I motori a combustione interna alimentati a idrogeno (H2ICE) si stanno affermando come una delle soluzioni “ponte” più pragmatiche per decarbonizzare quei segmenti dei trasporti pesanti che l’elettrificazione fatica a raggiungere. Non solo su strada, ma anche nella power generation e nei progetti di repowering, in attesa che il mercato dei veicoli Fuel Cell (FCEV) maturi su scala industriale. Gli H2‑ICEV possono infatti svolgere un ruolo decisivo nel creare massa critica: generano una domanda immediata di idrogeno, accelerano la realizzazione delle infrastrutture di rifornimento e offrono al tempo stesso una soluzione a zero emissioni per applicazioni stradali e off‑road ad altissimo carico. Il tutto valorizzando competenze, filiere e capacità manifatturiere già radicate in Europa, che possono essere rapidamente adattate alla nuova tecnologia senza dover reinventare l’intero sistema produttivo.
Secondo il report di Transparency Market Research, nel 2025 il mercato globale dei macchinari pesanti alimentati a idrogeno – escavatori, gru, dumper, bulldozer e altre attrezzature per cantieri e miniere – è stato stimato a circa 5 miliardi di dollari e potrebbe raggiungere i 32 miliardi entro il 2036. Le previsioni indicano una crescita sostenuta, con un CAGR del 21,2% tra il 2026 e il 2036. A trainare questa espansione è soprattutto la crescente domanda di operazioni industriali a basse emissioni. I settori delle costruzioni, dell’estrazione e della logistica pesante sono infatti tra le principali fonti di CO2, e le macchine convenzionali alimentate a diesel rappresentano una quota significativa di queste emissioni. L’idrogeno emerge così come una delle soluzioni più promettenti per decarbonizzare attività ad alta intensità energetica, mantenendo prestazioni e continuità operativa.
Il principio di funzionamento
Un motore a combustione interna a idrogeno funziona bruciando idrogeno convertendo l’energia chimica del combustibile direttamente in energia meccanica sull’albero motore. A differenza delle celle a combustibile, che trasformano l’idrogeno in elettricità attraverso un processo elettrochimico prima di alimentare un motore elettrico, gli H2ICE sfruttano un ciclo di combustione molto simile a quello dei tradizionali motori a benzina o diesel, semplicemente sostituendo il carburante fossile con l’idrogeno. Durante la fase di aspirazione e/o compressione, l’idrogeno si miscela con l’aria; l’accensione avviene tramite candela o attraverso un’iniezione pilota; l’espansione dei gas spinge il pistone e i prodotti della combustione vengono espulsi dal cilindro. I gas di scarico sono composti quasi esclusivamente da vapore acqueo, con quantità trascurabili di CO2. L’elevata temperatura della combustione può però favorire la formazione di piccole quantità di ossidi di azoto (NOx). È una sfida nota, oggi affrontata con successo grazie a strategie di combustione avanzate e a sistemi di post‑trattamento specifici, che consentono di mantenere le emissioni a livelli molto bassi.
Dove hanno la meglio e perché
Gli attuali limiti delle macchine pesanti elettriche a batteria sono tra i principali fattori che stanno spingendo l’adozione di soluzioni a idrogeno, soprattutto nelle applicazioni ad alta potenza e con cicli di lavoro prolungati. Le attrezzature per cantieri, miniere e movimento terra operano spesso tra le 8 e le 12 ore al giorno, in condizioni difficili e in aree remote o temporanee. In questi contesti, i sistemi a batteria mostrano limiti evidenti: bassa densità energetica, tempi di ricarica molto lunghi e una forte dipendenza da infrastrutture elettriche ad alta capacità, che nei cantieri o nelle miniere risultano costose, complesse da installare o semplicemente impraticabili.
Dal punto di vista operativo, i motori H2ICE offrono ciò che i macchinari pesanti richiedono: coppia elevata, potenza continua e grande robustezza. Sono progettati per lavorare nelle condizioni più estreme — polvere, vibrazioni, sbalzi termici — dove le celle a combustibile possono incontrare problemi di durabilità o gestione termica. A questo si aggiunge un vantaggio decisivo: tempi di rifornimento rapidi, del tutto comparabili a quelli dei motori diesel, che permettono di mantenere elevata la produttività senza interruzioni prolungate.
Gli ostacoli
Finora gli H2ICE sono stati esclusi dai principali meccanismi di incentivo e, in alcuni Stati membri, non possono nemmeno rifornirsi presso le – poche – infrastrutture HRS esistenti a causa delle attuali norme fiscali sull’energia. Questa situazione limita il loro potenziale proprio nel momento in cui potrebbero contribuire in modo significativo alla decarbonizzazione del trasporto pesante. Per accelerarne davvero l’adozione, i decisori politici dovrebbero intervenire su quattro fronti, ovvero:
- Riconoscere i veicoli a idrogeno con motore a combustione come veicoli a zero emissioni in tutti gli Stati membri, garantendo un quadro normativo uniforme;
- Allineare il trattamento fiscale dell’idrogeno: il carburante utilizzato in un ICEV dovrebbe beneficiare delle stesse esenzioni previste per l’idrogeno impiegato nei FCEV, consentendo a entrambe le tecnologie di utilizzare le stesse HRS;
- Assicurare parità di trattamento tra H2ICE e FCEV nell’applicazione dei meccanismi RED II/RED III, evitando discriminazioni che ostacolano lo sviluppo del mercato;
- Proseguire e rafforzare il sostegno alla ricerca sui motori a combustione a idrogeno attraverso programmi europei come Horizon Europe, per accelerare l’innovazione e la maturità industriale della tecnologia.
H2ICE e FCEV
Pur rispondendo a due nicchie di mercato differenti, H2ICE e FCEV dovrebbero essere considerati tecnologie complementari, ciascuna ottimizzata per specifici profili operativi. I sistemi a celle a combustibile offrono un’elevata efficienza “well‑to‑wheel”, che può raggiungere circa il 60%, grazie alla conversione elettrochimica dell’idrogeno in elettricità tramite uno stack a membrana a scambio protonico (PEM). L’energia prodotta alimenta poi un motore elettrico ad alta efficienza. Questo percorso evita le perdite tipiche della combustione e garantisce un funzionamento particolarmente efficace nei cicli di carico variabile, dove la tecnologia fuel cell scala in modo naturale e stabile.
I motori H2ICE tradizionali si attestavano su un’efficienza del 20–30%, un limite legato alla natura stessa dei cicli Otto e Diesel. Negli ultimi anni, però, i progressi tecnologici — in particolare la iniezione diretta ad alta pressione (HPDI) sviluppata da Westport Innovations — hanno cambiato radicalmente lo scenario, permettendo di superare il 50% di efficienza termica al freno (BTE). Un progetto dimostrativo congiunto tra AVL, TUPY, Westport e ITnA (TU Graz) ha raggiunto un BTE del 50,1% su un motore pesante a idrogeno da 13 litri. Le simulazioni indicano che, con ulteriori ottimizzazioni — rapporto di compressione a 23,1 e turbocompressore a geometria fissa ad alta efficienza — si potrebbe arrivare al 51,7%. A pieno carico, questo motore HPDI operava con un 97,5% di energia proveniente dall’idrogeno, richiedendo solo una minima iniezione pilota di carburante liquido per l’accensione.
L’approccio HPDI, sviluppato da Westport Innovations e validato sperimentalmente da AVL e TUPY, prevede l’iniezione diretta di idrogeno nella camera di combustione a pressioni molto elevate (200–350 bar), in prossimità del termine della corsa di compressione. Una piccola quantità di carburante liquido convenzionale — in genere diesel, pari a circa 2–5% del contenuto energetico — viene utilizzata come pilota di accensione, assicurando un’auto‑accensione stabile e controllata della carica di idrogeno. Quando il sistema è ottimizzato per l’iniezione diretta e per la combustione magra, l’efficienza dei motori H2ICE può eguagliare o superare quella dei diesel moderni, riducendo sensibilmente il divario con le celle a combustibile e migliorando in modo significativo il costo totale di proprietà (TCO) nelle applicazioni heavy‑duty.
Emissioni CO2 e NOx
Quando alimentati con idrogeno verde i motori H2ICE azzerano completamente le emissioni di CO₂ allo scarico. Tra i co‑benefici ambientali più rilevanti c’è anche la quasi totale eliminazione del particolato, poiché i gas di scarico sono composti quasi esclusivamente da vapore acqueo, una sostanza non tossica e non persistente. Le prestazioni ambientali raggiunte dai prototipi più avanzati sono già in linea con i futuri standard europei: il motore AVL/TUPY con tecnologia HPDI registra emissioni inferiori a 3 g CO₂ per tonnellata‑chilometro, un valore compatibile con i potenziali limiti UE per il trasporto pesante al 2035–2040. Anche il gruppo APC Task & Finish del Regno Unito conferma che i motori H2ICE possono garantire una riduzione della CO₂ del 99,95% rispetto a un diesel Stage V. Resta però un aspetto tecnico cruciale: la gestione degli ossidi di azoto (NOx). Questi si formano quando la temperatura di combustione supera circa 1800 K, favorendo l’ossidazione dell’azoto presente nell’aria. Sebbene l’H2ICE elimini la CO₂, il controllo dei NOx rimane quindi il principale punto di attenzione progettuale, affrontato oggi con strategie di combustione avanzate e sistemi di post‑trattamento dedicati.
Quando la sola ottimizzazione della combustione non basta a ridurre i NOx, si utilizza la riduzione catalitica selettiva (SCR). In questo sistema viene iniettata urea (AdBlue) nei gas di scarico caldi; il catalizzatore — di solito a base di vanadio o zeolite — trasforma NO e NO₂ in azoto (N₂) e vapore acqueo (H2O). La SCR è una tecnologia consolidata, già ampiamente utilizzata su camion e autobus diesel, e può essere applicata senza difficoltà anche ai motori H2ICE.
Ultimi sviluppi dal mercato
Cummins ha presentato ad inizio 2025 il suo nuovo turbocompressore progettato specificamente per soddisfare le esigenze dei motori a combustione interna a idrogeno, grazie a un’aerodinamica dedicata e controlli avanzati che ne ottimizzano le prestazioni nelle condizioni estreme della combustione dell’H2. Il turbocompressore – conforme agli standard di emissione Euro VII – rappresenta un passo chiave nella strategia “Destination Zero” di Cummins, orientata alla decarbonizzazione attraverso tecnologie innovative sviluppate in collaborazione con partner industriali.
Sempre ad inizio 2025 JCB ha ricevuto da parte di undici autorità di licenza il via libera alla vendita commerciale in Europa del suo motore a combustione interna a idrogeno. La prima autorizzazione è arrivata dalla RDW, l’autorità olandese responsabile dell’omologazione e della certificazione dei veicoli. A ruota sono seguiti i via libera di Regno Unito, Germania, Francia, Spagna, Belgio, Polonia, Finlandia, Svizzera e Liechtenstein. Lo sviluppo del motore ha richiesto oltre tre anni di lavori e un investimento di 100 milioni di sterline. Attualmente sono più di 130 i prototipi già installati a bordo di macchine agricole, sollevatori telescopici e gruppi elettrogeni per attività di test in ambiente reale. Una delle prime prove si è svolta a Birmingham, nell’ambito di un progetto di riqualificazione industriale; qui, l’appaltatore BAM Construction ha testato per la prima volta in cantiere un sollevatore telescopico 540-I80H registrando performance pari ai tradizionali modelli diesel. Il rifornimento di idrogeno si è tenuto in loco mediante un’unità di ricarica mobile fornita da JCB.
HD Construction Equipment, la divisione di Hyundai specializzata in motori e macchinari heavy‑duty, ha presentato il nuovo motore a idrogeno HX22, un 22 litri ad alta cilindrata che sarà lanciato ufficialmente sul mercato da gennaio 2026. Il motore, con architettura V12, eroga 600 kW (816 CV) di potenza massima e 477 kW (649 CV) in continuo, una capacità sufficiente – secondo la compagnia – a coprire il fabbisogno energetico annuale di circa 200 famiglie. Il modello HX22 è stato progettato per diventare un riferimento nella generazione di energia a zero emissioni, utilizzando idrogeno verde o idrogeno ricavato dall’ammoniaca come combustibile. Parallelamente, il modello a idrogeno HX12 da 11 litri ha completato con successo un intenso programma di validazione, con oltre 1.500 ore di funzionamento in dimostrazioni su generatori e test di installazione su camion pesanti ed escavatori, per verificarne prestazioni e durabilità.
A Göteborg, in Svezia, Johnson Matthey ha inaugurato all’interno del proprio complesso già esistente un nuovo centro dedicato ai test sui motori a combustione interna a idrogeno. La struttura – la cui costruzione ha richiesto un investimento di circa 2,7 milioni di euro – consentirà alla compagnia di testare i sistemi catalitici e di controllo emissioni per motori H2ICE, valutare prestazioni e durabilità in condizioni operative reali e gestire idrogeno fino a 500 bar grazie a una infrastruttura di stoccaggio e analisi dedicata. Questa infrastruttura integra misuratori di flusso, analizzatori e strumenti di trattamento dei gas di scarico progettati per gestire l’idrogeno in modo sicuro e preciso. L’obiettivo di JM è di rendere questa tecnologia ponte sempre più efficiente per decarbonizzare camion, autobus e applicazioni industriali difficili da elettrificare.
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