come gas, carbone e petrolio. Questo processo è tutt’altro che ecologico: ogni anno produce l’emissione di 830 milioni di tonnellate di anidride carbonica.
L’alternativa “a basse emissioni di carbonio” è l’elettrolisi, in cui l’elettricità viene utilizzata per scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno mediante un dispositivo chiamato elettrolizzatore. Le emissioni sono ancora più basse se l’elettricità è prodotta da fonti di energia rinnovabili.
Inoltre, secondo l’IEA, con la diminuzione dei costi delle energie rinnovabili come il solare fotovoltaico e la generazione eolica, l’idrogeno “a basso contenuto di carbonio” potrebbe diventare un’opzione a basso costo.
Tutte queste sono buone notizie per il pianeta e per le persone, ma non siamo ancora arrivati a questo punto. Nuove tecnologie di questo tipo richiedono investimenti significativi.
Le autorità di regolamentazione stanno riconoscendo questa necessità. Nell’Unione Europea, ad esempio, 22 Paesi, più la Norvegia, hanno firmato un accordo noto come “Importanti progetti di interesse comune europeo” (IPCEI) nel settore dell’idrogeno, noto come programma IPCEI Hy2Tech. Nel corso del 2022, sono stati concessi finanziamenti pubblici a circa 50 progetti per oltre 10 miliardi di euro, che dovrebbero generare ulteriori 15 miliardi di euro di investimenti privati.
La collaborazione è fondamentale
Un altro fattore chiave sarà la collaborazione, come ha sottolineato Julien d’Arbigny, Convenor del Gruppo di lavoro congiunto dell’IEC TC 9, JWG 51, per i sistemi a celle a combustibile per applicazioni ferroviarie.
“I sottosettori del trasporto trarrebbero beneficio dallo smantellamento dei silos esistenti per lavorare verso un obiettivo comune, come lo sviluppo di soluzioni di rifornimento. Questo potrebbe portare alla creazione di hub di rifornimento che servano anche altri veicoli alimentati a idrogeno, come camion o autobus”, afferma Arbigny.
“In Germania, ad esempio, l’Höchst Industrie Park di Francoforte ospita una stazione di rifornimento di idrogeno che consente il rifornimento di autobus e materiale rotabile a idrogeno. Un tale ecosistema che coinvolge tutte le modalità di trasporto è necessario per promuovere l’innovazione e gli investimenti nell’economia dell’idrogeno”.
Le norme internazionali saranno fondamentali per raggiungere questo obiettivo e per l’armonizzazione in tutto il mondo, in quanto raccolgono le migliori pratiche conosciute per garantire l’affidabilità, le prestazioni e la sicurezza e forniscono uno supporto per l’innovazione. Consentendo l’interoperabilità, le norme possono essere strumenti potenti per accelerare la crescita del settore. Mentre per i treni elettrici e diesel esistono requisiti armonizzati a livello internazionale per garantire, ad esempio, sicurezza e prestazioni, non ne esistono per l’idrogeno. Ciò significa che si impiegano molto tempo ed energie per test e valutazioni secondo criteri diversi per assicurare che i componenti e i sistemi siano adatti allo scopo e sicuri.
Il TC 9 dell’IEC sta lavorando a una serie di norme per colmare questa lacuna. La Norma IEC 63341-1 definirà i requisiti per la progettazione di sistemi di alimentazione a celle a combustibile, mentre la IEC 63341-2 riguarderà i sistemi di alimentazione a idrogeno, compresi lo stoccaggio e la distribuzione dell’idrogeno su un treno. La terza Norma della serie, la IEC 63341-3, dettaglierà i requisiti di prestazione e i metodi di prova, attingendo dalle numerose altre norme IEC per le celle a combustibile e le tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno, con ulteriori requisiti specifici per le applicazioni ferroviarie.
Queste norme sono un buon inizio, ma servono molti altri sforzi. Per questo motivo, gli esperti internazionali del settore ferroviario (IEC TC 9) e dell’idrogeno (ISO/TC 197/SC 1) hanno creato due Gruppi congiunti ad hoc, JAHG 52 “Fuel container for rail” e JAHG 53 “Fuel system components for rail”, allo scopo di definire le norme necessarie e creare una road map per il loro sviluppo.
Che sia prodotto da combustibili fossili o meno, l’idrogeno rimane un gas altamente infiammabile e deve essere utilizzato in modo sicuro ed efficiente. Fin dalla sua nascita, uno dei quattro sistemi di valutazione della conformità gestiti dall’IEC, l’IECEx (il Sistema IEC per la certificazione degli standard relativi alle apparecchiature per l’uso in atmosfere esplosive), si è occupato della certificazione delle apparecchiature, dei servizi e delle competenze delle persone nelle aree associate all’idrogeno. L’IECEx supervisiona la conformità alle norme internazionali che riguardano la sicurezza, le prestazioni e l’interoperabilità dell’idrogeno e la sua attività di certificazione costituisce uno strumento prezioso per facilitare le attività legate all’idrogeno a livello nazionale e sui mercati internazionali.
L’IECEx ha collaborato con altre organizzazioni internazionali, tra cui l’ISO, con cui ha stabilito una partnership formale relativa alle prove e alle certificazioni nel settore delle tecnologie dell’idrogeno. Dal 2023 rilascia certificati per apparecchiature e sistemi di erogazione dell’idrogeno. Il suo schema di certificazione delle competenze del personale (CoPC) è stato inoltre ampliato per includere ulteriori unità di competenza dedicate alla sicurezza dell’idrogeno.
Le attività del CEI nel settore
Si segnalano i seguenti Comitati Tecnici:
CT 9 Sistemi e componenti elettrici ed elettronici per trazione
Il comitato prepara Norme per il settore ferroviario che comprende il materiale rotabile, gli impianti fissi, i sistemi di gestione (compresi i sistemi di supervisione, informazione, telecomunicazione, segnalamento ed elaborazione) per l’esercizio ferroviario, le relative interfacce e le condizioni ambientali. Queste Norme riguardano le reti ferroviarie, le reti di trasporto urbane (comprese le metropolitane, i tram, i filobus e i sistemi di trasporto completamente automatizzati) e i sistemi di trasporto a levitazione magnetica. Le Norme si riferiscono a sistemi, componenti e software e si occupano di aspetti elettrici, elettronici e meccanici, questi ultimi limitatamente agli elementi che dipendono da fattori elettrici. Queste Norme trattano gli aspetti elettromeccanici ed elettronici dei componenti di potenza, nonché i componenti elettronici hardware e software.
CT 105 Celle a combustibile
Il comitato prepara Norme relative alle diverse tecnologie di celle a combustibile e per i sistemi che le utilizzano, in particolare per la sicurezza e i metodi di prova delle prestazioni. Si trattano sia applicazioni stazionare sia applicazioni mobili. Tra le prime si citano generatori di energia elettrica distribuiti, sistemi di produzione combinati di calore e energia elettrica, piccoli sistemi di potenza, sistemi di potenza con funzionamento inverso e sistemi di accumulo a flusso di elettrolita; tra le applicazioni mobili si considerano unità di generazione ausiliaria, i sistemi di propulsione per veicoli non stradali, sistemi di generazione portatili.
Servizio di consulenza normativa: prototipo di un locomotore da manovra equipaggiato con Fuel Cell
Il CEI è parte attiva di un progetto innovativo che prevede la realizzazione di un locomotore da manovra equipaggiato con Fuel Cell, mediante la realizzazione di un report in cui si analizza l’attuale panorama normativo internazionale in ambito IEC, ISO e CEN/CENELEC, degli attuali gap tecnico-normativi e regolatori, identificando le tendenze verso cui la tecnologia e il mercato stanno orientando le future soluzioni tecnologiche.
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