La “decarbonizzazione 2050” dell’economia perseguita dalla Commissione europea con il pacchetto di riforme “Fit for 55” proprio per il 2050 è un obiettivo difficile da raggiungere. Soprattutto nel segmento automotive e non per quella questione etica e sociale insita nell’obbligare gli Europei a rottamare in anticipo i propri veicoli e le proprie macchine per passare in massa a veicoli a propulsione elettrica. I burocrati di Bruxelles stanno in effetti dimostrando di voler perseguire le proprie idee in maniera spudorata, insensibili a qualsiasi discorso di condivisione e scaricando ogni onere della transizione, finanziario e non, sugli utilizzatori finali.
In realtà le difficoltà che la transizione incontra nel settore auto sono di natura tecnica, nel senso che di soluzioni atte a dar luogo a una decarbonizzazione completa nel 2050 o anche solo parziale del settore ma sempre con l’obiettivo di raggiungere un taglio delle emissioni del 55 per cento, oggi non ne esistono.
L’elettrificazione dei sistemi powertrain, anche nella forma più estrema, il full electric alimentato mediante batterie, consente di avere emissioni zero al momento dell’utilizzo del veicolo, ma solo perché sposta il carico emissivo, senza abbatterlo e, anzi, accentuandolo. A conferma le perplessità che stanno insorgendo circa l’effettiva compatibilità ambientale delle batterie se analizzate sulla base dell’intero loro ciclo di vita e tenendo conto delle emissioni indotte dalla produzione dell’energia elettrica necessaria per le loro ricariche. Con queste ultime che molto variano in base alle modalità di utilizzo dei veicoli e anche in base alle condizioni ambientali.
Lo stesso vale ovviamente per i veicoli mossi da sistemi ibridi plug-in, con la gravante che essendo presente sia il motore endotermico sia un sistema propulsivo elettrico a batteria l’impatto emissivo è ancora più variabile.
Decarbonizzazione 2050 e motori endotermici: a che punto siamo
Non è quindi un caso se i costruttori stanno investendo sulla messa a punto di combustibili rinnovabili a basso tenore di carbonio, prodotti che potrebbero dar luogo a riduzioni incisive delle emissioni risultando anche di facile e immediata introduzione sul mercato potendo contare sulle reti di distribuzione già esistenti. Il loro utilizzo non darebbe inoltre luogo a grandi impatti sulle filiere industriali di produzione dei motori e dei componenti e quindi eviterebbe l’insorgere di contraccolpi sui tessuti economici europei e l’innescarsi di dipendenze da prodotti extra europei.
Diverse possibilità dunque per abbassare la riduzione più incisiva delle emissioni infatti permettono di essere immediatamente introdotti nel parco circolante, potendo contare su reti di distribuzione già esistenti. Oltre ad assicurare un minore impatto sulle filiere industriali di produzione di motori e componenti, escludendo contraccolpi importanti sul tessuto economico europeo e l’innescarsi di dipendenze da prodotti extra europei. Sono dunque diverse le vie che il comparto auto potrebbe percorrere per rendersi ambientalmente compatibile e proprio per capire quale potrebbe essere la più efficace European Fuel Manufacturers Association, associazione europea dei produttori di combustibili, tramite la sua divisione Concawe ha messo a punto una piattaforma digitale che permette di confrontare in maniera oggettiva le emissioni di anidride carbonica proposte dalle varie tipologie di sistemi propulsivi.
Presentata nei mesi scorsi in Italia da Unem, Unione Energie per la Mobilità, lo strumento è raggiungibile all’indirizzo web www.carsco2comparator.eu e confronta le emissioni delle tre più diffuse architetture powertrain utilizzate oggi nel comparto automotive. I sistemi full electric, i sistemi ibridi plug-in e i sistemi full hybrid utilizzanti solo motori termici per la generazione di energia. In riferimento all’architettura è possibile impostare i parametri che più influenzano l’impatto emissivo del sistema quali, per esempio e relativamente ai sistemi full electric, la capacità del pacco batteria, il peso ambientale dalla relativa produzione (vedi figura sull’incidenza batterie CO2), selezionabile sulla base della letteratura tecnica allegata allo strumento, e il chilometraggio di fine vita del veicolo.
Le risposte dell’algoritmo sono inoltre modulabili sulla base di parametri legati all’operatività del veicolo.
Le condizioni ambientali in termini di temperatura per esempio molto influenzano l’autonomia dei sistemi elettrici mentre per i veicoli ibridi plug-in si può tener conto delle percorrenze medie giornaliere e degli intervalli di ricarica dei pacchi batteria (Vedi l’immagine dell’impatto degli intervalli di ricarica).
Selezionabili pure i livelli di emissioni legati alle produzioni di energia elettrica (vedi figura di incidenza pruduzione elettricità) e dei carburanti chimici con questi ultimi analizzati sia a livello di produzione, tenendo conto anche delle eventuali emissioni “negative” date dagli assorbimenti di anidride carbonica atmosferica indotti dai cicli produttivi, sia di efficienza termica (vedi immagine impronta emissiva carburanti).
Nel seguito le comparazioni emerse prendendo in esame otto powertrain differenti, due full electric a batteria con capacità degli accumulatori di 100 e da 60 chilowattora, due architetture full hybrid con batteria da due chilowattora alimentate con benzina “E10” e gasolio “B7” e quattro sistemi ibridi plug-in di cui una coppia, benzina e diesel, avente batterie da dieci chilowattora e una coppia con batterie da 30 chilowattora.
Le emissioni legate alla produzione delle batterie sono state impostate sul valore medio di 120 chili di anidride carbonica equivalente per chilowattora suggerito dai principali studi scientifici avanzati negli ultimi anni, mentre il chilometraggio di vita stimato è stato impostato a 150 mila chilometri, considerando che tale valore corrisponde all’attuale garanzia media offerta dai costruttori di veicoli in riferimento ai pacchi batteria. Per quanto riguarda i veicoli ibridi plug-in le valutazioni sulle emissioni sono state avanzate considerando una frequenza di ricarica giornaliera e quindi in grado di massimizzare la percorrenza del veicolo avanzata in condizioni full electric riducendo le emissioni legate all’utilizzo del motore a combustione. Tale parametro influenza in maniera fondamentale l’impronta di tali sistemi e il relativo aumento a una ricarica ogni due o tre giorni porta a eguagliare e superare immediatamente i livelli emissivi anche in confronto a motori a combustione tradizionali in tutte le condizioni di utilizzo. Si è provveduto infine a settare l’impronta carbonica della produzione di elettricità sulla base della media europea di 335 grammi per chilowattora, parametro che però varia in maniera importante da Paese a Paese andando dai 50 grammi per chilowattora della Svezia agli oltre 800 della Polonia.
I risultati delle simulazioni
In una prima comparazione riguarda uno scenario di percorrenza media (Fig.1), costituito da una distribuzione giornaliera dei tragitti al 50 per cento compresi tra i cinque e i 25 chilometri e il restante 50 per cento tra i 25 e i 100 chilometri in condizioni ambientali di clima temperato. I risultati dimostrano come le vetture full hybrid propongano emissioni totali intorno ai 230 grammi di anidride carbonica equivalente a chilometro, con minime variazione tra diesel e benzina.
Le vetture ibride plug-in danno luogo a una riduzione delle emissioni rispetto alle prime intorno al 20 per cento attestandosi intorno ai 185 grammi di emissioni equivalenti. La prestazione migliore è però fornita dalle vetture con batteria da 30 chilowattora di capacità determinata dalla maggiore autonomia in modalità full electric.
Un risultato migliore anche rispetto alle vetture full electric con batterie da 100 chilowattora la cui riduzione di emissioni rispetto alle vetture full hybrid si attesta intorno al 15 per cento superando, con 196 grammi di emissioni equivalenti, i livelli delle ibride plug-in. Migliora sensibilmente invece la situazione per vetture full electric con pacchi batterie più contenuti da 60 chilowattora che limitano le emissioni a 162 grammi riducendo del 30 per cento i livelli rispetto ai full hybrid.
Prendendo in esame i tragitti di lunga percorrenza in climi temperati (Figura 2), con una prevalenza percentuale degli spostamenti giornaliere su distanze tra i 25 e i cento chilometri o superiori ai cento chilometri, si notano differenza rispetto al confronto su brevi percorrenze (Fig. 03) solo per quanto riguarda l’impatto dei modelli ibridi plug-in.
Peggiorano infatti le emissioni delle vetture con batterie da dieci chilowattora pur mantenendosi inferiori a quelle dei modelli full hybrid. Si attestano infatti intorno a un dieci per cento in meno con valori di circa 205 grammi per chilometro, situazione simile a quella che si riscontra su tragitti a media percorrenza se affrontati con condizioni climatiche fredde (Figura 04).
Al contrario su tragitti a breve percorrenza si assiste a un netto miglioramento di tali modelli che portandosi intorno ai 170 grammi per chilometro sfiorano l’allineamento con i modelli full electric con batteria da 60 chilowattora vedendo la riduzione intorno al 30 per cento.
Decarbonizzazione 2050, il “Fit for 55” è lontano
Dalle analisi quindi si riconferma come le vetture elettriche a batteria si dimostrino una soluzione molto efficiente se equipaggiate con batterie di capacità non eccessiva rendendosi eccellenti se chiamate a sostenere spostamenti giornalieri a corto raggio (Figura 5).
Negli altri casi le vetture ibride plug-in con batterie relativamente generose, 30 chilowattora o più, permettono di migliorare l’impatto emissivo in molte condizioni. Oltre a escludere problemi di autonomie derivate dall’eventuale assenza di ricarica. In tutti i casi la principale considerazione che può essere avanzata è che l’elettrificazione è lungi dall’essere per il momento una soluzione in grado di allinearsi agli obiettivi previsti dal “Fit for 55”, raggiungendo riduzioni massime del 30 per cento. Il “Fit for 55” risulta poi ancora più lontano se si accettano le più recenti previsioni avanzate da vari organi di ricerca tra quali quelli associati a Bloomberg, Goldman Sachs e Wood Mackenzie, studi ripresi in Italia dall’Osservatorio Autopromotec. Nel 2050 è ipotizzabile che il 67 per cento del parco auto circolante sarà ancora costituito da veicoli con motori a combustione interna e dunque è lecito pensare che la decarbonizzazione nel 2050 al 55 per cento del segmento automotive sarà difficile da raggiungere con l’elettrificazione a meno di non abbattere sensibilmente le emissioni legate alla produzione di batterie e di energia elettrica.
Risorse disponibili
La possibilità di produrre carburanti a basso tenore di carbonio sia biologici che sintetici passa dalla disponibilità delle materie prime. Un tema che è stato affrontato lo scorso dicembre durante una tavola rotonda della “Renewable and Low Carbon Fuels Value Chain Industrial Alliance”. Alleanza promulgata dalla Commissione europea per sostenere lo sviluppo della filiera produttiva di carburanti rinnovabili quali opzioni complementari all’elettrificazione per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica nei trasporti. Un’opzione dietro la quale si cela un cambio di direzione importante da parte dell’Unione Europea che aveva inizialmente escluso, almeno nel segmento automotive, qualsiasi alternativa rispetto alle soluzioni di trazione elettrica nell’ambito del programma “Fit for 55”.
In riferimento alle materie prime uno studio commissionato da Concawe all’Imperial College di Londa ha permesso di verificare la disponibilità di biomasse all’interno del contesto agricolo e industriale europeo. Escludendo a priori la biomassa destinata a soddisfare necessità diverse dalla produzione di carburanti, lo studio ha verificato la disponibilità di risorse atte a produrre biocarburanti sostenibili e in grado di soddisfare le necessità del comparto aereo, marittimo e in parte del segmento dei trasporti su strada. Diverso invece il discorso per quanto riguarda i carburanti sintetici. Pur essendo le risorse disponibili in termini di energia elettrica rinnovabile sono ancora in fase di studio le modalità di cattura dell’anidride carbonica dall’atmosfera. In tale ambito quindi la produzione su larga scala di carburanti sintetici rimane una soluzione ancora in via di sviluppo.
Decarbonizzazione 2050, strategici i combustibili a basso tenore di carbonio
Se all’interno delle simulazioni avanzate dal portale Concawe si inseriscono quali soluzioni complementari i carburanti a basso tenore di carbonio (Figura 6) accade che le vetture full hybrid surclassino le prestazioni di veicoli full electric e ibridi plug-in in termini di riduzione delle emissioni. L’utilizzo di carburanti “Hvo”, “Hydrotreated Vegetable Oil”, derivati dalla lavorazione dei rifiuti umidi urbani, dei residui di prodotti vegetali e da colture non in competizione con la filiera alimentare, permettono una riduzione di oltre il 55 per cento di emissioni in tutte le condizioni operative. Con emissioni dell’ordine dei 102 grammi di anidride carbonica equivalente per chilometro. Un contributo che vede inoltre l’assorbimento di oltre 150 grammi per chilometro di anidride carbonica dall’atmosfera indotto dal processo di produzione del carburante essendo derivato da coltivazioni che assorbono il biossido di carbonio ai fini della fotosintesi. Un risultato che coinvolge anche i veicoli ibridi plug-in visto che nelle stesse condizioni operative la simulazione ha dimostrato la possibilità di portarli a dar luogo a emissioni di 130 grammi per chilometro nelle vetture con batterie da 10 chilowattora e 158 grammi per chilometro per vetture con batterie da 30 chilowattora. Il portale si spinge poi oltre il presente permettendo di simulare le emissioni finali di veicoli utilizzanti carburanti sintetici di prossima generazione prodotti con elettricità derivata da fonti rinnovabili e anidride carbonica catturata in atmosfera (Figura 7).
In tale condizioni la riduzione delle emissioni rispetto a un veicolo full hybrid di oggi toccherebbe i 75 per cento surclassando qualsiasi altra soluzione, con emissioni dell’ordine di 60 grammi di anidride carbonica equivalente per chilometro. Risultati che però saranno da confrontare con quelli permessi dall’avanzare anche della tecnologia nella produzione di energia elettrica che potrebbero vedere nei prossimi anni la nascita di reattori a fusione in grado di abbattere le emissioni legate alla produzione di energia elettrica facendone crollare il relativo contributo e rendendo più sostenibili i modelli full electric a batteria. Resta evidente però come i carburanti a basso tenore di carbonio possano dimostrarsi una risorsa fondamentale per raggiungere risultati più concreti e immediati nei prossimi anni.
Dal 40 al 90 per cento
Il taglio delle emissioni di gas serra indotto dall’utilizzo di carburanti “Lcf”, “low carbon fuels”, dipende dalla materia prima utilizzata per produrli. Oli vegetali per i biocarburanti tradizionali, materiali di scarto di origine organica per i biocarburanti avanzati e rifiuti indifferenziati plastici per i recycled carbon fuel. Per tali prodotti il taglio delle emissioni varia dal 40 all’80 per cento. Toccano il 90 per cento invece gli e-fuel. I carburanti sintetici ottenuti da processi avanzati tramite sintesi di idrogeno rinnovabile e anidride carbonica.
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Titolo: Decarbonizzazione e motori endotermici
Autore: Jacopo Oldani
