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220px-NRELIl National Renewable Energy Laboratory ha condotto uno studio sulle opportunità e le sfide dell’approvvigionamento di energia elettrica “pulita”  nel futuro degli Usa.

Il mix delle fonti comprende il risparmio energetico, l’efficienza della rete distributiva, il nucleare, il gas naturale, il carbone a cattura e/o ridotta emissione di CO2, le varie fonti rinnovabili.

Secondo l’NREL, nel 2050 il contributo delle fonti rinnovabili alla produzione di elettricità sarà compreso tra il 30 e il 90%. Lo studio, pubblicato nel 2012 ma di fatto eseguito nel 2010, si è focalizzato sulla possibilità di realizzare un contributo dell’80% entro il 2050, discutendo i possibili ostacoli che si frapporrebbero a tale obbiettivo.

Ecco le questioni fondamentali per l’avvento dell’auto elettrica (e non semplicemente ibrida o assistita da un motore a scoppio):

  1. L’auto elettrica deve avere costi, di acquisto e di esercizio, confrontabili a quelli delle auto attuali, o il consumatore non l’acquisterà;
  2. L’auto elettrica deve fornire prestazioni simili a quelle alle quali gli automobilisti sono avvezzi;
  3. L’auto elettrica deve fornire la stessa autonomia alla quale gli automobilisti sono stati viziati, senza bruciare carburanti aggiuntivi per ottenerla;
  4. La rete di sostituzione o ricarica delle batterie deve essere diffusa. Se l’autonomia dei veicoli elettrici diminuisse rispetto a quella delle auto a combustione interna, la capillarità della rete di rifornimento dovrebbe crescere proporzionalmente, e dovrebbe diminuire il tempo di ricarica;
  5. La rete elettrica per la ricarica delle batterie deve essere a energia rinnovabile e/o poco inquinante. (Molti definiscono “pulita” l’auto elettrica, ma non fanno la semplice considerazione che, oggi, essa è alimentata da centrali elettriche inquinanti).

Purtroppo, solo la condizione (2) è per il momento verificata, mentre le altre costituiscono tutte problemi seri.

Autonomia

L’energia immagazzinata nei carburanti è notevole: la benzina è contiene 13,2 kwh per kg e 9,6 kwh per litro: un pieno di benzina ha lo stesso contenuto energetico di mille candelotti di dinamite.

Una batteria agli ioni di litio, invece, ha circa 0,01 kwh / kg e 0,1 kwh / litro (Chevrolet VOLT). La benzina ha quindi grosso modo 100 volte la densità di energia di una batteria agli ioni di litio.

Questa differenza nella densità di energia viene parzialmente mitigata dalla altissima efficienza di un motore elettrico nel convertire l’energia accumulata nella batteria per far camminare l’auto: circa il 60-80 percento del potenziale energetico viene sfruttato. L’efficienza, invece, di un motore a combustione interna nel convertire l’energia immagazzinata nella benzina per far andare la macchina è tipicamente del 15-20 per cento, ossia circa 4-5 volte inferiore.

Pertanto, con questo rapporto favorevole di circa 5 volte in termini di efficienza di conversione dell’energia, una batteria con una densità di immagazzinamento di energia che fosse pari anche solo a 1/5 di quello della benzina darebbe all’automobile la stessa autonomia del motore a benzina.

Ma, come abbiamo già visto, siamo ancora ben lontani da questo scenario: allo stato dell’arte, le batterie che renderebbero competitiva l’auto elettrica dovrebbero essere pesantissime e costosissime.

Impatto energetico

Questo è un vero peccato, perché, in termini di consumo di energia primaria (carbone, petrolio, acqua, vento, ecc), alimentare una macchina con l’elettricità è più efficiente che alimentarla con benzina.

Infatti, nonostante le centrali elettriche consegnino all’utente solo circa il 30 percento dell’energia che utilizzano alla fonte mentre le raffinerie sono efficienti nel convertire petrolio in benzina, alla fin fine, ponderando da un lato questi due processi e dall’altro l’efficienza dei motori a bordo delle auto, si può calcolare che l’automobile completamente elettrica utilizza il 60 percento in più di energia primaria, ossia ne spreca meno.

Requisiti delle batterie

La batteria è un punto cruciale, sebbene non l’unico importante, dell’auto elettrica. E i requisiti della batteria sono diversi secondo il tipo di auto.

La batteria di un’auto ibrida (HEV, Hybrid Electric Vehicle), che usa i motori elettrici solo per consumare meno benzina e/o migliorare le prestazioni, non ha bisogno di immagazzinare molta energia: deve solo essere in grado di immagazzinarla rapidamente (dal motore termico e dalle decelerazioni rigenerative). E poiché ha una gamma di carica / scarica ristretta, la sua vita può essere molto lunga.

La batteria di una ibrida ricaricabile (PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle: quelle che usano il motore a scoppio come back-up e per la estensione dell’autonomia), invece, deve avere una capacità di immaganizzazione molto maggiore e per di più, poiché effettua cariche / scariche abbastanza radicali, il suo ciclo di vita è più limitato.

La batteria di un’auto solo elettrica (BEV, Battery-only Electric Vehicle, ossia l’auto che, fatta a regola d’arte, potrebbe essere davvero pulita), deve fornire tutta l’energia per alimentare da sola la macchina, e deve utilizzare la maggior parte della gamma di carica / scarica. Questo vuol dire una batteria grande, pesante, costosa, e con un ciclo di vita limitato.

Purtroppo, i ricercatori ci dicono che la tecnologia delle pile è ancora ben lontana dal soddisfare i requisiti di una BEV accettabile dal consumatore.

Non solo, ma la ricerca sulle batterie è sotto-finanziata,perché c’è una falsa percezione da parte del pubblico e dei politici che le prestazioni delle batterie attuali siano sufficienti per l’accettazione diffusa di veicoli elettrici a batteria.

Tutti pensano che l’auto elettrica sia già una realtà, e paradossalmente questa convinzione è un ostacolo serio proprio all’avvento dell’auto elettrica.

Prospettive

Torniamo alle cinque questioni iniziali, che, come abbiamo visto, sono in realtà solo 4:

  • Costi di acquisto e di esercizio: i prezzi delle BEV non sono ancora convincenti. E’ vero che €85k per una Tesla Roadster non sono poi tantissimi, però i €37k per una Nissan Leaf, l’auto veramente interessante per il mercato generale, sono parecchi. I costi di esercizio, poi, sono ancora oscurati dalla mancanza di statistiche affidabili circa la durata delle batterie;
  • Autonomia: 150 Km di autonomia fanno della Leaf una seconda auto cittadina e niente più. La Tesla Roadster fa quasi 400 Km, ma pochi se la possono permettere;
  • Rete di sostituzione o ricarica delle batterie: Sostanzialmente assente, quasi ovunque. E in ogni caso inadeguata ai 150 Km di autonomia;
  • Rete elettrica a energia rinnovabile: Assente. (NB: questo è un altro dato cruciale. Senza una grid “pulita”, nessuna auto elettrica può esserlo).

Che fare?

Occorre dedicarsi molto più robustamente alla ricerca e sviluppo di tecnologie di batterie superiori a quelle attuali.

Occorre “lavorare ai fianchi” il consumatore per ridurre il suo livello di aspettativa dall’auto elettrica:

  • attraverso la comunicazione (per es.: le auto ibride che vincono a Le Mans confondono il pubblico e i media)
  • attraverso la disincentivazione all’utilizzo dell’auto privata

Occorre far crescere nel pubblico, a cominciare dai media e dai politici, la consapevolezza dei veri termini del problema energetico e di quello ecologico, per evitare che la società resti in balìa di slogan semplicistici, dibattendosi tra gli interessi delle lobby e l’ecologismo d’accatto.

Delle fanfaluche che circolano nella cultura italiana intorno all’auto elettrica abbiamo già detto un anno fa, e nulla è cambiato.

Per fortuna, al di là delle amenità pubblicitarie e della eccitazione pop (com’è quella di coloro che, installato un impianto fotovoltaico a spese del contribuente, credono di vendere convenientemente energia all’Enel), c’è gente seria che lavora veramente al problema ecologico costituito dalle automobili.

Pare che ancora per parecchi anni a venire tali sforzi continuino a dover essere concentrati sulle auto a combustione interna (che inquinano sempre meno, anche meno di un’elettrica, in determinate condizioni), sulle ibride e sulle ibride plug-in.

L’auto interamente elettrica, infatti, ossia quella con solo una batteria ricaricabile a bordo e senza motore a combustione “di sostegno”, è penalizzata dalla tecnologie delle batterie, oggi insufficiente e destinata a esserlo per qualche lustro.

Questo almeno è quanto emerge dagli atti del convegno “Beyond Lithium Ion V: Symposium on Scalable Energy Storage”, tenutosi al Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) in giugno, dei quali apprendo dal mensile della American Physical Society.

La chimica degli ioni di litio ha ormai dato il suo massimo o quasi. Si tratta di una tecnologia insufficiente a supportare le auto fully electric, la cui autonomia stradale è inadeguata per il consumatore americano.

Le relazioni più apprezzate sono state quelle che hanno descritto gli sforzi sperimentali in corso con chimica litio/ossigeno o litio/zolfo. Ma gli ostacoli da superare sono ancora grandi, anche a livello teorico: “Per ottenere un futuro energetico veramente sostenibile” ha detto Paul Alivisatos, direttore di LBNL, “dobbiamo comprendere bene i meccanismi fisici dei processi di conversione di energia”.

Questo significa che non dovremmo continuare a credere in un naturale e imminente passaggio all’auto elettrica.

Dovremmo semmai operare risolutamente sul terreno politico (imposizione fiscale, norme della circolazione) e culturale (messaggi pubblicitari, moral suasion), per indurre l’automobilista ad accettare un nuovo stile di guida.

Per aumentare il range delle auto a batteria, dobbiamo ridurre la potenza installata e alleggerire i veicoli.

Raccontandoci frottole rassicuranti, non combineremo nulla di buono.