12.06.2026
Serbatoi per lo stoccaggio fisico dell’idrogeno

Lo stoccaggio fisico è la tecnologia più matura per la conservazione dell’idrogeno e costituisce il punto di partenza obbligato per qualunque applicazione che richieda di immagazzinare il vettore in modo affidabile e ripetibile: per impiego fisico si intende la conservazione dell’idrogeno nel suo stato molecolare, gassoso o liquido, all’interno di recipienti in pressione o a bassa temperatura, secondo un principio che lascia inalterata la natura chimica della molecola e affida la densità di stoccaggio alle condizioni fisiche imposte al fluido. La soluzione di riferimento per l’impiego a bordo dei veicoli si fonda oggi su recipienti a gas compresso con pressione nominale di esercizio di 350 e 700 bar, corrispondenti rispettivamente a circa 5.000 e 10.000 psi, comunemente indicati con il termine di serbatoi.

La conservazione dell’idrogeno in forma di gas compresso richiede recipienti progettati per resistere a pressioni elevatissime mantenendo al tempo stesso un peso contenuto. Un serbatoio pressurizzato per idrogeno si compone di un involucro strutturale capace di sopportare la sollecitazione meccanica, di una barriera interna che impedisce la permeazione del gas attraverso le pareti e degli organi di interfaccia che regolano il riempimento e l’erogazione. La pressione di 700 bar consente di immagazzinare una quantità di idrogeno maggiore a parità di volume occupato e per questa ragione si è affermata come riferimento per le applicazioni automobilistiche, dove lo spazio disponibile a bordo costituisce un vincolo stringente.

L’architettura tecnologicamente più avanzata per questo impiego è quella dei recipienti definiti di tipo IV, costituiti da un rivestimento interno polimerico che funge da barriera al gas e da un avvolgimento esterno in materiale composito rinforzato con fibra di carbonio, incaricato di assorbire le sollecitazioni dovute alla pressione interna. Questa configurazione coniuga la tenuta del gas garantita dal liner plastico con la resistenza meccanica e la leggerezza offerte dalla fibra di carbonio e proprio la quantità di fibra impiegata nell’avvolgimento determina in misura rilevante sia le prestazioni sia il costo complessivo del sistema. La pressione nominale di esercizio di 350 bar trova ancora applicazione in segmenti specifici, mentre il livello di 700 bar si è imposto laddove la densità di stoccaggio assume un peso decisivo nella progettazione del veicolo.

Accanto alla via del gas compresso esiste la possibilità di conservare l’idrogeno in forma liquida a bassa pressione, in prossimità della temperatura normale di ebollizione che si colloca attorno ai 20 K: la soluzione viene impiegata abitualmente per lo stoccaggio e il trasporto di grandi quantità di idrogeno, dove la densità elevata del liquido consente di movimentare volumi importanti con recipienti di dimensioni gestibili. L’applicazione dell’idrogeno liquido all’impiego a bordo dei veicoli registra attualmente un’attività di sviluppo limitata, poiché la gestione delle temperature estreme e dei fenomeni di evaporazione introduce complessità che ne riducono l’attrattività per l’autotrazione di serie.

Tra la via del gas compresso a temperatura prossima a quella ambiente e quella del liquido criogenico si collocano due approcci intermedi che sfruttano la riduzione della temperatura per aumentare la densità del fluido. La conservazione cosiddetta a freddo opera a temperature inferiori a quella ambiente e comunque superiori ai 150 K, mentre la conservazione criogenica si spinge a 150 K e al di sotto di tale soglia. Entrambe le strade vengono studiate proprio perché abbassando la temperatura del gas compresso si ottengono densità di idrogeno più elevate a parità di pressione, con un guadagno potenziale nella quantità di energia immagazzinabile in un dato volume. Il prezzo da pagare risiede nella maggiore complessità dell’isolamento termico e nella gestione del bilancio energetico necessario a mantenere le condizioni di temperatura desiderate.

I sistemi di stoccaggio a idrogeno compresso hanno superato da tempo la fase puramente sperimentale e sono stati dimostrati in centinaia di veicoli prototipo alimentati a celle a combustibile, oltre a essere disponibili commercialmente in volumi di produzione ancora contenuti. Questa condizione descrive una tecnologia consolidata nei principi, validata su strada e in attesa di raggiungere le economie di scala che caratterizzano la produzione di massa. Gli obiettivi tecnici fissati per lo stoccaggio a bordo dei veicoli definiscono i traguardi prestazionali ed economici verso i quali la tecnologia deve tendere, e molti di questi traguardi risultano già conseguiti, con un numero ristretto di aree che richiedono ulteriori avanzamenti. I tre fronti sui quali si concentra l’attenzione riguardano la densità gravimetrica, la densità volumetrica e il costo del sistema.

La densità gravimetrica esprime la quantità di idrogeno immagazzinabile per unità di massa complessiva del sistema e il suo miglioramento incide direttamente sul peso che il veicolo deve trasportare a parità di energia disponibile. La densità volumetrica misura invece la quantità di idrogeno immagazzinabile per unità di volume occupato dal sistema, parametro che governa l’ingombro del serbatoio e la sua compatibilità con gli spazi del veicolo. Questi due indicatori riassumono la sfida ingegneristica dello stoccaggio fisico, poiché il recipiente deve contenere quanta più energia possibile senza appesantire né ingombrare oltre misura il mezzo che lo ospita. Le proiezioni elaborate per un sistema a 700 bar di tipo IV operante a temperatura prossima a 300 K consentono di confrontare le prestazioni effettive con i traguardi stabiliti, evidenziando i margini di progresso ancora disponibili su ciascun parametro.

Il costo del sistema di stoccaggio costituisce uno dei fattori determinanti per la diffusione su larga scala della tecnologia e la sua composizione riflette il peso preponderante dei materiali ad alta resistenza impiegati nei recipienti in pressione. Nell’analisi della ripartizione dei costi per i sistemi a 350 e 700 bar emerge come la fibra di carbonio dell’avvolgimento composito rappresenti la voce più rilevante, condizione che orienta gran parte degli sforzi di ricerca verso la riduzione della quantità di fibra necessaria e verso l’adozione di materiali e processi produttivi più efficienti. La dipendenza del costo dal volume di produzione completa il quadro, poiché l’incremento del numero di unità prodotte riduce in modo significativo il costo unitario del sistema, in virtù della distribuzione degli oneri fissi su una base più ampia e dell’affinamento dei processi di fabbricazione.