L’idrogeno puo’ essere impiegato direttamente come carburante nei motori a ciclo Otto (i tradizionali motori a benzina), facendo alcune modifiche al sistema di iniezione, un po’ come si fa per il metano.
L’energia chimica dell’idrogeno viene trasformata in energia termica e quest’ultima viene trasformata in energia meccanica sfruttando l’aumento di pressione dei gas combusti ad elevata temperatura.
Il secondo principio della termodinamica stabilisce un limite massimo per il rendimento della trasformazione dell’energia termica in energia meccanica, che dipende dal rapporto tra la temperatura piu’ alta raggiunta durante il ciclo e quella piu’ bassa, in pratica la temperatura ambiente. In realta’, come si puo’ facilmente verificare, i gas combusti vengono espulsi ad una temperatura superiore alla temperatura ambiente di qualche centinaio di gradi, quindi il rendimento e’ inferiore a quello che si potrebbe avere sfruttando il massimo differenziale di temperatura. La temperatura massima del ciclo puo’ essere innalzata aumentando il rapporto di compressione, entro certi limiti.
Il ciclo Otto ha un rendimento teorico che dipende dal rapporto di compressione, e per valori di rapporto di compressione 10:1, tipici dei motori odierni, e’intorno al 37%.
Il ciclo reale tuttavia presenta differenze rispetto al ciclo ideale e a regime costante il rendimento si attesta al massimo su valori intorno al 28%. Nell’uso cittadino, il rendimento scende a valori del 14-15%. Quindi buona parte dell’energia contenuta nel carburante viene dissipata sotto forma di calore nel sistema di raffreddamento e nei gas di scarico dell’autovettura.
Una cella a combustibile (fuel cell), al contrario, ha un rendimento molto piu’ elevato, in quanto permette di trasformare direttamente l’energia chimica del carburante in enrgia elettrica, disponibile sotto forma di tensione elettrica continua. Teoricamente il rendimento puo’ raggiungere valori intorno al 60%.
Poichè l’idrogeno e’ un gas che praticamente, sulla terra, non si trova mai allo stato libero, non e’ una fonte energetica nell’accezione usuale del termine. Infatti deve essere ricavato da altre fonti: dal metano per via termica o dall’acqua per via elettrolitica. Quest’ultima via, in particolare, e’ percorribile soltanto se si può usare un eccesso di produzione di energia elettrica prodotta da un altra fonte, rinnovabile (energia idroelettrica per esempio) o non rinnovabile (fissione nucleare). In Canada sono in studio alcuni progetti in merito all’utilizzo di un eccesso di energia idroelettrica per la produzione di idrogeno per via elettrolitica.