Con l’aumentare della consapevolezza ambientale e la crescente necessità di ridurre le emissioni inquinanti, la transizione alla mobilità elettrica sta diventando un fenomeno sempre più attuale. Forti segnali vengono dalle istituzioni, come ad esempio l’Unione Europea, la quale ha imposto lo stop totale alla vendita di automobili a combustibile fossile entro il 2035.
La mobilità sostenibile, se correttamente accompagnata dalla modernizzazione della rete elettrica e dei sistemi di produzione, contribuirà all’aumento dell’efficienza energetica della nostra società. Un qualunque motore elettrico può ampiamente superare il 90% di rendimento energetico, mentre persino il più moderno a combustione interna fatica ad arrivare al 45%.
Dalle conclusioni degli studi svolti dall’ingegnere e climatologo Mark Z. Jacobson, cofondatore di The Solutions Project e professore alla Stanford University, si riscontra che il passaggio ad una mobilità completamente elettrica permetterebbe un risparmio di energia (del settore del trasporto italiano, quindi pubblico e privato) del 265%.
Questa percentuale è così elevata perché tiene in conto, oltre all’impiego diretto dell’energia elettrica per i mezzi di trasporto, anche il ‘risparmio’ energetico derivante dalla filiera di approvvigionamento del combustibile fossile.
Partendo dalle note criticità delle automobili elettriche, ci immergeremo nel cuore di questa rivoluzione, svelando il potenziale di una mobilità sostenibile per il bene del nostro pianeta e delle generazioni future, per arrivare infine a suggerire delle soluzioni a problematiche di nota complessità.
Cosa ci sta fermando?
La mobilità elettrica rappresenta una soluzione promettente per ridurre l’impatto ambientale del settore automobilistico. Tuttavia, presenta sfide e criticità che richiedono attenzione e soluzioni innovative.
Le più note e discusse sono le seguenti.
Autonomia limitata (Range anxiety)
Pur dipendendo dal modello, le automobili elettriche hanno generalmente un’autonomia inferiore rispetto ai veicoli a combustione. Questo può essere un fattore limitante per gli utenti che necessitano di coprire lunghe distanze senza la possibilità di effettuare ricariche frequenti.
Tempo di ricarica
Nonostante l’avanzamento tecnologico e l’introduzione di stazioni di ricarica veloce, la ricarica di un’automobile elettrica richiede ancora un tempo nettamente maggiore rispetto al rifornimento di una a combustione. Per una carica completa, in base alla capacità della batteria e la potenza impiegata, si oscilla tra 30 minuti e 12 ore (come riportato nell’articolo di Enel X).
Infrastruttura di ricarica
La disponibilità di stazioni di ricarica è molto variabile a seconda della zona in cui ci si trova. Alcune aree non sono sufficientemente coperte, rendendo difficile pianificare sia viaggi lunghi che la propria quotidianità. Da quanto dichiarato nel report di febbraio 2024 da Motus-E, il principale punto di riferimento per le tematiche legate alla mobilità elettrica in Italia, il nostro paese offre comunque un buon servizio.
In Italia risultano installati 50 mila punti di ricarica in quasi 27 mila stazioni e 17 mila piazzole di ricarica. In termini assoluti è un ottimo risultato, in quanto perfettamente in linea con gli altri Paesi europei; quello che purtroppo stona è la copertura dell’intero suolo nazionale.
Infatti, il 58% dei punti di ricarica totali sono installati nel nord Italia, il 19% al centro, ed il 23% nel sud e isole. Nonostante una distribuzione così iniqua, nell’86% del territorio nazionale è comunque possibile trovare almeno una colonnina in un raggio di 10 chilometri.
Costo iniziale elevato e cambio pacco batteria
Le automobili elettriche tendono ad avere un prezzo più elevato rispetto ai veicoli a combustione interna. Come riportato da Repubblica, il prezzo di accesso è di circa 15 mila euro. La causa principale risiede nel costo delle batterie.
Infatti, nonostante i prezzi stiano gradualmente calando, ciò non è ancora sufficiente per superare la barriera economica che frena molti acquirenti.
I costi per i consumatori non si limitano all’acquisto del mezzo, ma riguardano anche vari componenti che necessitano di periodica sostituzione, come ad esempio il pacco batteria.
È tuttavia doveroso sottolineare che la sua durata utile stimata si aggira intorno ai 8/10 anni (o 160 mila/320 mila chilometri), il che in qualche modo ammortizza la spesa complessiva nel tempo.
Produzione e smaltimento delle batterie
La produzione e lo smaltimento delle batterie agli ioni di litio possono avere impatti ambientali significativi. Questi includono l’estrazione di materiali, spesso associata a condizioni di lavoro precarie e la necessità di gestire le batterie esauste in modo sicuro ed ecocompatibile. Proprio per questo motivo è necessario allungare il più possibile la vita utile di una batteria.
A tal proposito, è necessario introdurre il concetto di generazione distribuita, che si riferisce alla produzione di energia elettrica in punti vicini al luogo in cui poi verrà impiegata.
Questo sistema permette di ridurre i costi e ha un minor impatto ambientale rispetto alla tradizionale generazione centralizzata. Inoltre, questo approccio facilita di molto l’integrazione di fonti di energia rinnovabile come piccoli parchi eolici e fotovoltaici.
Come precedentemente accennato, se alla transizione alla mobilità sostenibile si accompagnasse il passaggio alla generazione distribuita, si potrebbe implementare una soluzione di continuità per le batterie provenienti dalle automobili elettriche.
I pacchi esausti per un utilizzo in mobilità, cioè con una capacità residua nettamente inferiore a quella iniziale (in cui la densità energetica è di primaria importanza), verrebbero impiegati come sistema di accumulo stazionario.
Si tratta di una tecnologia che permette di immagazzinare e conservare l’energia in eccesso come riserva. Così facendo si otterrebbe il doppio vantaggio di non spedire direttamente in riciclaggio (o peggio in discarica) dei pacchi batteria ancora utilizzabili e allo stesso tempo non verrebbero prodotte batterie ex novo per questo impiego.
Per approfondire meglio questo concetto, si segnala il servizio delle Iene dedicato.
Peso e dimensioni delle batterie
Le batterie agli ioni di litio rappresentano una parte significativa del peso totale dell’automobile, influendo sulla maneggevolezza e sul consumo energetico. Ad esempio, per Tesla Model 3, il pacco batteria influisce per il 27% del peso totale.
La correlazione tra incremento della capacità della batteria (con conseguente aumento del peso di questa) e allungamento dell’autonomia non è diretta, in quanto aumenta anche lo sforzo necessario a muovere l’automobile. Trovare nuove tecnologie che permettano di ridurre il pacco batteria è assolutamente uno dei principali obiettivi.
Dimensionamento della rete elettrica
Un aspetto che spesso passa in secondo piano, proprio perché più tecnico, è il dimensionamento della attuale rete elettrica. Il dimensionamento di una rete è il processo di progettazione e selezione delle componenti in modo che possa soddisfare i requisiti di carico e garantire un funzionamento sicuro ed efficiente in condizioni normali.
Ad oggi, il sistema elettrico italiano è perfettamente in grado di fornire l’ordinaria potenza richiesta (calcolata in anticipo dagli ingegneri di Terna, l’azienda monopolista della rete elettrica italiana), e anche di permettere (brevi) assorbimenti aggiuntivi derivanti da situazioni non prevedibili, ad esempio condizioni meteorologiche estreme, come ondate di calore che spingono molti utenti ad accendere l’aria condizionata, oppure emergenze che richiedono l’utilizzo di pesanti macchinari.
Come precedentemente citato, gli ingegneri di Terna attraverso archivi storici e strumenti statistici sono in grado di prevedere in modo preciso l’andamento della richiesta di potenza giornaliera.
Come si evince dal grafico, la richiesta di potenza è elevata durante il giorno, mentre è al minino di notte. Con la prospettiva di un massiccio passaggio alla mobilità elettrica ci si aspetta:
- Una maggiore richiesta di potenza nella fascia oraria compresa tra le 18 e le 20, come si evince dai dati storici Terna. Si tratta del momento della giornata che coincide con il rincasare di una importante fetta di popolazione. In caso di un maggiorato parco automobilistico elettrico questo comporterebbe che molti utenti metterebbero subito a ricaricare la propria automobile, come riportato nella pubblicazione Motus-E (pagina 17) dedicata all’integrazione dei veicoli elettrici con l’attuale rete elettrica. Ciò costituisce un problema, perché proprio in quella fascia oraria la richiesta di potenza è già praticamente al massimo e quindi la gestione di un ulteriore carico per la rete diventerebbe un aspetto di centrale importanza a cui trovare una soluzione.
- Un’inedita richiesta di potenza in orario notturno, quando la rete è sempre stata meno sotto stress. Con l’attuale generazione mista (rinnovabile e fossile, principalmente gas naturale), questa energia potrebbe essere fornita senza problemi, in quanto la produzione da centrali a gas (la principale fonte di generazione in Italia) è facile da modulare. Diventerebbe un problema in caso di estesa penetrazione di rinnovabili. Il termine comunemente utilizzato per una generazione completamente rinnovabile è WWS (Wind-Water-Solar). Data la natura difficilmente predicibile delle fonti rinnovabili, un sistema ben progettato è completato da sistemi di accumulo energetico (batterie, bacini idrici, stoccaggio di idrogeno) in grado di intervenire in caso di riduzione di produzione. Per esempio, di notte il fotovoltaico non è in grado di produrre energia, di conseguenza bisogna far affidamento su eolico, idroelettrico e sistemi di accumulo.
Oggi, i progetti di espansione, adeguamento e integrazione di rinnovabili dovranno essere sufficientemente lungimiranti da garantire il corretto funzionamento della rete elettrica del futuro.
La ricarica senza fili
Il mercato del trasporto pubblico elettrico propone soluzioni efficienti e variegate, dalle quali si può prendere spunto per rendere più facile la transizione alla mobilità elettrica individuale e in particolare, alla opportunity charging, ovvero una rete di ricarica distribuita.
Una possibile strada che la mobilità elettrica potrà intraprendere non passerà per l’ampliamento del pacco batterie (che, come abbiamo già visto, porta costi, peso e problemi di smaltimento), ma attraverso la realizzazione di una rete di stazioni per la ricarica delle vetture. Questo cambiamento di prospettiva sta assumendo un ruolo centrale nel dibattito accademico, si citano i lavori di Striani et al., Cirimele et al. e Unterluggauer et al..
Si dovrà pensare all’automobile elettrica come a un computer portatile, dotata di una batteria che permetta i movimenti tra una stazione di ricarica e la successiva, sfruttando gli intervalli di inutilizzo per ripristinare un po’ della carica impiegata.
A questo scopo, la tecnologia di trasferimento di energia senza fili statica (Static Wireless Power Transfer) avrà un ruolo fondamentale nell’agevolarne l’utilizzabilità. Questa soluzione è già ampiamente impiegata nella ricarica di dispositivi elettronici e, rispetto alla ricarica cablata, offre importanti vantaggi:
- Non necessita dell’azione di collegamento e scollegamento. Basta posizionare l’automobile sopra il trasmettitore per iniziare la ricarica.
- Non comporta usura meccanica dei connettori.
- Imposti degli standard, le stazioni di ricarica e i ricevitori sulle automobili potranno essere perfettamente compatibili in tutto il mondo (come la USB-C).
- La ricarica wireless può essere integrata sotto la pavimentazione, rendendo gli ambienti più funzionali.
Purtroppo, la Static Wireless Power Transfer presenta anche degli svantaggi:
- Efficienza leggermente inferiore a parità di potenza, con conseguenti tempi di ricarica più lunghi.
- Ulteriore perdita di efficienza in caso di disallineamento dell’automobile con il trasmettitore.
Una rosea prospettiva
Prendendo spunto dal già citato report dedicato all’integrazione dei veicoli elettrici alla rete elettrica italiana, pubblicato da Motus-E, che considera un’ampia varietà di scenari per mitigare l’impatto della ricarica sul sistema elettrico, si porrà attenzione agli ambiti di ricarica: “Ricarica in ambito residenziale”, “Ricarica al lavoro” e “Ricarica commercio e GDO”.
Facendo un viaggio nel futuro di circa dieci anni e ipotizzando la riuscita realizzazione di una rete di ricarica distribuita in grado di soddisfare la richiesta della maggior parte degli automobilisti, si può immaginare una nuova quotidianità. Data un’automobile elettrica con un’autonomia effettiva di 400 chilometri, connettori standardizzati e un sistema di abbonamento per avere accesso a tutta la rete di ricarica, una possibile routine segnata dagli orari e dai limiti dell’elettrico potrebbe essere la seguente.
Il primo scenario (“residenziale”) presuppone di partire la mattina con l’automobile a piena autonomia, in quanto lasciata in carica (a bassa potenza, dal report 3-6 kW) tutta la notte, quindi almeno per otto ore, in garage o collegata a una colonnina condominiale.
Ci si reca a svolgere le mansioni mattutine e poi al lavoro, supponendo tutto nell’arco di 200 chilometri; di conseguenza, alle 9 del mattino ci si ritrova a metà della autonomia.
Dopodiché, come previsto dallo scenario “ricarica al lavoro”, sono presenti stazioni di ricarica cablate (o senza fili) a media potenza (da report 7-22 kW, quindi più alte rispetto allo scenario “residenziale”) per praticamente tutti i dipendenti sul posto di lavoro.
Preferibilmente, le diverse stazioni non alimentano simultaneamente, ma sono divise in due fasce per non gravare troppo sulla rete. Si considera una alimentazione di almeno quattro ore, quindi di riportare la carica al 90%.
Usciti da lavoro, ci si reca in un terzo luogo (supermercato, palestra, ecc.) considerato dallo scenario “commerciali e GDO”, dove si suppone la disponibilità di un numero minore di stazioni di ricarica (dal report di alta potenza, superiori ai 22 kW). Nel caso in cui ci sia, però, un posto libero, si può ulteriormente caricare l’automobile.
Infine, si torna a casa con un’autonomia di sicuro superiore al 50%. In caso l’automobile servisse per la sera si può effettuare una carica ad elevata potenza per una o due ore, altrimenti si inizia il ciclo di carica notturna a bassa potenza (tornando quindi nuovamente allo scenario “residenziale” descritto sopra).
Quindi, cosa dobbiamo aspettarci dal futuro?
In conclusione, sebbene immaginare una completa transizione alla mobilità elettrica non sia irrealistico, è importante riconoscere che attualmente la tecnologia non è ancora pronta per essere ampiamente impiegata, in quanto è ancora necessario un importante lavoro di potenziamento della rete elettrica.
Ad ogni modo, il passaggio alla mobilità elettrica avverrà, è quindi di vitale importanza far evolvere la rete di conseguenza, con attenzione alle necessità del futuro.
Ribadendo ciò che è riportato nell’articolo, puntare sull’incremento della capacità delle batterie non è la soluzione migliore, in quanto comporta svantaggi sia economici che ambientali.
Per la mobilità del futuro è di maggiore interesse investire su una rete di ricarica distribuita, così da mitigare l’impatto di assorbimento energetico dei veicoli sul sistema elettrico, distribuendo la ricarica sulle 24 ore al posto di concentrarla in poche ore.
La costruzione della rete di ricarica distribuita avrà bisogno anche di un impegno delle istituzioni e delle aziende. Ad esempio, per l’armonizzazione dei connettori è fondamentale fornire la certezza di accesso alle colonnine a qualunque utente, non creando il problema di incompatibilità tra stazione e veicolo.
Come riportato in un articolo di Enel X, ad oggi esistono diversi standard, la cui adozione dipende sostanzialmente dalla nazionalità dell’azienda produttrice del veicolo. È infine consigliabile agevolare il trasferimento di energia senza fili, così da facilitare l’utilizzo per l’utente.
Gianluca Gentile
(In copertina, foto di Lee Rosario da Pixabay)
