Uno studio comparativo delle emissioni e del bilancio energetico di varie combinazioni fuel-powertrain per mobilità privata

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1 Uno studio comparativo delle emissioni e del bilancio energetico di varie combinazioni fuel-powertrain per mobilità privata Prof. Massimo SANTARELLI, Ing. Marco TORCHIO Dipartimento di Energetica, Politecnico di Torino Fondazione TELIOS

2 Proiezione energetica (Mtoe) Richiesta di energia nelle principali aree del Mondo Fonte: IEA rinnovabili biomasse idrica nucleare gas petrolio carbone Valori in Mtoe/anno lo scenario energetico mondiale è basato e sbilanciato nettamente a favore dei combustibili fossili Nord America Unione Europea OECD Asia e Oceania Cina ed India

3 FONTE: EIA Petrolio Gas naturale Carbone Elettricità Rinnovabili Totale trasporti Energia e Trasporti var. annua [%] Valori in Mtoe/anno Il settore dei trasporti rappresenta intorno al 33% dei consumi totali di energia Il settore dei trasporti è decisamente basato sul petrolio (97%); Lo scenario di riferimento dell EIA prevede un aumento dei consumi

4 La questione mobilita CARBURANTE TECNOLOGIA Benzina Gasolio Elettricità (da quale fonte) Idrogeno (da quale fonte) Bio-carburanti Motori a combustione interna Motori ibridi Accumulo elettrico + motore elettrico Cella a combustibile + motore elettrico ORGANIZZAZIONE Trasporto condiviso Car sharing Intermodalità

5 La questione mobilita FONTI PRIMARIE: -Petrolio - Gas naturale - (carbone) - Biomasse - Fonti rinnovabili - CARBURANTI (vettori energetici) - benzina - gasolio -GPL - bio-carburanti - elettricità - idrogeno - POWERTRAIN -ICE -hybrid - BEV - fuel cell - PERDITE DI CONVERSIONE WTT PERDITE DI CONVERSIONE TTW

6 Strumenti di analisi: WTW L indice well-to-wheel (WTW): l integrazione di tutti i passaggi richiesti per produrre e distribuire un carburante (partendo dalla fonte energetica primaria) [WTT] e utilizzarlo in un veicolo [TTW]. Si calcola come somma tra il well-to-tank e il tank-to-wheel WTW energetico (MJ/km) + WTW ambientale (g/km) COSTO DELL ENERGIA (c /MJ) + Internalizzazione del danno degli inquinanti (ExternE) (c /g) INDICE UNICO (c /km), su base monetaria, per la valutazione energetica ed economica delle opzioni carburante/tecnologia per l automotive

7 Esempio: WTT energetico per alcuni carburanti FUEL WTT e WTT e ' MJ x / MJ f MJ t / MJ f Gasoline Diesel CNG (Compressed Natural Gas) Bio-ethanol (1st gen) Bio-diesel (1st gen) Electricity from EU-mix H2 central (that is by NG in central plants) H2 on-site (that is by NG in on-site plants)

8 Esempio: TTW energetico per alcuni POWERTRAIN powertrain TTW e MJ f /km ICE (Gasoline or Bio-ethanol) 1.89 ICE (Diesel or Bio-diesel) 1.77 ICE (CNG) 1.88 ICE (H2) 1.68 ICE Hyb (Gasoline or Bio-ethanol) 1.63 ICE Hyb (Diesel or Bio-diesel) 1.46 ICE Hyb (CNG) 1.39 ICE Hyb (H2) 1.48 BEV (Battery Electric Vehicle) 1.11 FC (H2 tank on board) 0.94 FC Hyb (H2 tank on board) 0.84

9 Esempio: WTT ambientale per alcuni carburanti POWERTRAIN / FUEL WTT NOx WTT PM WTT SOx WTT GHG g/mj f g/mj f g/mj f g/mj f ICE / Gasoline ICE / Diesel ICE / CNG ICE / Bio-ethanol (1st gen) ICE / Bio-diesel (1st gen) ICE / H2 central ICE / H2 on site ICE Hyb / Gasoline ICE Hyb / Diesel ICE Hyb / CNG ICE Hyb / Bio-ethanol (1st gen) ICE Hyb / Bio-diesel (1st gen) ICE Hyb / H2 central ICE Hyb / H2 on-site FC / H2 central FC / H2 on-site FC Hyb / H2 central FC Hyb / H2 on-site BEV / EU-mix

10 Esempio: TTW ambientale per alcuni powertrain POWERTRAIN / FUEL TTW NOx TTW PM TTW SOx TTW GHG g/km g/km g/km g/km ICE / Gasoline ICE / Diesel ICE / CNG ICE / Bio-ethanol (1st gen) ICE / Bio-diesel (1st gen) ICE / H2 central ICE / H2 on site ICE Hyb / Gasoline ICE Hyb / Diesel ICE Hyb / CNG ICE Hyb / Bio-ethanol (1st gen) ICE Hyb / Bio-diesel (1st gen) ICE Hyb / H2 central ICE Hyb / H2 on-site FC / H2 central FC / H2 on-site FC Hyb / H2 central FC Hyb / H2 on-site BEV / EU-mix

11 WTW Energetico

12 WTW Ambientale (GHG)

13 WTW Ambientale (NOx)

14 WTW Globale (economico)

15 WTW Globale (economico): insight su trasporto elettrico

16 Alcune osservazioni finali 1. In generale, se una fonte primaria può essere usata in diverse opzioni carburantepowertrain, l indice WTW globale fornisce una indicazione sia dal punto di vista energetico che ambientale che economico. 2. Le opzioni legate a gas naturale e idrogeno sono le più performanti (anche se l opzione idrogeno è valida solo con celle a combustibile e con produzione centralizzata) 3. I combustibili tradizionali non sono l opzione peggiore, grazie in primis alla ottimizzazione (nei decenni) della catena WTT; in particolare, il powertrain ibrido ha già attualmente ottimi risultati 4. L elettricità da attuale mix energetico europeo non sembra una buona scelta per alte percorrenze; diventa una scelta molto interessante per basse percorrenze (uso urbano) 5. Ovviamente, l opzione elettricità da fonti rinnovabili per basse percorrenze otterrebbe una ottima performance (migliore WTW globale con la produzione da eolico) 6. I bio-carburanti di prima generazione non sembrano alternative interessanti ai carburanti tradizionali 7. Le auto private in ambiti cittadini, più piccole delle attuali, potranno comunque essere, verosimilmente, elettriche con batterie

17 GRAZIE PER L ATTENZIONE