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OrizzontEnergia

Mirai’, la nuova berlina a idrogeno

Mobilità Sostenibile: l'auto di casa Toyota dotata di "fuel cell"

Lanciata ufficialmente in Giappone lo scorso dicembre, la nuova Toyota Mirai' verrà introdotta in Europa alla fine dell’estate 2015, l'anteprima assoluta è stata ospite nella recente edizioni del Salone di Ginevra e di New York. I primi mercati europei a commercalizzare questa nuova berlina saranno Danimarca, Germania e Gran Bretagna. Si prevede un volume annuo tra 50 e 100 unità tra il 2015 e 2016.

Mirai' segna l’inizio di una nuova era nel mondo dell’auto. Grazie all’utilizzo dell’idrogenoidrogeno
Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell'acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l'idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell'idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell'aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
, questa vettura è in grado di ottenere performance senza precedenti in termini di rispetto per l’ambiente, abbinate alla comodità e al piacere di guida che ci si aspetta da una vettura di ultima generazione. Dispone di un motore elettrico da 114 kWkW
Unità di misura della potenza equivalente a 1.000 Watt.
, pari a 155 CV grazie ai quali è in grado di accelleare da 0 a 100 in 9,6 sec ed arrivare sino a quasi 10 km/h. Unità elettrica alimetata con l'idrgeno compresso a 700 bar e staccato in due serbati. Autonomia di 500 km superando largamente i limti delle altre auto elettriche a "zero emissionizero emissioni
Obiettivo che si sono posti numerosi governi per la riduzione delle emissioni derivanti dai processi produttivi. Questo è possibile attraverso azioni di risparmio energetico e di miglioramento delle efficienza dei processi. Un esempio potrebbe essere l'instaurazione di un ciclo virtuoso per cui i rifiuti e le scorie di un'industria divengono materia prima per un'altra, valorizzando così tutte le risorse coinvolte. 
". Agile nel traffico, nonostante il peso, principalmente grazie al baricentro basso che la tiene ben aderita all'asfalto.

Mirai’, la nuova berlina a idrogeno 

Alcuni aspetti tecnici
Mirai' sfrutta il Toyota Fuel Cell System (TFCS), un sistema che abbina la tecnologia delle celle a combustibile alla tecnologia Hybrid e include un nuovo pacco celle, il convertitore e nuovi serbatoi di idrogeno ad alta pressione prodotti da Toyota. Il TFCS risulta molto più efficiente rispetto ai tradizionali motori a combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
interna e non produce né CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

né agenti inquinanti
.

L’idrogeno può essere prodotto da fonti naturali diverse e da materiali di scarto. Ad esempio, può essere ricavato dall’acqua attraverso risorse rinnovabili come l’energia solareenergia solare
Energia radiante derivante dal Sole e che raggiunge la Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica. Ad oggi esistono fondamentalmente due modi per sfruttare l'energia solare direttamente: attraverso i pannelli solari (per la produzione di energia termica ed elettrica), pannelli fotovoltaici (per la produzione di energia elettrica). L'energia dal Sole è fondamentale anche per lo sviluppo delle altre forme di energia rinnovabili (per esempio per la crescita della biomassa, per i moti dei venti, per il ciclo idrologico delle acque, ecc..).
e quella eolica. Una volta compresso, possiede una densità energetica maggiore rispetto alle batterie ed è relativamente semplice da conservare e da trasportare. 

Le vetture equipaggiate con celle a combustibile sono quindi capaci di generare autonomamente l’elettricità a partire dall’idrogeno e questo potrà contribuire alla realizzazione di una società fondata sulla diversificazione delle fonti energetiche

I componenti del TFCS, prodotti da Toyota, sono: il pacco celle combustibile, il convertitore e i serbatoi di idrogeno ad alta pressione.

Il pacco celle Toyota 
Il nuovo pacco celle assicura una potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
massima di 114 kW (155 cavalli). La produzione dell’energia elettricaenergia elettrica
Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all'energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
è estremamente efficiente grazie all’adozione di canali di flusso 3D a maglia fine (una première mondiale), i quali assicurano una produzione dell’elettricità omogenea sulla superficie delle celle, con dimensioni compatte e un elevato livello di performance, oltre a una densità di potenza pari a 3,1 kW/L, la migliore a livello mondiale e superiore di 2,2 volte rispetto a quella del precedente modello Toyota FCHV-adv. 

La quantità di acqua sulle membrane elettrolitiche delle celle ha un impatto fondamentale sulla produzione dell’energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
elettrica: il controllo del volume si realizza mediante l’adozione di un sistema interno che regola la circolazione dell’acqua rilasciata in seguito alla produzione dell’elettricità, un sistema che consente al pacco celle di offrire la migliore efficienza a livello mondiale nonostante l’assenza dell’umidificatore, che invece era presente nei precedenti modelli a idrogeno prodotti da Toyota.

Il convertitore di potenza 
Il nuovo convertitore di potenza risulta molto compatto. Questo sistema ad alta efficienza e capacità è stato realizzato per incrementare la tensionetensione
Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).
generata dal pacco celle fino a 650 volt. Incrementando la tensione, il nuovo convertitore ha consentito la riduzione delle dimensioni del motore e del numero di celle, abbattendo allo stesso tempo i costi del sistema e migliorando la performance della vettura.

I serbatoi ad alta pressione 
L’idrogeno è contenuto all’interno di serbatoi con una struttura a tre strati realizzata in plastica rinforzata con fibra di carboniocarbonio
Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell'atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante.
, mentre altri materiali consentono la conservazione dello stesso a una pressione di 70 MPa (70 megapascal, circa 700 bar). Rispetto a quelli utilizzati sul modello FCHV-adv, i nuovi serbatoi dispongono di una capacità incrementata del 20% nonostante la riduzione sia del peso che delle dimensioni, che consente al nuovo sistema di ottenere il miglior rapporto tra quantità di idrogeno e peso serbatoio a livello mondiale, pari a 5,7 wt%. 

Caratteristiche principali del Toyota Fuel Cell System (TFCS)

Pacco celle Nome Toyota FC Stack
Tipo Elettrolita polimerico
Densità di potenza 3,1 kW/L
Potenza massima 114 kW (155 CV)
Sistema di umidificazione          Circolazione interna (senza umidificatore) 

Serbatoio idrogeno
ad alta pressione                

Numero di serbatoi 2
Pressione nominale 70 MPa (circa 700 bar)
Densità gravimetrica       5,7 wt%
Volume interno

122,4 litri (serbatoio anteriore: 60,0 litri; serbatoio posteriore: 62,4 litri)

Motore Tipo GeneratoreGeneratore
Dispositivo che traforma l'energia meccanica in energia elettrica.
elettrico sincrono AC
Potenza massima 113 kW (154 CV)
Coppia massima 335 Nm
Batteria Tipo Nichel-metallo idruro

Fonte: Toyota Italia

Data: 17/04/2015

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