Formazione del 2 luglio 2026

Idrogeno al posto del diesel – Propulsione alternativa per i treni

Stadler Rail produce treni con celle a combustibile (idrogeno) per le linee di trasporto pubblico non elettrificate, che in precedenza venivano servite da locomotive diesel convenzionali.

Nella presentazione del dott. Stefan Bernsdorf di Stadler sono stati illustrati i vantaggi e le sfide dei sistemi di propulsione alternativi per i veicoli ferroviari. Sebbene il trasporto ferroviario sia già oggi il mezzo di trasporto di massa più ecologico, molte linee ferroviarie, in particolare quelle secondarie, non sono ancora elettrificate e continuano a essere servite da treni diesel. Per la decarbonizzazione, i treni alimentati da linee aeree di contatto sono considerati la soluzione più efficiente, mentre i treni a batteria e a idrogeno sono impiegati nelle zone in cui l’elettrificazione completa non è economicamente vantaggiosa. I treni a batteria si distinguono per l’elevata efficienza energetica e l’idoneità per percorsi brevi e medi, mentre i treni a idrogeno, grazie alla maggiore densità energetica, consentono di percorrere distanze molto più lunghe. Pertanto, i treni a batteria e a idrogeno rappresentano un prodotto di nicchia con un grande potenziale

Relazione

Il dott. Stefan Bernsdorf, Product Category Manager per le propulsioni alternative presso Stadler, ha illustrato le possibilità e le sfide dei sistemi propulsivi alternativi per i veicoli ferroviari. Ha sottolineato che il trasporto ferroviario è già oggi il mezzo di trasporto di massa più ecologico, grazie alla bassa resistenza al rotolamento, alla minore resistenza aerodinamica dovuta ai vagoni accoppiati e all’elettrificazione che è stata introdotta più di cento anni fa. Tuttavia, solo circa il 46% delle linee ferroviarie in Europa sono elettrificate (negli Stati Uniti la percentuale è inferiore all’1%). Molte linee secondarie sono ancora servite da treni diesel.

La decarbonizzazione del trasporto ferroviario avviene quindi attraverso diversi approcci. L’elettrificazione rimane la soluzione più efficiente e sostenibile. È particolarmente adatta per le linee principali ad alta frequenza, le reti di treni suburbani, il trasporto regionale ad alta capacità e le applicazioni che richiedono elevate prestazioni, come i treni ad alta velocità o i treni merci. I treni a trazione elettrica sono considerati semplici, affidabili, economici e rispettosi dell’ambiente.

Sulle tratte in cui l’elettrificazione completa non è economicamente vantaggiosa, i treni a batteria e i treni a idrogeno stanno acquistano sempre più importanza. I veicoli a batteria utilizzano moderne batterie agli ioni di litio. L’aspetto più importante non è la densità energetica, ma piuttosto la durata, la capacità di carica e la sicurezza operativa. La progettazione dei sistemi a batteria tiene conto della durata, del profilo operativo, delle condizioni ambientali e dei requisiti di sicurezza. Poiché le batterie generano una notevole quantità di calore durante il funzionamento, sono necessari sistemi di raffreddamento sofisticati per garantire sicurezza, efficienza e durata.

I treni a batteria possono essere ricaricati sia durante il viaggio sotto una linea aerea di contatto, sia in stazioni di ricarica fisse. La ricarica avviene preferibilmente su tratti di linea elettrificati, che consentono di aumentare notevolmente l’autonomia. In genere, i treni a batteria possono operare per una o due ore o per una distanza di circa 100 km. Per questo motivo, sono particolarmente adatti per tratte brevi e di media lunghezza. Un ottimo esempio
è il Stadler FLIRT AKKU, che ha stabilito un record mondiale per i treni a batteria con un’autonomia di 224 km senza ricarica.

Un’alternativa è la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno, in cui l’idrogeno reagisce con l’ossigeno nella cella a combustibile formando acqua e generando al contempo energia elettrica e calore. Le celle a combustibile sono particolarmente efficienti quando erogano una potenza costante e bassa e vengono quindi solitamente combinate con batterie. Queste ultime coprono i picchi di potenza in fase di accelerazione e immagazzinano l’energia recuperata in fase di frenata. La cella a combustibile funge quindi principalmente da fonte di energia continua.

Un vantaggio decisivo dell’idrogeno rispetto alle batterie è la maggiore densità energetica, che consente di coprire distanze molto più lunghe. Tuttavia, sono necessari serbatoi grandi e pesanti, il cui peso è circa 12 volte superiore a quello dell’idrogeno immagazzinato. Inoltre, i costi di investimento sono elevati e la durata delle celle a combustibile è limitata. Per il funzionamento è inoltre necessario un idrogeno di elevata purezza, pari ad almeno il 99’995%, poiché le impurità possono danneggiare la membrana sensibile della cella a combustibile.

Anche la provenienza dell’idrogeno riveste un ruolo centrale. Solo l’idrogeno prodotto tramite elettrolisi da energia elettrica generata da fonti rinnovabili è considerato «verde».

Da un confronto dei sistemi nel loro complesso emerge che i treni a batteria tendono ad essere più efficienti dal punto di vista energetico e a produrre meno CO₂ rispetto ai treni a idrogeno. Tuttavia, i treni a idrogeno offrono vantaggi laddove si devono percorrere lunghe tratte non elettrificate senza frequenti soste di ricarica. Un esempio è il FLIRT H₂ di Stadler, il primo treno a idrogeno negli Stati Uniti, che ha stabilito un record di autonomia di 2.803 km senza necessità di rifornimento.  

Oggi Stadler offre sia veicoli a batteria che a idrogeno. Nel FLIRT AKKU le batterie sono collocate sotto il pavimento, sul tetto o in un cosiddetto PowerPack. I veicoli possono essere ricaricati durante il viaggio sotto la linea aerea di contatto e raggiungono autonomie fino a 100 km in modalità batteria, anche in condizioni difficili.

Nei veicoli a idrogeno come il FLIRT H₂ tutti i componenti a idrogeno sono integrati in un PowerPack separato e ventilato. In questo modo, i serbatoi di idrogeno e le condotte ad alta pressione non si trovano nell’area passeggeri, aumentando ulteriormente la sicurezza. I veicoli possono operare per l’intera giornata senza necessità di rifornimento e utilizzano batterie di accumulo per coprire i picchi di potenza e recuperare energia durante la frenata.

Le esperienze operative finora sono state positive. In Schleswig-Holstein sono già in servizio 55 treni FLIRT a batteria. Percorrono più di 10 milioni di chilometri all’anno, effettuano oltre 400 corse al giorno e sostituiscono grandi quantità di carburante diesel. Tuttavia, per la loro manutenzione sono necessari officine appositamente attrezzate, sistemi antincendio, batterie immagazzinate in ambienti controllati e sistemi di gestione intelligente delle batterie.

Anche per i treni a idrogeno è già stata maturata una vasta esperienza. Il rifornimento può essere effettuato in circa 30 minuti, ma richiede un’infrastruttura affidabile e ridondante. Mentre i serbatoi di idrogeno richiedano una manutenzione relativamente ridotta, le celle a combustibile devono essere controllate regolarmente e i filtri dell’aria devono essere sostituiti. Particolare attenzione deve essere prestata anche al drenaggio, poiché l’unico prodotto di scarto della cella a combustibile è l’acqua, che viene prodotta in quantità considerevoli.

Infine, è stato sottolineato che i sistemi di propulsione alternativi definiranno il futuro del trasporto ferroviario non elettrificato o solo parzialmente elettrificato. L’elettrificazione rimane la soluzione più efficiente, ma i treni a batteria e quelli a idrogeno offrono alternative economiche ed ecologiche al tradizionale funzionamento a diesel per profili d’impiego diversi. Per garantire il successo della loro introduzione, tuttavia, sono necessarie infrastrutture adeguate, nuovi processi di manutenzione e formazioni specifiche per il funzionamento e la manutenzione.

Visita guidata della produzione 

Il capannone in cui è iniziata la visita guidata è stato in precedenza un parcheggio. Oggi, qui vengono costruiti veicoli ferroviari altamente specializzati, e Stadler è particolarmente noto per i suoi prodotti su misura («tailor made»). A differenza di produttori come Alstom o Siemens, che offrono principalmente piattaforme di veicoli standardizzate, Stadler sviluppa molti veicoli in base ai requisiti specifici dei singoli clienti.

Un progetto attuale è la costruzione di un treno a scartamento ridotto alimentato a idrogeno. In questi veicoli, la propulsione si basa su una combinazione di idrogeno (H₂), cella a combustibile, batteria di accumulo e propulsione elettrica. La cella a combustibile genera energia elettrica in modo continuo, per cui è necessaria una batteria di accumulo per compensare i picchi di carico. Sebbene l’efficienza di una cella a combustibile sia solo del 30% circa, l’idrogeno possiede una densità energetica nettamente superiore rispetto alle batterie. Tuttavia, si prevede che a lungo termine saranno i treni elettrici alimentati a batteria ad affermarsi. Stadler non si occupa solo di treni a batteria o a idrogeno, ma anche di veicoli ibridi, che offrono un campo di applicazione molto più ampio.

La cabina del veicolo non differisce sostanzialmente da quella dei treni convenzionali a trazione elettrica o diesel. In questo contesto riveste un ruolo importante il cosiddetto profilo di ingombro, che definisce i limiti massimi dello spazio utilizzabile all’interno e all’esterno del veicolo. Nonostante l’aggiunta di componenti tecnici, il passaggio per i passeggeri deve essere sempre garantito, anche se in alcuni punti può risultare stretto. Le celle a combustibile richiedono meno spazio rispetto ai grandi sistemi a batteria.

Nel campo dello stoccaggio delle batterie, Stadler utilizza principalmente batterie LFP (litio-ferro-fosfato). Per ridurre al minimo i rischi di incendio delle batterie, queste vengono installate in un «sarcofago» appositamente protetto. Inoltre, le batterie vengono consegnate secondo il principio del just-in-time: arrivano in fabbrica solo il giorno in cui devono essere installate. In questo modo si riduce il rischio che le batterie siano esposte a forti sollecitazioni esterne durante lo stoccaggio, che potrebbero causare deformazioni o danni.

Anche nel caso dell’idrogeno gli aspetti relativi alla sicurezza rivestono un ruolo centrale. L’idrogeno non viene immagazzinato in loco, bensì in una stazione di rifornimento di idrogeno situata sulla pista di prova di Hemishofen. Molte persone associano immediatamente la sicurezza dell’idrogeno all’incendio del dirigibile Hindenburg, per cui questo tema è oggetto di particolare attenzione. I serbatoi di idrogeno sono sottoposti a una pressione di circa 350 bar – a titolo di confronto, le bombole per immersioni sono spesso caricate a circa 250 bar. I serbatoi sono rivestiti internamente con un rivestimento in HDPE (che li rende a tenuta di gas) e sono installati in posizione orizzontale in un sistema a più strati. Dai serbatoi fuoriesce sempre una minima quantità di gas per diffusione. Per rilevare eventuali perdite più consistenti, vengono utilizzati speciali rilevatori di idrogeno in grado di individuare le molecole di idrogeno.

Le celle a combustibile funzionano a temperature inferiori a 100 °C, ma devono essere raffreddate attivamente. Questo processo non produce gas di scarico classici, ma acqua sotto forma di vapore acqueo e acqua liquida. Prima di ogni prova di funzionamento, la cella a combustibile deve essere accuratamente pulita, altrimenti la membrana sensibile e costosa potrebbe danneggiarsi. Inoltre, le celle a combustibile devono essere sostituite e riparate dopo circa cinque o sette anni di utilizzo.

Interessante è anche l’evoluzione dei serbatoi di idrogeno di Stadler. Il primo serbatoio di idrogeno utilizzato era disposto in posizione verticale e, nonostante le sue dimensioni imponenti di circa due metri di altezza e 50 centimetri di diametro, poteva immagazzinare solo circa sei chilogrammi di idrogeno utilizzabile. I serbatoi odierni sono stati notevolmente perfezionati e hanno una capacità fino a 200 chilogrammi. Possono essere utilizzati per circa 8’000 operazioni di rifornimento prima che sia necessario un controllo, il che corrisponde a circa la metà della loro durata di vita prevista.

Dal punto di vista economico, i treni a idrogeno e a batteria rappresentano attualmente una grande sfida. Sono infatti circa due o tre volte più costosi dei veicoli comparabili alimentati dalla linea aerea di contatto. A ciò si aggiungono i costi dell’infrastruttura necessaria per la ricarica o il rifornimento. Per questo motivo, l’idrogeno non è considerato un’opzione praticabile per l’uso nelle carrozze passeggeri. Tuttavia, per applicazioni che richiedono un’ampia autonomia, come il trasporto merci con camion o le navi portacontainer, la tecnologia è considerata una promettente alternativa.
Per migliorare ulteriormente l’efficienza energetica, Stadler ha sviluppato il sistema di gestione dei dati ferroviari. Questo sistema ottimizza il funzionamento del treno fornendo al conducente consigli per un’impostazione di guida più efficiente dal punto di vista energetico, riducendo così il consumo di energia.

Anche la storia aziendale di Stadler dimostra l’impressionante sviluppo dell’azienda. Quando Peter Spuhler ne ha assunto la direzione, l’azienda contava solo 18 dipendenti. Oggi, circa 18’000 persone lavorano per Stadler in tutto il mondo. Un importante traguardo è stato raggiunto negli anni ’80 con il prototipo del GTW-MThB (treno a trazione elettrica articolato della Mittelthurgaubahn). Questo veicolo ha costituito la base per il successivo treno Turbo, impiegato soprattutto nella regione del Lago di Costanza e considerato un importante punto di partenza per il futuro successo dell’azienda. Mentre Alstom è stata la prima azienda a sviluppare un treno a idrogeno, Stadler oggi punta su soluzioni su misura e continua a sviluppare le tecnologie per i sistemi di propulsione a batteria, ibrida e a idrogeno.