Esteri
Auto elettrica: la produzione elettrica
Di Fulvio Rapanà
I risvolti della mobilità elettrica relativi alla produzione di energia elettrica e della sua distribuzione sono ancora più rilevanti di quelli industriali e ingegneristici essendo questi di competenza di aziende private mentre la produzione e la distribuzione dell’energia coinvolge le attività degli stati e di enti sovrannazionali. Per comprendere l’entità e le dimensioni della sfida che attende i produttori di elettricità si utilizzano i dati e le informazioni che costantemente pervengono dall’ IEA, International Energy Agency, che studia e monitora a livello mondiale l’andamento dell’energia, da quella atomica a quella da fonti alternative a quella elettrica ecc. Analizzando le implicazioni della mobilità elettrica, nel suo ultimo Outlook, l’IEA fa’ due diverse previsioni per il 2040. Il “New policies scenario” (NPS), in cui inserisce le politiche dei governi , incentivanti per l’acquisto delle auto elettriche e disincentivanti per quelle dell’auto a scoppio, prevede che da ora al 2040 nel mondo saranno vendute una media annuale del 20% di auto elettriche, ora siamo all’1%, per un totale a livello mondiale di 300 milioni, il 15% del totale parco auto circolante. Ma l’IEA nel “Future is electric scenario” (SDS) , con un approccio integrato fra politiche a livello internazionale di incentivi/disincentivi globali dalle auto all’ ambiente alla qualità dell’aria e di produzione generalizzata di energie moderne, fa una proiezione per il 2040 di 950 milioni di auto elettriche su 2 miliardi di auto circolanti, quasi il 50%. Due scenari molto impegnativi per le società elettriche, che a livello mondiale attualmente producono circa 7 Gigawatt, in quanto nel caso della prima proiezione del “New policies scenario” la richiesta mondiale di energia sarebbe di 12.500 Gigawatt (+80%), se l’ipotesi fosse quella del “Future is electric scenario” la richiesta salirebbe a 15.000 Gigawatt (+120%). Per raggiungere questi target i governi dovranno favorire politiche per la produzione di energia e lo sviluppo della rete elettrica a livello planetario di dimensioni colossali. Tanto per avere un’idea se la proiezione fosse del “Future is electric scenario” si dovrà produrre energia aggiuntiva, rispetto a quella attuale, più o meno pari a 500 centrali nucleari. Le società elettriche ovviamente sono molto favorevoli allo sviluppo dell’auto elettrica ma devono trovare le soluzioni a tre variabili : prima, produrre tutta l’energia aggiuntiva che serve allo sviluppo dell’auto elettrica, in un contesto previsto di aumento mondiale della domanda di elettricità sia per uso privato che industriale; seconda, gestire nelle 24 ore i picchi di consumi rispetto ai periodi di bassa domanda; terza, trovare, per avere un mercato globale come avviene per benzina e diesel, una modalità di ricarica unica, per tutti i marchi, delle batterie in modo semplice e veloce.
In teoria i consumi standard della mobilità elettrica, che assorbiranno fra un 5% e un 10% a seconda se sono corrette le proiezioni del “New Police” oppure del “Future is electric”, potrebbero non rappresentare una reale criticità ma la soddisfazione della domanda è strettamente collegata con la gestione dei picchi di consumo per consentire un equilibrio in tempo reale fra la domanda di energia e l’offerta, così come si verifica in estate con l’utilizzo dei condizionatori, evitando in questo modo black-out generalizzati. L’auto elettrica pur generando una domanda complessiva relativamente contenuta può avere un impatto con risvolti catastrofici in quanto ogni 150 milioni di auto, con una potenza media di 100 kw, che ricaricano nello stesso momento, generano un picco di domanda globale d’ energia di 15.000 Gw pari al 100% della potenza elettrica prodotta in tutto il mondo in quel momento. Ovviamente per il colossale ciclo di investimenti che necessitano, per aumentare la produzione di elettricità e modernizzarne la rete, sarà necessario l’intervento degli stati in un gigantesco “progetto Manhattan elettrico” che dovrà coinvolgere gli Stati, la finanza, le industrie automobilistiche, l’industria manufatturiera privata, le università e i laboratori di ricerca.
Da qui, e siamo al secondo punto, la strada per le smart grid è obbligata. Una smart grid è l’insieme di una rete di distribuzione e informazioni strutturata in modo da gestire la rete elettrica in maniera “intelligente” ed efficiente” per un uso più razionale dei consumi di energia e minimizzando, al contempo, picchi e variazioni della tensione elettrica. Nella smart grid le auto elettriche sarebbero connesse tra loro e interagiscono con la rete elettrica. Semplificando, un automobilista che torna a casa e attiva la ricarica ad un modello di rete “smart grid”, questa potrebbe non effettuare la ricarica in quel momento ma solo quando la rete ha disponibilità in eccesso di energia, oppure dopo due o tre ore o anche in due o tre cicli di ricarica. Resta il nodo, e siamo al terzo punto, fondamentale di un accordo fra case automobilistiche e l’industria elettrica per una soluzione comune agli standard delle colonnine per la ricarica. I tempi di ricarica sono una delle due variabili, l’altra è il prezzo elevato, che attualmente frena maggiormente l’affermazione dell’auto elettrica. Per analizzare l’attuale situazione partiamo da un esempio concreto: la media percorrenza giornaliera di una auto per uso privato è di 50 km. La EGolf il cui proprietario voglia ricaricare totalmente le batterie nel garage di casa le batterie utilizzando i 3 kw, di cui è normalmente dotata una utenza domestica, ci impiega 4/5 ore; se si dotasse, al costo di 2.000/3.000 euro, di una colonnina di ricarica più potente che utilizza di 9 kw, ci impiegherebbe 1,5 ore; con una colonnina di 50 kw, ad un prezzo di circa 50.000 euro, la ricarica durerebbe 20 minuti; dotandosi di una colonnina da 100 kw , costo 200.000 euro, il rabbocco durerebbe 7/8 minuti. Le prime due soluzioni vanno bene per la normale gestione da parte di un nucleo famigliare, con un’ auto con potenza di 60/150 kw . Ma quello stesso nucleo famigliare potrebbe avere più volte la necessità di utilizzare l’intera potenza delle batterie e di doverle ricaricare totalmente in un luogo pubblico utilizzando una colonnina da 50 kw che per ricaricare la EGolf impiegherebbero 30 minuti, per cui su viaggi superiori a 400/500 km per 5 ore di percorrenza ci vorrebbero come media 30 minuti di ricarica. Decisamente troppo tempo rispetto al motore a scoppio. Risulta quindi vitale, per un utilizzo pubblico della mobilità elettrica, che le colonnine debbano essere ben distribuite, con un numero enorme di postazioni, particolarmente potenti per velocizzare la ricarica e con una accessibilità unica per tutti i marchi. E’ evidente , e siamo al terzo punto, che le case automobilistiche alleate con le utility e l’industria della componentistica si alleano per progettare colonnine di ricarica superveloci e ridurre drasticamente i tempi di ricarica delle batterie, parallelamente si sta’ lavorando su colonnine “intelligenti” che su richiesta delle smart grid, cedano l’energia accumulata nelle batterie delle auto collegate alla rete in un flusso bidirezionale (sistema V2G), rispetto ad un flusso monodirezionale (sistema CCS) . Con l’utilizzo del sistema V2G le colonnine potrebbero gestire un flusso di energia in eccesso, stoccato nelle batterie delle auto, che sarebbe a disposizione della rete elettrica. Con il sistema bidirezionale l’intero sistema: società che producono energia, utility che la distribuiscono, colonnine di ricarica e batterie delle auto rappresenterebbe un unico e globale sistema intelligente di gestione dell’energia. Per ultimo il punto sulle batterie che utilizzano gli ioni di litio liquido. Mercato, da 250 mld l’anno, che attualmente è quasi esclusivamente in mano ad aziende asiatiche, il cui settore per certi aspetti ha un futuro industriale meglio definito. La supply value chayn, la catena di valore, per la produzione di batterie agli ioni di litio, si articola in 5 stadi: primo: l’estrazione dei minerali, litio, nickel, cobalto, rame,; secondo: la raffinazione chimica di queste; terzo: la produzione delle celle elettrochimiche in grado di convertire energia chimica in elettricità, quarto: le tecniche di assemblaggio delle batterie, quinto: il montaggio sulle auto. Per realizzare una batteria la catena di valore può essere articolata in 70 passaggi con fornitori distribuiti in 30 paesi nel mondo, uno per tutti è la fornitura di cobalto che per il 70%, a livello mondiale, è estratto nella Repubblica democratica del Congo, uno dei paesi più instabili del mondo.
Periodicamente arrivano annunci da parte di case automobilistiche, come ultimamente Toyota, su un imminente arrivo sul mercato di batterie al litio allo stato solido, già in uso su cellulari e orologi, Queste batterie avrebbero, in teoria, una serie di vantaggi molto rilevanti che permetterebbe un salto di qualità alla mobilità elettrica : una maggiore densità di energia, grazie al litio metallico, permetterebbe di immagazzinare una quantità di energia, per lo stesso volume, fino al 200/300% in più rispetto a quelle agli ioni liquidi, traducendosi di fatto in un dispositivo più leggero e piccolo; possono essere utilizzate, in sicurezza, a temperature più elevate incidendo sulla velocità di ricarica, per la quale si segnalano tempi ridotti anche del 60/70% , e sulla sicurezza, rispetto ad una certa rischiosità agli incendi delle batterie liquide; queste inoltre dovrebbero durare di più. Ma oltre gli annunci non si vede nulla di tanto concreto da approfondire la conoscenza.
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