La diffusione dei veicoli elettrici : i numeri

Annunciata da almeno un decennio , la rivoluzione dei veicoli elettrici a batteria ( Battery Electric Vehicle, BEV ) , sembra essere davvero alle porte. Per quanto riguarda le auto , le statistiche degli ultimi anni a livello mondiale indicano parlano chiaro : +70% nel 2018 rispetto al 2017 , +40% nel 2019 sul 2018 , con la Cina principale mercato mondiale dove le auto elettriche nel 2018 sono raddoppiate rispetto al 2017 , con 1,5 milioni di auto elettriche in circolazione nel paese .

Ancora più alta è la penetrazione nel mercato che riguarda il traffico cittadino : la diffusione di mezzi pubblici a trazione elettrica è tra gli obiettivi di quasi tutte le metropoli occidentali , mentre i cosiddetti veicoli elettrici da ultimo miglio come bici elettriche ( dette anche e-bike ) o a pedalata assistita , gli scooter elettrici , le bighe elettriche ( note anche come segway dal nome del primo produttore che le ha immesse nel mercato ) , gli overboard , i monopattini elettrici , gli e-pitbike e i quad elettrici sono ormai parte integrante della nostra esperienza quotidiana nelle grandi città e non solo.

Inevitabile che questo rapido incremento dei mezzi a batteria richiederà un consistente aumento nella fornitura e distribuzione di energia elettrica : oggetto di questo articolo sono due :

- analizzare quanto gli effetti sull'ambiente dei veicoli elettrici dipendano dalle fonti di energia utilizzata per produrre l'energia necessaria alla ricarica delle batterie
- quale impatto può avere questo incremento sulla produzione ( quanto e come ) e distribuzione dell'energia elettrica , soprattutto in Italia .

I rendimenti e le energie in gioco : è davvero conveniente per l'ambiente l'auto elettrica ?

La prima domanda che un neofita potrebbe porsi è se l'auto elettrica , e i veicoli elettrici in generale , comportino davvero convenienze per l'ambiente rispetto ai veicoli tradizionali a combustione .

Nel veicolo a combustione vi è infatti conversione di energia chimica in energia termica ed infine in energia meccanica per svolgere un lavoro , con produzione di un determinato quantitativo di CO2 ed altri agenti inquinanti , immediatamente visibili dallo stesso utilizzatore finale.

Nel veicolo elettrico , dal lato dell'utilizzatore , vi è conversione di energia elettrica in energia meccanica senza emissione locale di anidride carbonica , polveri sottili ed altri agenti inquinanti , ma è naturale chiedersi :

1) come viene prodotta questa energia elettrica : da combustibili fossili , da energia nucleare , da fonti rinnovabili ? La risposta varia ovviamente da nazione a nazione e nelle righe che seguono analizzeremo il caso italiano ;
2) quanta di questa energia è necessario produrre a parità di lavoro meccanico svolto per effettuare lo stesso spostamento in termini di spazio ( km ) .
3) quanta energia non rinnovabile è necessario utilizzare per le attività non legate alla sola percorrenza chilometrica : per i mezzi tradizionali possiamo considerare ad esempio i costi in termini economici ed ambientali per l'estrazione , la raffinazione e il trasporto dei carburanti , per i veicoli elettrici una questione molto importante sono i costi ambientali di produzione e smaltimento delle batterie .

Lasceremo la terza questione come uno spunto di riflessione per far capire che un'analisi costi/benefici davvero completa è molto più complessa di quanto la si voglia far sembrare. Trattarla ci porterebbe molto fuori dall'oggetto di questa trattazione , suggeriamo questo link per approfondire .

Proviamo a rispondere invece alle prime due domande , individuando 4 diverse possibili situazioni :

A) l'energia elettrica è prodotta localmente da fonti rinnovabili . E' il caso in cui il cliente con il veicolo elettrico possa accedere , presso la propria abitazione o altri punti di ricarica , a colonnine di ricarica con energia prodotta sul posto da fotovoltaico , eolico o altre fonti rinnovabili . Questa situazione è quella ideale per l'ambiente , perché sono praticamente nulle sia le emissioni di CO2 ed inquinanti che le perdite per il trasporto dell'energia. Le uniche perdite si hanno nel sistema di ricarica delle batterie ( rendimento circa l'80% ) e nella trasformazione dell'energia elettrica in energia meccanica dovuta al motore elettrico , ma va specificato che i motori elettrici hanno rendimenti molto elevati se paragonati ai motori termici  ( superiori all'80% con valori tipici intorno al 90-95% ) .

Una parentesi riguardo le perdite alla colonnina di ricarica è doverosa : l'energia persa è dovuta in questo caso alla dissipazione termica per effetto Joule sui componenti . L'effetto Joule sui cavi elettrici e sugli altri componenti della stazione di ricarica è tanto più alto quanto più è alta la corrente e tanto più basso quanto più sono sovradimensionate le sezioni e le portate. A meno di sovradimensionare i componenti della stazione di ricarica , pertanto , l'esigenza di ridurre le perdite è in contrasto con l'esigenza di ridurre i tempi di ricarica.

B) l'energia elettrica è prodotta da fonti rinnovabili in punti remoti rispetto al punto di ricarica , ovvero presso centrali elettriche ( idroelettiche , ecc ) o impianti di generazione ( fotovoltaico , eolico , ecc ) . Questo caso è meno ideale del precedente , ma sempre molto conveniente per l'ambiente : oltre alle perdite del motore ci sono le perdite sulla rete di distribuzione , ma la produzione di CO2 , inquinanti e altri svantaggi per l'ambiente resta comunque nulla.

C) l'energia elettrica è prodotta da energia nucleare ( che ovviamente non può che essere "remota" rispetto al punto di ricarica , a meno di non avere una centrale nucleare in casa ! ) . Abbiamo evidenziato la casistica dell'energia nucleare in un caso a parte perché :

- non si tratta di un'energia fossile , seppure non sia a zero emissioni di CO2 considerando l'intero ciclo di vita dell'impianto di produzione ( ma in questo senso non lo sono neanche gli impianti fotovoltaici ed eolici ) ;
- pur avendo un impatto relativamente basso di CO2 e gas serra , implica comunque una serie di svantaggi dal punto di vista ambientale in caso di incidenti alla centrale stessa , nello smaltimento dei rifiuti e al termine del ciclo di vita della centrale , che sono ampiamente dibattuti e che in Italia hanno portato all'abbandono di questa fonte di energia ;
- proprio per la rinuncia italiana al nucleare , la quota di energia elettrica prodotta da nucleare comporta ancora maggiori perdite nel sistema di distribuzione dovute alla sua importazione dall'estero.

Andrebbero confrontati :

- da una parte il rendimento totale del sistema centrale elettrica - rete di distribuzione - motore elettrico e quindi , per percorrere ipotizziamo 1km , quanto combustibile sarebbe necessario e quanti gas serra emette ;
- dall'altra parte il rendimento del solo motore del veicolo tradizionale e le sue emissioni di CO2 per percorrere lo stesso km.

Se prendiamo valori tipici e facciamo confronti considerando le tante casistiche di auto a combustione ( auto diesel ? benzina ? gas ? Euro 4 ? Euro 5 ? Euro 6 ? ) e di centrali elettriche ( una centrale a carbone inquina molto di più di una centrale a gas ) , ci rendiamo conto che quando l'energia che alimenta il veicolo BEV proviene da fonti fossili la convenienza dell'auto elettrica non è così scontata ed entrano in gioco mille sfaccettature : età del parco auto ( sia tradizionale che elettrico ) , tipologia di centrale , qualità del sistema di distribuzione.

Se consideriamo ad esempio un caso più favorevole per le auto tradizionali , ovvero considerando un moderno motore a combustione che può raggiungere anche un rendimento del 40% , e lo confrontiamo con il caso più sfavorevole per un'auto elettrica , ipotizzando un rendimento del motore elettrico pari al 90% , l'80% per il sistema di ricarica delle batterie , produzione dell'energia da centrale a carbone ( la centrale a carbone italiana con maggior rendimento ha il 46% ) con il 6.5% di perdite nella distribuzione elettrica siamo ad un rendimento complessivo del sistema centrale-auto elettrica intorno al 30% . 

Se consideriamo invece un caso più favorevole alle auto elettriche , con motore a benzina di rendimento tipico 28% , per l'auto elettrica stessi valori del caso precedente ma ma con energia prodotta da centrale termoelettrica a ciclo combinato gas-vapore ( che può raggiungere un rendimento anche del 60% ) , il sistema centrale-distribuzione-ricarica-motore elettrico avrebbe un rendimento complessivo intorno al 40% , decisamente più favorevole rispetto all'auto a benzina.

Questo per limitarsi alla sola efficienza energetica e senza prendere in considerazione anche le emissioni inquinanti. Inutile dire che tra questi due casi limite vi sono infiniti casi intermedi , che impongono di considerare tantissime variabili e rendono ancora più importante prendere in considerazione il mix energetico della produzione di energia elettrica.

Il mix energetico : da dove proviene l'energia elettrica consumata in Italia

Da quanto detto nel paragrafo precedente, appare chiaro che quanto più l'energia elettrica viene prodotta da fonti non fossili e tanto più possiamo avere la certezza che il ricorso ad auto elettriche sia conveniente per l'ambiente. 

Nel 2017 il mix energetico italiano , secondo il GSE , era così composto :

- Fonti rinnovabili 36,60%
- Carbone 13,75%
- Gas 42,34%
- Petrolio 0,75%
- Nucleare 3,68%
- Altre fonti 2,88%

Idealmente questo mix dovrebbe tendere sempre più verso le fonti rinnovabili , ma questo non è sempre scontato : sempre la stessa fonte ufficiale riporta che nel 2016 , invece , la percentuale di energia elettrica italiana da fonti rinnovabili era al 38.85% ed è quindi diminuita nel tempo.

Questo perché le percentuali dipendono anche dal fabbisogno complessivo e , in quest'ottica , diventa fondamentale anche il nostro ultimo tentativo di analisi : che impatto avrebbe un massiccio sviluppo delle vendite dei veicoli elettrici a batteria sulla fornitura e la distribuzione dell'energia elettrica in Italia ?