LO SVILUPPO DELL AUTO ELETTRICA NELLE PROVINCE DI TRENTO E BOLZANO. L efficienza energetica nei trasporti. Maurizio Fauri

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1 Mercoledì 3 dicembre 2014 Dipartimento di Ingegneria Via Mesiano - Trento LO SVILUPPO DELL AUTO ELETTRICA NELLE PROVINCE DI TRENTO E BOLZANO Maurizio Fauri L efficienza energetica nei trasporti

2 Introduzione Misure effettuate presso il sito di osservazione del clima nelle Hawaii, dove si realizza un monitoraggio costante dei livelli di CO 2 dal 1958 Nel mese di aprile 2014 il livello medio di CO 2 in atmosfera ha superato in modo costante (tutti i giorni) la soglia di 400 ppm (parti per milione)

3 Introduzione 20 agosto 2013 Nei primi 8 mesi del 2013 sono state consumate dall uomo le risorse rinnovabili e le capacità di sequestro della CO 2 che il pianeta ha messo a disposizione per l intero anno Da questa data, per il resto dell anno, l uomo ha vissuto in debito ecologico, prelevando risorse che non si sono rigenerate ed accumulando CO 2 in atmosfera Nel 1993 l Overshoot Day è stato il 21 ottobre Nel 2003 l Overshoot Day è stato il 22 settembre

4 Introduzione Concentrazione di CO 2 e temperature nel corso degli ultimi anni (dal film-documentario di Al Gore) ( Una scomoda verità del 2006) Previsione al 2050 senza restrizioni al consumo di combustibile fossile Concentrazione di CO 2 Temperatura Concentrazione di CO 2 (al 2006)

5 Scenario mondiale Domanda mondiale di energia con le attuali politiche energetiche (previsione dell Agenzia dell Energia Internazionale (IEA) senza cambiamenti) [Mtep] +47% [Gt] +45% 12,271 14,896 18, Domanda mondiale di energia (Milioni di tonnellate eq. di petrolio) Emissioni di CO 2 (Miliardi di tonnellate)

6 CO 2 emissions [Gt] Scenario mondiale PPM - Concentrazione in atmosfera 40 Scenario 550 Scenario PPM concentr. 63% 54% 18% Energy efficiency 30 23% 14% 9% Renewables and biofuels Nuclear CCS* 450 PPM concentr * Carbon capture and storage

7 Scenario europeo Consumo di energia primaria EU27 (1.800 Mtep) ( litri di petrolio)

8 Sprechi energetici Mediamente oltre un terzo dell energia primaria viene sprecata per poter essere utilizzata Perdite per trasformazione 33% Residenziale 16% Terziario 9% Esempi di scarsa efficienza: - 7% lampade a incandescenza - 30% mezzi a combustione interna - 42% centrali termoelettriche 6% Altri usi Industria 17% Trasporti 19% Valori medi europei

9 Piano di azione della Comunità Europea Stima della potenziale riduzione di energia al 2020 per settore negli usi finali Settore Consumo energetico 2005 [Mtep] Consumo al 2020 (senza interventi) [Mtep] Potenziale di risparmio [Mtep] Potenziale di risparmio [%] Edifici residenziali Edifici commerciali % % Trasporti % Industria manufatturiera %

10 Scenario italiano % dei consumi finali per settore in Italia % di energia primaria per fonte in Italia Agricoltura Usi civili 2% Usi non energetici 6% Bunkeraggi 3% Gas 36% Petrolio 41% 32% 26% 9% 5% 9% 31% Industria Solidi Rinnovabili Trasporti Totale: 180 Mtep Import energia elettrica

11 Emissioni di gas serra in Italia L anidride carbonica è responsabile dell 84% delle emissioni di tutti i gas ad effetto serra Dati espressi in milioni di tonnellate di CO 2 equivalente (Mton CO 2 eq.) Fonte: Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) Italian Greenhouse Gas Inventory National Inventory Report 2014

12 Impatto dei trasporti in Italia Suddivisione per tipologia di trasporto Consumi finali per tipologia di trasporto Il settore dei trasporti è responsabile di circa un terzo del consumo totale di energia finale, secondo solo al settore civile Il 95% dell energia utilizzata per i trasporti è di origine petrolifera Marittimo (3%) Aereo (2%) Ferroviario (1%) Stradale (94%)

13 Impatto dei trasporti in Italia Suddivisione per tipologia di utilizzo 2/3 circa dei consumi complessivi (~26 Mtep/anno) sono dovuti al trasporto passeggeri La restante parte (circa 15 Mtep) al trasporto merci

14 Obiettivo italiano Al 2020, l Italia deve raggiungere un obiettivo specifico del 10% di fonti rinnovabili nel segmento dei trasporti

15 Qualità degli impianti Scarsa Elevata Le direzioni dell efficienza Risparmio energetico ed economico basato sul miglioramento di tre fattori distinti Contratto di fornitura CONSUMI MEDI CONSUMI RIDOTTI Qualità degli impianti (e delle strutture) Sistema di gestione (e di manutenzione) CONSUMI ELEVATI CONSUMI MEDI Assente Ottimo Sistema di gestione Contratto di fornitura dell energia

16 Qualità degli impianti Scarsa Elevata Miglioramento del sistema di gestione Un esempio di miglioramento del sistema di gestione: Bla Bla Car Assente Ottimo Sistema di gestione

17 Densità di energia per unità di massa I combustibili fossili tradizionali: - hanno una elevata densità energetica - sono facilmente trasportabili - garantiscono un livello accettabile di sicurezza Condensatori industriali Accumulatori elettrochimici Combustibili fossili Idrogeno Combustibili nucleari [kwh/kg]

18 Il valore dell energia L energia contenuta nella batteria di un telefono cellulare è pari a circa 1 Wh e corrisponde al sollevamento di un peso di 360 kg ad un metro di altezza da terra (circa 7 damigiane di vino buono ) 1 Wh = 7 damigiane sollevate di 1 metro 1 m

19 Il valore dell energia L energia contenuta in un litro di benzina è pari a volte quella contenuta nella batteria di un telefono cellulare 1 litro benzina = 10 kwh = damigiane sollevate di 1 metro 1 m

20 Consumo specifico medio in ambito urbano I motori a combustione interna consumano circa 8 litri per 100 km in ambito urbano (che riportato in termini di energia primaria è stimabile in circa 1 kwh/km) Per un veicolo ibrido nelle stesse condizioni è stimabile in termini di energia primaria in 0,6 kwh/km Per un veicolo elettrico a batterie (che preleva energia dalla rete elettrica) si può stimare un consumo di circa 0,15 kwh/km Considerando una produzione di energia elettrica con un parco termoelettrico con efficienza media, il consumo di energia primaria è di circa 0,40 kwh/km

21 Ricarica on-line Ricerca eseguita dal Laboratorio di Sistemi Elettrici per l Automazione e l Automotive Dipartimento di Ing. Industriale Università degli Studi di Padova

22 Sistemi di accumulo Aria compressa Aria compressa uso dell aria compressa per muovere un pistone (come nel caso dello scoppio del carburante) circa 120 km di autonomia nel ciclo urbano

23 Sistemi di accumulo - Idrogeno Idrogeno gestione della distribuzione dell idrogeno generazione dell energia elettrica tramite fuel-cell trazione elettrica

24 Sistemi di accumulo elettrochimici Accumulatori elettrochimici commerciali piombo acido (nichel-cadmio) nichel-idruri metallici Accumulatori elettrochimici avanzati litio-ione litio-metallo Zebra Accumulatori elettrochimici di nuova generazione magnesio supercondensatori

25 Sistemi di accumulo Stato dell arte delle densità specifiche

26 Batterie al magnesio Brevetto internazionale

27 Vantaggi delle batterie al magnesio Basso costo: il Magnesio è molto abbondante in natura ed è almeno 20 volte più economico del Litio Alte prestazioni: la capacità energetica per unità di volume è doppia rispetto al LItio Sicurezza: gli anodi non subiscono l effetto di dendrificazione come gli elettrodi di Litio Ecologico: i materiali impiegati sono ecocompatibili Comparison between properties of Li and Mg Electrode Material Z M / g mol -1 Reaction E / V vs. SHE Specific density / g cm -3 Theoretical specific charge / Ah kg -1 Theoretical volumetric capacity / Ah dm -3 Li Li + +e - Li Mg Mg 2+ +2e - Mg

28 Batterie al magnesio Densità energetica 200 Wh/kg Coin Cell Electrolytes Anode Separator Cathode Cell Can T = 25 C decreasing [d-mgcl 2 ]

29 Batterie al magnesio Batterie al magnesio