L’auto elettrica è di solito presentata come la soluzione a buona parte dei problemi della sostenibilità nel campo della mobilità privata, con un inquinamento da idrocarburi teoricamente a zero. Ma è davvero così? Siamo veramente arrivati alla fine dei motori endotermici? È corretto puntare solo autovetture elettriche?

Una delle domande più frequenti che si fanno è: davvero l’auto elettrica non inquina? Il giudizio sull’inquinamento di ogni veicolo non deve essere ricondotto alle sole emissioni che produce l’auto durante il suo utilizzo, ma al suo intero ciclo di vita. Vanno considerate le emissioni per la produzione dell’auto, ovviamente quelle generate durante l’utilizzo ed infine le emissioni e l’impatto ambientale per lo smaltimento (batterie comprese) alla fine del ciclo. In sostanza, basarsi soltanto sui dati di CO2 dichiarati dal costruttore per ogni autovettura è piuttosto riduttivo.

A tal proposito, prendendo in considerazione tutto il ciclo del veicolo, scopriamo che l’autovettura elettrica ha dei valori di inquinamento simili alle vetture equipaggiate con moderni motori diesel di ultima generazione dotate di moderni sistemi d’iniezione e con filtri allo scarico altamente performanti.

Infatti, un motore diesel Euro1 del 1993 aveva un PM pari a 180 mentre uno Euro 6 del 2015 ha un valore di PM pari a 5. Si scopre che una valida alternativa alle auto elettriche esiste.

Un’altra domanda frequente, prima di valutare un’autovettura elettrica, è quella sulle infrastrutture. Siamo o saremo pronti a far fronte all’enorme richiesta di energia e soprattutto come verrà distribuita?

Quante colonnine servirebbero?

Oltre a questo, bisogna aggiungere il problema della ricarica delle batterie, infatti per ricaricare 50 kWh occorrono circa 17 ore della rete domestica, 4 ore circa con le colonnine da 11 kW e 30 minuti con le colonnine Fast da 100 kW, per cui immaginate un distributore di energia in autostrada quante colonnine dovrebbe avere per far fronte a tale richiesta. Un esempio proposto ad un convegno del Politecnico di Milano racconta che per un servizio pari a 10 pompe di carburante tradizionale occorrerebbero 60 postazioni di ricarica elettrica, con tempi di attesa molto lunghi e con il consumo di energia pari a quello di 1000 famiglie. Oppure riuscite ad immaginare, in un quartiere di una città popolosa dove non tutti hanno un box (basti vedere quante auto rimangono parcheggiate a fianco dei marciapiedi), quante colonnine servirebbero? Siamo certi che esista “realmente” la possibilità di installare tutte queste colonnine di ricarica? Proviamo a pensare in maniera positiva e facciamo finta di sì. Rimane però il fatto che il nostro Paese non è ancora in grado di gestire quest’enorme richiesta elettrica e che il costo attuale dell’energia non porta dei vantaggi economici nell’utilizzo dell’auto elettrica. 

La durata delle batterie

La domanda meno frequente, che invece dovrebbe essere presa molto in considerazione, è quella della durata delle batterie delle auto elettriche. Nel tempo e con continui cicli di ricarica, le batterie perdono efficienza, riducendo l’autonomia dell'auto e costringendo a ricariche più frequenti (a parità di chilometri percorsi). Le celle agli ioni di litio (delle batterie per le auto elettriche) purtroppo manifestano un progressivo degrado delle prestazioni, influenzato da diversi fattori come, ad esempio, i continui cicli di carica-scarica, e la ricarica rapida, che comporta un incremento della temperatura del pacco batterie causando, nel tempo, un calo dell’efficienza. Per cui per coloro che dato il forte investimento per un'auto elettrica, decidano di utilizzarla almeno 10 anni dovranno preventivare all’incirca a metà periodo la sostituzione del pacco batteria. Tale sostituzione, come testimoniano in rete alcuni automobilisti, può richiedere una spesa che varia tra i 10.000 e i 20.000 euro. Decisamente una cifra importante.

Un mercato piccolo e a lenta crescita

Certamente il mercato delle auto elettriche in Italia si può considerare quasi inesistente e con una crescita molto lenta, d’altronde va considerato che il nostro paese è la patria dei motori e delle gare automobilistiche. Infatti, a luglio 2022, i veicoli elettrici perdono importanti quote di mercato in termini di immatricolazioni, attestandosi rispettivamente al 3,3% e al 4,6% (lo scorso anno erano 4,6% e 5,7%).

Lo scenario per i principali costruttori di auto è cambiato, hanno capito che devono fare concorrenza alla Tesla, produttore leader di auto elettriche (non solo sotto il profilo del prodotto ma anche per l’impegno della diffusione dei sistemi di mobilità elettrica), nonostante i numeri di vendita dichiarino al momento che la più venduta è la Nissan Leaf.

Diversa è la strategia di Toyota che punta sulle vetture ibride avendo ben capito che in questo passaggio epocale non ci possa essere un punto zero, ma che sicuramente dovrà avvenire gradualmente e con le vetture ibride, da considerarsi a tutti gli effetti un’ipotesi al traghetto per il cambiamento. Inoltre la dichiarazione di non vendere più autovetture diesel (esclusi i veicoli commerciali e i fuoristrada) porta la casa automobilistica giapponese alla guida del cambiamento proprio con le ibride che nell’immediato avranno percentuali di mercato molto importanti e superiori (nel breve temine) alle elettriche. Di contro, il più grande investimento sull’elettrico arriva invece da Volkswagen, soprattutto per controbattere gli effetti negativi dello scandalo dieselgate, con 40 miliardi entro il 2030.

Ma cosa pensano gli Italiani delle auto elettriche per il futuro?

Secondo un sondaggio di Doxa, per conto dell’Osservatorio di Findomestic, gli Italiani considerano come auto sostenibili quelle elettriche (42%) o ibride (32%), e l’elettrico come il veicolo più ecologico sul mercato (45%) ma costoso (31%); adatto alla guida in città (26%), silenzioso (26%) e con bassi consumi (25%). 

Per quanto riguarda la diffusione però, in Italia, sul campione d’intervistati che possiedono un’auto (94%), prevalgono i motori diesel (44%) o benzina (41%). Seguono più distanziati i veicoli gpl (10%), metano (4%) e ibridi/elettrici (2,3%).

Come sono fatte le auto elettriche?

Nel sistema esclusivamente elettrico le auto sono equipaggiate con una batteria, un caricabatteria ed un motore elettrico e l’energia rilasciata dalle batterie, essendo in corrente continua, viene trasformata in corrente alternata tramite un Inverter, ovviamente nell’utilizzo dei diffusi motori elettrici a corrente alternata trifasica.

Il principio del motore elettrico è molto semplice, a confronto dei motori endotermici, converte l’energia delle batterie in energia meccanica basandosi sulle leggi dell’induzione elettromagnetica. Di questi motori se ne possono trovare differenti modelli ma quello a corrente alternata trifasica è il più diffuso per via delle sue caratteristiche di maggiore coppia disponibile, maggiore potenza, maggior robustezza e semplicità costruttiva. 

Il motore asincrono (così denominato per via della rotazione del rotore non in sincronia col campo magnetico rotante generato dallo statore) è composto da uno statore e da un rotore. Lo statore è formato da un pacco di lamierini magnetici con delle intercapedini nelle quali sono presenti gli avvolgimenti. Il rotore invece è costituito da un pacco di lamierini magnetici in cui sono alloggiate le matasse di avvolgimento.

Questo avvolgimento genera un campo magnetico rotante che induce nei conduttori del rotore una forza elettromotrice, producendo così le correnti che interagiscono con il campo rotante opponendosi alla forza che le ha generate e il rotore inizierà quindi a muoversi.
Per quanto riguarda la trasmissione, tra motore e assi ruote, esistono varie soluzioni per ottimizzare le prestazioni di un’auto elettrica, anche se questo tipo di motori permette di adottare le trasmissioni (opportunamente modificate) dei motori endotermici. Una curiosità sulla retromarcia che volendo si può ottenere invertendo il verso dell’elettricità, cambiando così il senso di rotazione del propulsore e quindi del riduttore, il quale a sua volta inverte quello delle ruote.

Le auto elettriche sono dotate di un sistema frenante particolare che permette di recuperare energia quando l’automobilista rilascia l’acceleratore. Questo sistema trasforma il motore in un generatore che riconverte l’energia cinetica dell’auto in elettricità e la immagazzina nella batteria. Questa conversione dell’energia cinetica in elettrica provoca il rallentamento dell’auto che comunque è dotata anche di un sistema di frenata tradizionale.
Le batterie delle auto elettriche sono in realtà degli accumulatori che differiscono dalle normali batterie per la loro capacità di ricaricarsi dopo l’utilizzo, grazie ad un flusso di energia elettrica di intensità adeguata per un lasso di tempo determinato. Nelle auto elettriche trovano uso le zinco-aria, gli accumulatori piombo-acido, il NiCd, il tipo a NiMH, le Li-ion polimero e quelle agli ioni di litio.

Nel sistema ibrido, cioè nella combinazione endotermico più elettrico, le auto utilizzano in funzione della tipologia di guida, le forze motrici del motore a combustione interna e quelle del motore elettrico per ottenere un’elevata risposta e una prestazione dinamica abbinata ad una drastica riduzione dei consumi carburante e delle emissioni di inquinanti. I sistemi ibridi si possono sommariamente suddividere in tre sistemi: 

·       Sistema ibrido in serie

·       Sistema ibrido in parallelo

·       Sistema ibrido misto

Il sistema ibrido in serie è molto simile a quello utilizzato nelle locomotive diesel/elettriche. In questa tipologia il motore termico non è collegato alle ruote, ma ha il compito di generare la corrente per alimentare il motore elettrico che la trasforma in moto, mentre l’energia superflua viene utilizzata per ricaricare le batterie.

Il sistema ibrido in parallelo è quello più utilizzato nelle auto ibride. È caratterizzato da un nodo meccanico di accoppiamento della potenza, per cui entrambi i motori (l’elettrico ed il termico) forniscono coppia alle ruote. Il motore termico può inoltre essere utilizzato per ricaricare le batterie in caso di necessità.

Il sistema ibrido misto è caratterizzato da un nodo meccanico, come negli ibridi paralleli, e da un nodo elettrico, come negli ibridi serie. La modalità costruttiva per realizzare tale doppio accoppiamento può variare e un esempio di questo metodo lo possiamo vedere nell’architettura della Toyota Prius, che realizza l’accoppiamento meccanico tra il motore termico, la macchina elettrica e l’albero di trasmissione finale attraverso la combinazione di un ingranaggio epicicloidale ed un riduttore.

Prestazioni e Utilizzo

Ricaricare un’auto elettrica non è complicato, anzi assomiglia molto alla ricarica di uno smartphone o a quella di un pc portatile. La ricarica si può effettuare da una presa domestica (tramite appositi accorgimenti) o dalle colonnine di ricarica presenti sul territorio. In verità proprio il numero di colonnine è uno dei problemi della scarsa penetrazione nel mercato delle auto elettriche. Sì perché in Italia la situazione, nonostante ENEL abbia dichiarato l’arrivo di molte colonnine entro il 2022, oggi il numero è circa di 2400, principalmente e nelle città più importanti con una copertura di 95 provincie. Per poter individuare queste colonnine possiamo visitare il sito di ENEL (www.eneldrive.it) oppure www.colonnineelettriche.it.

Trovata la colonnina ed equipaggiati della card del gestore (simile ad una qualsiasi carta stile Bancomat) si può effettuare, dopo aver collegato il cavo di ricarica nella presa dell’auto, alla carica. Una volta iniziata la carica dal display della colonnina sarà possibile vedere quanti KWh si stanno utilizzando. La ricarica attraverso queste colonnine normalmente si paga con un abbonamento per un numero illimitato di ricariche. Differente il costo della ricarica se vogliamo utilizzare casa nostra, in quanto sono due le soluzioni. La prima è quella di dotarsi di un contatore dedicato oppure ricaricare direttamente da una presa (CEE industriale) pagando direttamente sulla bolletta di casa le ricariche.

Il tempo di ricarica delle batterie può variare molto a seconda del tipo e della modalità (presa domestica o colonnina di ricarica) e per una ricarica completa (escludendo sistemi FAST per ricariche parziali da utilizzare durante i viaggi) i tempi variano dalle 3 alle 8 ore. Il tempo è influenzato da diversi fattori come la potenza in kW con cui si ricarica e la potenza massima accettata dal caricabatteria dell’auto. Per esempio se per una ricarica completa a 3,7 kW ci si impiega circa 5/6 ore, per la stessa batteria ma con una ricarica a 7,4 kW servirebbero più o meno 2/3 ore.

Purtroppo, però nella maggior parte delle abitazioni italiane la potenza disponibile non supera i 3 kW, per cui la velocità di ricarica potrebbe anche superare le 8 ore. Mentre nelle colonnine di ricarica sul territorio, con una potenza disponibile dagli 11 kW ai 22 kW, si ottengono ricariche rapide dell’auto.

 L’autonomia delle auto elettriche oggi si assesta in un range che arriva fino ai 600km (dichiarati dalla casa) con batterie molto costose da 100 e oltre Kw a 150km con batterie da 22Kw. Le batterie per la maggior parte al Litio hanno una buona durata nel tempo, con un decadimento marcato nei primi 30000Km per poi assetarsi e mantenere una capacità intorno al 90%.

Il problema vero, che incide anche sulla crescita dell’auto elettrica, è il costo delle batterie e di conseguenza anche le prestazioni. Vero però che con la maggior richiesta e lo studio di nuove tecnologie il costo del Kwh è diminuito considerevolmente e continuerà a diminuire, infatti nel 2010 costava all’incirca 800 euro mentre nel 2017 il costo per KWh è sceso a 186 euro. Esperti sostengono che quando il costo per KWh scenderà sotto gli 80 euro a KWh si sarà raggiunto il punto di break-even e quindi un costo interessante per le auto elettriche. Anche perché allo stato attuale una batteria da 100 KWh, per avere un’autonomia interessante, costa ancora intorno ai 18.600.

Pregi

Emissioni nulle in atmosfera

Assenza di lubrificanti

Efficienza energetica

Prestazioni in accelerazione

Manutenzione limitata

Silenziosità

Accesso nelle ZTL

Difetti

Poca autonomia

Tempi di rifornimento elevati

Costo delle batterie e dell’auto troppo elevati

Vita media di una batteria circa 5 anni (2000 cicli)

Materie prime scarse per le batterie (Litio)

Per concludere risulta evidente che nel futuro della mobilità l’auto elettrica avrà numeri importanti, sempre che la tecnologia dell’idrogeno non prenda il sopravvento, grazie ad alcuni plus come, ad esempio, i tempi di rifornimento rispetto alla ricarica. Certamente questo futuro non è così immediato come molti sono portati a credere e difficilmente, vista la forte attenzione verso una mobilità green, si potrà fermare il processo. Un processo che vedrà come protagonista un mediatore in questo passaggio epocale, il sistema Ibrido. Perché è innegabile che il passaggio non potrà avvenire repentinamente ma gradualmente è il sistema ibrido è il perfetto passaggio dal motore endotermico a quello elettrico. Non si può ignorare che nonostante i governi e le case automobilistiche abbiano messo al bando i motori Diesel questi nel parco circolante rappresentano il 44% e che saranno utilizzati, perché impossibile sostituirli, ancora per un bel po’ di tempo da quelle utenze che percorrono molti km in autostrada e (oltre i mezzi pesanti) da tutti i veicoli commerciali leggeri, nelle città e per gli utenti che percorrono meno km il sistema ibrido è la soluzione ottimale nell’immediato ed in attesa che i miglioramenti tecnologici e i costi legati all’auto elettrica ne permettano una maggior diffusione! Ormai l’obiettivo è segnato, entro il 2035 le auto elettriche e/o ibride dovrebbero essere il 50% del circolante, mentre entro il 2050 quasi tutte le vetture vendute in Europa dovranno essere a emissioni zero.

Auto ad idrogeno alternativa all’auto elettrica?

Assolutamente sì, speriamo solo che la tecnologia porti presto dei risultati sfruttabili nel quotidiano. L’autovettura a idrogeno, con la produzione di corrente per alimentare un motore elettrico, è forse la soluzione perfetta per le infrastrutture, per i tempi di ricarica, per i costi e per finire sull’impatto ambientale. Nelle auto di questo tipo le batterie saranno solo di supporto (batterie tampone) e non il mezzo principale per l’alimentazione del motore elettrico.