Ho letto i vostri commenti, e dico la mia su alcuni.
Rendimento massimoIl rendimento di un motore elettrico è dato da questa formula: ηel=Pmeccanica/Pelettrica=(C∙ω)/(V∙I)
Quindi dal rapporto tra la potenza meccanica uscente all’albero motore (Pmeccanica= C∙ω; con C=coppia e ω=velocità di rotazione albero motore) e la potenza elettrica in ingresso (Pelettrica=V∙I con V=tensione e I=corrente). Non è raro trovare motori elettrici con rendimenti del 95%, cioè estremamente efficienti. Questo perchè si perde efficienza solo per attrici o demoltipliche. Quello che noi vendiamo in F1 ha un’efficienza del 97%.
Invece il rendimento di un motore a combustione interna è: ηcomb=Pmeccanica/Pcombustibile=(C∙ω)/(m ̇f∙PCI)
Ovvero dal rapporto tra potenza meccanica uscente all’albero motore (Pmeccanica come sopra) e la potenza idealmente fornita dal combustibile (Pcombustibile=m ̇f∙PCI con m ̇f=massa di combustibile bruciata e PCI=potere calorifico inferiore). I motori a combustione difficilmente superano un rendimento del 35%, ciò significa che solo il 35% dell’energia estratta dalla combustione di una determinata quantità di combustibile è fisicamente estratta dalla rotazione dell’albero motore, la restante energia viene
persa per attriti e per calore... Di più non si può fare!
Detto questo potremmo dire che il motore elettrico ha vinto. Ma non è così, almeno per ora.
Normative - CO2In realtà i motivi per i quali la mobilità si sta elettrificando sono altri. Ed essenzialmente sono le normative spinte dall’opinione pubblica. I governi di gran parte dei paesi del mondo hanno emanato delle leggi sempre più stringenti per limitare le emissioni inquinanti che la combustione libera nell’aria e la produzione di CO2 che aumenta l’effetto serra e quindi il riscaldamento globale. Qui vediamo la riduzione del CO2.
Limitando le emissioni di CO2 e quindi riducendo la produzione di un gas che determina l’effetto serra, si limitano anche i consumi di carburante. Il CO2 è infatti il risultato della combustione, meno ne emetti, meno consumi. In questo grafico si vede come a partire dal 2000 tutti i paesi del mondo tendano a imporre delle normative che riducono i limiti di CO2 emessi dalle auto. Partendo dagli oltre 220 g di CO2 prodotti a chilometro, tutti i paesi stanno convergendo a meno di 100 g. L’Europa in questo è la più “ambiziosa”. In sostanza, facendo un medione,
nell’arco di 20-25 anni le vetture hanno/avranno sostanzialmente dimezzato i consumi di carburante. La direzione verso cui stiamo andando, e che include l’elettrificazione, è corretta.
Sarà un mondo elettrico?Teniamo in considerazione che neanche nel 2050 le auto elettriche sostituiranno completamente quelle a combustione nel mondo. Ci saranno sempre paesi che non adotteranno normative severe, o non lo troveranno “conveniente/utile/necessario”. Oppure segmenti di mercato non profittevoli se elettrificati. E’ difficile fare previsioni precise, ma è ragionevole pensarlo. Queste sotto sono le vendite nei principali paesi del mondo dal 2020 al 2050 e la previsione è di IHS di giugno 2019.
Quindi i motori a combustione conviveranno con quelli elettrici ancora per decenni. L’elettrificazione è comparsa significativamente a metà degli anni 90 con le auto ibride (essenzialmente Toyota). Non perché qualcuno le ha volute imporre, ma solo perché un semplice motore elettrico consente di recuperare energia in frenata, che altrimenti verrebbe dispersa e ridarla in accelerazione. Questo a sua volta consente di usare motori a scoppio meno energivori, ma grazie all’elettrificazione di avere comunque buone prestazioni. Questa scelta tecnologica permette anche a grosse berline, di rispettare le emissioni EU6 ad esempio.
Normative - EmissioniDal 1992 in Europa le emissioni inquinanti dei veicoli sono state sensibilmente ridotte, questo è innegabile, e non si può altro che ringraziare:
Anche il mercato moto, almeno nei paesi più sviluppati, ne ha beneficiato di questa tendenza. Per ora l’elettrificazione non è stata necessaria nelle moto, però è possibile che in futuro almeno l’ibridizzazione si affacci. Questa cosa non la vedo affatto negativa
Il motore elettrico che viene usato in F1 pesa 2,5 kg e sviluppa 120 kw … è vero che solo per pochi secondi, ma se ci pensate, per quanto tempo richiediamo al motore la massima potenza? Pochi secondi. Alla fine usando una batteria al litio grande quanto quella attuale, potremmo recuperare energia in frenata e riaverla quando ci serve con gli interessi. Non dovremmo aver bisogno di motori a combustione enormi, per una maxi forse basterebbe un 800 cc da 100 cv a combustione e un piccolo motore elettrico per avere prestazioni da 1300 cc. con vantaggi di peso e consumo.
Il mercato moto è un mercato di appassionati, il ritardo dell’elettrificazione è evidente perché le normative sono meno stringenti, e in ritardo, e più facili da rispettare. Ma prima o poi almeno l’ibrido penso arriverà.
Batteriele batterie al piombo (lean acid), sono state inventate a metà del 1800, e commercializzate verso la fine dello stesso secolo. Non hanno subito particolari innovazioni perché non c’era l’interesse. Quelle al Nichel (Ni-MH) sono state commercializzate nel 1996 da una Joint Venture con partecipazione Toyota … da allora i progressi sono stati notevoli. Nel 1998 sono arrivate quelle al Litio (Li-ion) e negli anni successivi diverse varianti. Vari costruttori di batterie stanno studiando quelle con elettrolita allo stato solido e come vedete
la densità di energia raddoppierà ancora nel giro di pochi anni (sembra fra 3-5 anni).
Con le batterie allo stato solido, comprare un veicolo diesel da 75kw costerà come un veicolo elettrico di pari potenza (fonte Bosch). La densità di energia è ancora lontanissima rispetto a quella dei carburanti fossili. Infatti la densità di energia delle benzina è tra i 12.600 - 13.200 Wh/kg, però considerando che il motore elettrico è leggero, si può riempire il pianale di batterie ed avere una autonomia reale di 500-600 km senza aumentare esageratamente il peso complessivo dell’auto. E guarda il ciclo di vita di un pacco batterie solid state: 10.000 ricariche, quindi se fai 500 km con un pieno, un pacco batterie solid state ti dura 5 milioni di chilometri … butti via prima la macchina!
Sembra che il
pareggio tra densità di energia tra la benzina e le batterie si potrà raggiungere con le
batterie metallo-aria e più precisamente Litio-aria. Le studiano da anni, ma lo sviluppo è ancora più indietro di quelle allo stato solido. Ma arriveranno.
Questo vorrà dire che al posto dei 15-20 kg di carburante, si metteranno 15-20 kg di batterie, e si potranno fare con una moto elettrica ancora più chilometri di una a benzina, visto il rendimento del motore elettrico. E le moto peseranno di meno e con prestazioni migliori: più coppia, niente cambio, minori o nulli problemi di dispersione del calore, minimi problemi di manutenzione.
Colonnine di ricaricaL’infrastruttura oggi è più che sufficiente per il numero di auto elettriche che ci sono, ma ovviamente con distribuzione non capillare. Ma nel futuro il numero di colonnine sarà elevatissima, anche perché anche i nostri garage possono distribuire energia, i parcheggi … oggi già molti supermercati hanno alcune stazioni di ricarica. Non servono particolari permessi, e un cavo di corrente è sostanzialmente presente ovunque. Oggi da casa mia ho 2 colonnine di ricariche ad una distanza inferiore che la prima stazione di carburante. Queste sono le previsioni, praticamente
in 5 anni il numero delle stazioni di ricarica aumenterà di 10 volte.
I tempi di ricarica sono ancora lunghi, 30 minuti è il meglio che si può fare, però anche questi miglioreranno. E se anche rimanessero così (ma non lo credo), se tra 10 anni si riusciranno a fare 600 km con un pieno, fermarsi per 30 minuti, mangiare un panino e ripartire, sarà un tempo ragionevole e che anche adesso accettiamo.
Inquinamento nel ciclo vitaSembra incredibile, ma
una auto elettrica inquina di più che una a combustione. Non bisogna pensare solo a quando si utilizza un veicolo elettrico, ma anche a quando lo si produce, lo si ricarica di energia e lo si dismette. Se consideriamo una vita utile media di 180 000 km, le emission di CO2 per il ciclo vita di un veicolo elettrico (Battery Energy Vehicle – BEV) e di uno a combustione (Internal Combustion Engine Vehicle - ICEV) sono le seguenti:
E’ evidente che gran parte delle emissioni di gas serra (GHG) avvengono per la produzione e la ricarica delle batterie. Considerando l’intero ciclo di vita le auto elettriche emettono più CO2
Ma non ci sono solo i gas serra, dobbiamo considerare anche l’acidificazione terrestre, la produzione di particolato, la tossicità chimica per l’uomo, tossicità per l’acqua, per la terra o la eccessiva generazione di flora marina che rompe l’equilibrio marino per effetto di eccessi di sostanze chimiche.
Anche in questo caso, le auto elettriche risultano quasi sempre più inquinanti nell’intero ciclo vita.
I motivi sono sostanzialmente 2:
1)
Produciamo gran parte dell’energia elettrica da combustibili fossili. Questa sotto è la situazione in Europa, ma ci sono paesi, tipo la Cina, che producono energia prevalentemente dal carbone. Dobbiamo spostare il baricentro sul rinnovabile, in particolare vento e solare. Altrimenti continueremmo a produrre energia “sporca” e non faremmo altro che spostare il problema dall’auto alla produzione di energia.
2)
Dobbiamo ancora imparare a produrre le batterie col minor impatto ambientale possibile. E per far questo abbiamo bisogno di imparare a farlo. Ci vuole tempo. Ma almeno sappiamo quale è la direzione.
... in moto è un avventura!