La mobilità sostenibile in Italia: stato attuale, strategie e prospettive

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1 La mobilità sostenibile in Italia: stato attuale, strategie e prospettive Paola Artuso GRA Gruppo di Ricerca Automotive CIRPS Sapienza Università di Roma DME Dipartimento di Meccanica ed Energetica Università degli Studi Guglielmo Marconi paola.artuso@uniroma1.it p.artuso@unimarconi.it

2 Polo Idrogeno Regione Lazio STAZIONARIO 1. Termochimico: Gassificazione e HT FC 2. Elettrochimico: Elettrolisi da RES e LT FC 3. Stoccaggio: Solido (Idruri), Liquido, Gassoso MOBILITÀ 1. Cicli Reali di Marcia 2. Sviluppo di veicoli Elettrici, Ibridi, H2: Bus Gulliver FC H2, HOST

3 Sommario Sistemi energetici e mobilità sostenibile Combustibili e tecnologie di trasporto Ibridi ed elettrici Consumi ed emissioni del settore trasporti in Italia Progetti dimostrativi in Italia 3

4 Cos è un sistema energetico INTERAZIONI CON L AMBIENTE FLUSSO DI ENERGIA USI FINALI Risorse Energetiche Effetto Utile RIFIUTI 4

5 Sostenibilità Energetica Lo schema di definizione della Sostenibilità Energetica proposto dal gruppo SOSTENIBILITÀ DEI SISTEMI ENERGETICI E DELLA MOBILITÀ del CIRPS identifica 5 pilastri per la sostenibilità energetica: 1.Rinnovabilità delle risorse; 2.Efficienza nella conversione, distribuzione e uso dell energia ; 3.Riduzione dell impatto ambientale; 4.Aumento dell accesso all energia; 5.Adattamento dei sistemi energetici alle condizioni sociali, economiche e ambientali locali 5

6 Sostenibilità Energetica Cicli Chiusi delle risorse ed il Ruolo dei Vettori energetici 6

7 I vettori energetici Chi consente di trasportare e/o stoccare l energia si definisce: Vettore energetico I vettori energetici consentono di veicolare, nello spazio e nel tempo, una determinata quantità di energia, permettendo di renderla disponibile per un utilizzo a distanza di tempo e di spazio rispetto al punto geografico ed al momento temporale di disponibilità della fonte. 7 7

8 Generalità sulla mobilità Con il termine mobilità si intende la capacità di un organizzazione sociale di permettere lo spostamento di persone ed animali, merci ed informazioni da un punto all altro del proprio tessuto organizzativo. 8

9 Modalità di trasporto Su strada Su acqua Su rotaia In aria In Rete Gasdotti Acquedotti Oleodotti Elettrodotti TLC (reti di telecomunicazione) 9

10 Analisi well to wheels ANALISI TANK TO WHEELS (nel veicolo) ANALISI WELL TO WHEELS Energia alle ruote Consumi al serbatoio ed emissioni in uso Consumi di energia primaria ed emissioni globali Tecnologia di trazione Trasporto, stoccaggio, conversioni e trasformazioni ANALISI WELL TO TANK (a monte del veicolo) 10

11 Scenari tecnologici per l automobile L automobile va guardata secondo i seguenti tre momenti : Prima dell auto: risorse energetiche e combustibili; Dentro l auto: efficienza energetica del sistema di trazione; Dopo l auto: emissioni allo scarico. 11

12 Caratteristiche dei principali combustibili Combustibile Formula Peso molare (g/mole) PCI (kj/kg) Densità Benzina C 8 H 14,8 110, ,7400 kg/litro Gasolio C 16 H 29,7 221, ,8600 kg/litro GPL C 3 H 8 44, ,5100 kg/litro Metano CH 4 16, ,7168 kg/nm 3 Idrogeno H 2 2, ,0886 kg/nm 3 12

13 I combustibili FOSSILI GASOLIO BIODIESEL RINNOVABILI PETROLIO BENZINA BIOETANOLO GPL SYNGAS BIOMASSA CARBONE CARBONE SOLIDI GAS NATURALE METANO BIOGAS Eolico Idro Sole (FV) Geotermico IDROGENO IDROGENO Sole 13

14 Verso una mobilità ZE ad energia rinnovabile Le strategie portanti del percorso di avvicinamento all auto ZE ad energia rinnovabile sono: Possibilità dei MCI di essere alimentati da combustibili rinnovabili (o, comunque, da più combustibili, almeno uno dei quali potenzialmente ricavabile da risorse rinnovabili); Elettrificazione della trazione 14

15 Energia alle ruote Su ciclo ECE, autovettura cm3 (sezione frontale di 2,03 m2 e massa di kg) energia da fornire alle ruote: 448 kj/km; energia da dissipare in frenata: 172 kj/km. 15 kw P inerzia P resistenze 15

16 Trazione ibrida Un veicolo si dice ibrido quando nel suo powertrain sono presenti due differenti tipologie di motori primi di trazione Termico Elettrico Riduzione dei consumi e delle emissioni Recupero dell energia in frenata Aumento del rendimento globale e del rendimento medio del MCI Miglioramento condizioni di combustione MCI 16

17 L elettrificazione dell auto Sviluppo di auto sempre più elettriche, capaci non solo di utilizzare meglio il combustibile ma anche di viaggiare per tratti di percorso sempre più lunghi in modalità ZEV Un percorso di elettrificazione dell auto può identificarsi nella sequenza: Trazione con ICE (Internal Combustion Engine) Micro Hybrid Electric Vehicle (Micro HEV) Mild Medium HEV Full HEV Plug in HEV Extended Range EV EREV Battery Electric Vehicle BEV Fuel Cell Electric Vehicles FCEV 17

18 Combustibili Rinnovabili per MCI Idrogeno (per motori a combustione interna) Doppia alimentazione idrogeno benzina, con motore endotermico bivalente (funzionante, cioè, sia a idrogeno che a benzina) Stoccaggio in forma liquida a 253 C Il ciclo termodinamico utilizzato nei MCI a idrogeno èil ciclo Otto (possono essere usati gli attuali motori a benzina con mirati interventi) Non si hanno emissioni di CO 2 Non si hanno emissioni di altri tipi di inquinanti tranne piccole quantità di NOx BMW Hydrogen 7 18

19 Trazione a idrogeno: FC Il rendimento FC Più elevato del MCI (più del doppio) Pressoché costante a regimi variabili Nei cicli reali il rendimento alle ruote la differenza percentuale èmolto più significativa Maggiori costi Allo stato attuale il costo delle FC èoltre cento volte il costo dei MCI circa /kw le FC, circa 30 /kw i MCI Minore durata Allo stato attuale circa

20 Stoccaggio dell idrogeno a bordo Gas compresso Pressioni: Standard attuale: fino a 350 bar In corso di standardizzazione: 700 bar Energia spesa per la compressione 4 7 % del contenuto energetico (in funzione della pressione di stoccaggio) Idrogeno liquido Temperatura di stoccaggio 253 C Energia spesa per la liquefazione Circa 30 % dell energia stoccata Idruri Metallici 20

21 Accumulatori 21

22 Sistemi di ricarica Quickdrop (2) Standard charge (1,3) rete domestica 220V 10A o 16A Quick charge (4) colonnine di ricarica dedicate 400V da 32A a 63A 22

23 Rendimento medio serbatoio ruote Tecnologia Combustibile Rendimento MCI Ibrido serie Ibrido serie-parallelo Ciclo Otto 18,0 % Ciclo Diesel 25,0 % MCI Ciclo Otto 22,0 % MCI Ciclo Diesel 30,0 % MCI Ciclo Otto 22,0 % MCI Ciclo Diesel 31,0 % Elettrico con FC (Idrogeno) 45,0 % Elettrico con accumulatori 85,0 % 23

24 Consumi finali di energia per settore ktep 31% Italia * Usi non Energetici riportati al lordo delle trasformazioni 24

25 Consumi finali di energia per tipologia di trasporto ktep 89% Italia

26 Consumi finali di energia nel settore trasporti ktep 97% Italia

27 Emissioni per settore di anidride carbonica (CO2) Italia % 27

28 Emissioni per settore di ossidi di azoto (NOx) Italia % 28

29 Emissioni per settore di particolato pm10 Italia % 24% 55,5% Comb= Combustione; En=Energia; Trasf=Trasformazione; C.F. = Combustibili Fossili 29

30 Mobilità Elettrica In Italia Èdel 1995 la sperimentazione di autobus ibridi ed elettrici effettuata da Trentino Trasporti nel progetto europeo che ha coinvolto anche Oxford Roma, Pisa, Milano e Bologna: circa 40 veicoli Smart elettrici per ogni città con 400 stazioni di ricarica ENEL (E mobility). Milano e Brescia: 60 veicoli elettrici Renault con 150 stazioni di ricarica A2A (E Moving). Milano, Varese e Como: il servizio di car sharing elettrico inaugurato il 14 dicembre 2010 nato dall accordo tra Trenitalia LeNord e A2A. 20 vetture elettriche e 5 colonnine di ricarica. Per i clienti Gold il costo : 100 euro l anno fisso; 5 euro/ora. Accordi di collaborazione (Enel, Smart, Renault, Piaggio, Poste, ecc).

31 Mobilità Idrogeno In Italia Un prototipo di Iveco EcoDaily a Idrometano (miscela idrogeno metano) e 2 distributori sono ufficialmente in servizio presso la società Autostrada del Brennero. A Monza un nuovo distributore metano idrogeno. Dieci Fiat Panda alimentate a idrometano dal 22 marzo 2011 fanno parte del parco auto di Regione Lombardia. Autobus a idrogeno: Torino 12 m (2003 IRIBUS), Lazio 6 m (2007 Tecnobus), Milano (2011 Citaro MercedesBenz), Bolzano (2011 Rampini) Autostrada del Brennero all Idrogeno

32 Mobilità Idrogeno In Italia Corridoio a idrogeno dell A22 presentato a Bruxelles Autostrada d idrogeno tra Monaco e Modena lungo la quale si prevede di realizzare un distributore ogni 100 km Bolzano sud

33 Distributori Idrogeno Italia: Mantova e FI PI LI

34 Grazie per l attenzione

35 Battery Electric Vehicle (BEV) Nissan Leaf 35

36 Battery Electric Vehicle (BEV) SMART fortwo electric drive 36

37 Battery Electric Vehicle (BEV) Mitsubishi i MIEV 37

38 Battery Electric Vehicle (BEV) Fiat 500 BEV 38

39 HOST Multi purpose electrified traction platforms and architectures and auto innovation design 39

40 Veicoli in commercio alimentati da biocombustibili Saab 9 5 BioPower 2.3t Saab 9 5 BioPower 2.3t Benzina E85 Potenza max [CV] Coppia max [Nm] km/h [s] km/h [s] Le uniche modifiche strutturali apportate al motore sono rappresentate dall impiego di valvole e sedi valvole più robuste e di materiali compatibili con il bioetanolo per la realizzazione delle componenti dell impianto di alimentazione 40

41 Veicoli in commercio alimentati da biocombustibili Saab 9 5 BioPower 2.3t La flessibilità di impiego fra i due carburanti è assicurata dalla centralina elettronica. La centralina riprogramma in tempo reale la gestione del motore adattando la fasatura di accensione alle esigenze di miscela E85/aria. Dopo ogni rifornimento, il sistema controlla la qualità del carburante immesso nel serbatoio. Se necessario apporta automaticamente tutte le correzioni per garantire un ottimale funzionamento con E85 e/o con la benzina in qualsiasi proporzione. 41

42 Veicoli in commercio alimentati da biocombustibili Ferrari F430 Biofuel 10 CV in più di potenza 4% in più di coppia 5% riduzione di CO 2 I veicoli di F1 per regolamento già oggi debbono utilizzare combustibili derivati da biomasse pari al 5,75%. 42

43 Veicoli in commercio alimentati da biocombustibili Fiat Palio ELX 1.8 Flex Fiat Palio ELX 1.8 Flex Benzina Bioetanolo Potenza max [CV] Coppia max [Nm] km/h [s] Velocità max [km/h] Può essere alimentata indipendentemente sia da benzina che da etanolo 43

44 Veicoli in commercio alimentati da biocombustibili Fiat Grande Punto Natural Power 1.4 8v 77 CV Natural Power Benzina Metano Potenza max [CV] Coppia max [Nm] km/h [s] Velocità max [km/h] La gestione delle due alimentazioni èormai, solitamente, gestita senza necessità di intervento del conducente: quando il serbatoio del gas èvuoto, il passaggio al carburante convenzionale avviene automaticamente con segnalazione nel display in cui sono presenti indicatori di livello carburante separati 44

45 Van Hool NV, Belgio 12 m Citaro Mercedes, 12 m Rampini, Italia 8m Breta 12m