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L’efficienza energetica dei veicoli completamente elettrici

L’efficienza energetica dei veicoli completamente elettrici

Le evidenze maggiori sui veicoli elettrici sottolineano i loro benefici ecologici, sulle emissioni zero, almeno nel luogo dove vengono utilizzati, con grandi vantaggi, sin da subito, per il miglioramento della qualità della vita nelle città.

I centri cittadini sono il luogo perfetto per la circolazione di mezzi elettrici, soprattutto se di piccole dimensioni, utilizzati anche per la logistica dell’ultimo miglio e per la raccolta dei rifiuti.

Più qualità della vita: zero emissioni e silenzio nei centri abitati

Va sottolineato che un veicolo completamente elettrico (BEV) non emette gas di scarico, dove circola, ma è anche decisamente silenzioso, quindi molto adatto per la città, senza causare un pesante impatto ambientale, provocato dal rumore, che è responsabile di gravi patologie dell’uomo. I camion ed i furgoni elettrici sono considerati il futuro per la raccolta dei rifiuti e per le consegne commerciali dell’ultimo miglio, che avvengono spesso in orari notturni, in cui la maggior parte dei cittadini si riposa e richiede la miglior quiete possibile.

Emissioni indirette dei veicoli elettrici legate alla produzione di energia

Abbiamo già scritto come le fonti energetiche rinnovabili, anche in Italia, sopperiscono sempre più alla domanda energetica, anche con nuove tecnologie, quindi non solo con l’energia idroelettrica, da sempre fonte importantissima in Italia. L’accumulo con batterie permette di bilanciare i periodi di picco di produzione delle energie rinnovabili e sostenibili, rispetto alla loro produzione, spesso dipendente direttamente dalle condizioni naturali. L’energia fotovoltaica e quella eolica dovranno sempre più accompagnare lo sviluppo della mobilità elettrica, che diventerà, quindi, veramente ad emissioni zero. Per quanto riguarda l’energia fotovoltaica si può parlare, già oggi, di produzione a km 0 e di autoconsumo, visto che un impianto sulla copertura può ricaricare l’auto elettrica nell’autorimessa o nel cortile di casa o del luogo di lavoro.

Riduzione delle emissioni indirette grazie all’efficienza dei mezzi elettrici

Quando si ricaricano le batterie di un’auto elettrica si contribuisce, ancora, seppur indirettamente, alle emissioni di CO2 e di altri gas inquinanti, nocivi, emessi dalle centrali termoelettriche, che utilizzano carburanti fossili per la produzione di elettricità.

La produzione di energia termoelettrica, in Italia è il 53%, circa, del totale e deriva soprattutto dall’efficiente combustione di gas naturale, che avviene in moderne e flessibili centrali elettriche. Poi, l’energia elettrica viene trasportata per mezzo dell’efficiente rete distributiva fino alla presa di ricarica dei mezzi BEV, con un’efficienza stimata di circa il 95%. L’elettrificazione beneficia di un importante fatto: nel veicolo elettrico ogni unità di energia, ogni Watt che riceve dall’infrastruttura di ricarica viene utilizzato in modo estremamente efficiente:

• Il sistema di ricarica delle batterie ha un’efficienza stimata di circa il 95%.
• Le batterie una volta caricate è stimato che abbiano circa il 95% di energia rilasciata, utile, rispetto a quella ricevuta per la ricarica.
• Il sistema di conversione e di controllo, il cosiddetto apparato DC / AC, della corrente elettrica continua, proveniente dalla batteria, trasformata in corrente alternata, utile al suo uso nei motori elettrici per la trazione, ha un’efficienza stimata del 95%.
• i motori elettrici, infine, trasformano il 95% dell’energia elettrica assorbita, in energia meccanica, per la trazione del veicolo, alla ruota.

Si può quindi stimare che un veicolo BEV converte ben l’82%, circa, dell’energia elettrica ricevuta dalla spina della corrente, in energia meccanica, per la trazione. Questa è la cosiddetta analisi “tank to wheel”, dal serbatoio alla ruota.

I veicoli a combustione interna, diesel, benzina, gas, con la stessa metodologia di calcolo comparativo “tank to wheel”, si stima che abbiano perdite, soprattutto termiche, di circa il 70%, quindi solo il 30% dell’energia presente e disponibile nel carburante, viene utilizzata effettivamente per la trazione del mezzo endotermico.

Si può quindi facilmente affermare che un veicolo elettrico utilizza molto meglio l’energia che riceve per muoversi, inquinando quindi molto meno rispetto ai mezzi tradizionali, a motore ICE, anche se la fonte energetica dei BEV fosse solo quella termoelettrica, cioè a gas.

Parliamo ora della distribuzione dei carburanti e dell’energia elettrica, ammesso che si utilizzi lo stesso carburante per produrre energia elettrica o per far funzionare un motore a scoppio di una vettura, la perdita per il trasporto, la trasformazione e la distribuzione dell’energia elettrica è stimabile in un solo 5% di perdite. Se invece pensiamo di trasportare la stessa quantità di carburante fino alla pompa ci saranno perdite stimabili del 66%, quindi un’efficienza dello stesso combustibile di solo il 44% che fa crollare ad un misero, stimato, 13% di energia utile alla ruota partendo dalla stessa fonte. Queste sono le cosiddette analisi “Well-to-Wheels”, dal giacimento alla ruota, che mettono in luce come la mobilità elettrica sia da considerare ecologica, favorevole per l’ambiente anche per l’uso molto più efficiente dell’energia disponibile, anche se l’elettricità fosse tutta prodotta da fonti fossili.

Va detto in modo trasparente che i veicoli elettrici richiedono energia e materie prime per la produzione delle batterie che comunque possono essere già oggi smembrate, riutilizzate in applicazioni meno gravose di quelle sui BEV.

Nuove opportunità per l’industria dei componenti automotive

Il thermal management, il riscaldamento, la climatizzazione sia dell’abitacolo ma anche delle batterie, che devono sempre funzionare tra i 20 °C ed i 50 °C, possono influire molto sull’autonomia dei BEV, sull’efficienza generale del sistema veicolo. Visto che per i mezzi elettrici l’autonomia, oggi riveste un aspetto centrale e può essere considerata una debolezza, l’acquirente medio, abituato ai motori endotermici, si attende autonomie di svariate centinaia di chilometri da qualsiasi BEV in vendita.

Sui veicoli elettrici hanno fatto la comparsa, per il Thermal Management, le prime, nuove, pompe di calore (* vedi di seguito nel Glossario), tecnologia destinata al settore automotive, proprio per evitare di dissipare preziosa energia elettrica, solo per il riscaldamento delle batterie e delle persone trasportate. Negli inefficienti veicoli con motori endotermici ICE l’energia termica è abbondante ed anche sprecata per circa il 70%, quindi è facile ottenere il riscaldamento dell’abitacolo con il liquido di raffreddamento del motore diesel o benzina.

Anche questa innovativa tecnologia lascerà spazi importanti per aziende specializzate che decideranno di produrre nuovi componenti dedicati ai cosiddetti sistemi HVAC, di thermal management.

Conclusioni

Lo sviluppo e la produzione di nuovi, moderni, componenti per il funzionamento dei veicoli elettrici BEV, dedicati soprattutto alla gestione termica, rappresenta oggi una grande opportunità di crescita ed una sfida per tutta la filiera di fornitura di componenti automotive.

Le aziende fornitrici di parti automobilistiche, per molti anni, hanno goduto della bassa efficienza dei motori ICE e della facilità di rifornimento di carburante, rimanendo quindi fermi a soluzioni tradizionali, senza vere innovazioni, prive d’interesse per lo sviluppo tecnologico.

Ora è il momento per una ripresa delle attività di ricerca e sviluppo, anche attraverso laboratori e consulenti esterni, alle stesse aziende automotive, specializzate nella produzione di serie di soluzioni tecniche per applicazioni automotive.

GLOSSARIO

BEV – Battery Electric Vehicle, veicolo completamente elettrico a batteria.

ICE – Internal Combustion Engine – motore a scoppio, endotermico

DC – Direct Current, corrente continua, spesso proveniente da una batteria;

AC – Alternate Current, corrente alternata, generata da un alternatore;

Thermal Management – il sistema complesso di gestione della climatizzazione, raffreddamento, sia delle batterie ma anche dell’abitacolo dei veicoli. Nei nuovi veicoli BEV spesso si usano le efficienti pompe di calore.

HVAC – Heating Ventilation Air Conditioning – riscaldamento, ventilazione ed aria condizionata.

(*) Pompa di Calore – denominata anche termopompa è un dispositivo termico del veicolo in grado di estrarre e trasferire energia termica utilizzando la compressione di un gas. Nel campo della climatizzazione o Thermal Management dei moderni veicoli, il termine Pompa di Calore è specificamente riferito a un innovativo condizionatore d’aria con valvola reversibile, che cambia la direzione di scorrimento del fluido refrigerante e permette così, sia di apportare, sia di estrarre calore dall’abitacolo o dal pacco batterie, a seconda della temperatura richiesta dal funzionamento del sistema. Il funzionamento delle Pompe di Calore sui veicoli BEV è indipendente dal movimento del mezzo, quindi facilmente azionabile in parcheggio, come pre-riscaldamento o raffrescamento, anche da remoto, con lo smartphone, ma soprattutto per la climatizzazione automatica del pacco batterie per la ricarica, soprattutto rapida, che necessita di un intervallo termico ben preciso, tra i 20 °C ed i 50 °C. Ci sono già BEV che se impostati in modalità ricarica preparano la temperatura delle batterie, per tempo, rendendo la ricarica più efficiente e rapida.