RSE ALLA CAROVANA CICLISTICA MILANO-ROMA STUDIO COMPARATO SULLE EMISSIONI DI CO 2

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1 RSE ALLA CAROVANA CICLISTICA MILANO-ROMA STUDIO COMPARATO SULLE EMISSIONI DI CO 2 RSE Ricerca per il sistema Energetico - ha partecipato all iniziativa organizzata dal Touring Club Italiano con una ricerca per valutare la quantità di CO 2 emessa da un cicloamatore rispetto a quella rilasciata da un veicolo elettrico e da uno convenzionale. Milano, 8-15giugno Sei tappe da Milano a Roma. quasi 800 km percorsi in bicicletta, più di 8000 m di dislivello per 24 cicloamatori che hanno pedalato nel segno dei 150 anni dell Unità di Italia per la Carovana Ciclistica Milano-Roma, organizzata dal Touring Club Italiano. L evento non era solo rivolto al passato, i cicloamatori con un occhio al futuro ed ai problemi ambientali, i cicloamatori hanno anche contribuito a uno studio volto a valutare quale tipo di veicolo possa dare il maggior contributo a ridurre le emissioni di CO 2. RSE ha partecipato all evento dotando i ciclisti di un ciclo-computer per registrare i chilometri effettivi percorsi, i dislivelli, le velocità e gli andamenti delle frequenze cardiache di ognuno. Dalla rielaborazione dei dati raccolti è stato possibile valutare le calorie consumate per l attività relativa al trasporto e quindi la CO 2 emessa ai soli fini del trasferimento della Carovana da Milano a Roma. Questo dato è stato messo a confronto con i valori di CO 2 che sarebbero stati emessi se si fossero usati mezzi a motore di diverso tipo. I veicoli confrontati sono la bicicletta, un auto a benzina (ICE), un auto ibrida a benzina (HEV) come quelle attualmente in commercio, un auto elettrica (EV) con un autonomia 150 km e un auto ibrida plug-in (PHEV), ovvero un auto ibrida dotata di una batteria, ricaricabile dalla rete, che le dona un autonomia in funzionamento solo elettrico di 64 km, come alcuni prototipo di recente presentati nei saloni automobilistici. Considerando lo stato attuale del parco di generazione di energia elettrica, che influisce ovviamente molto sulle prestazione dei veicoli ricaribabiliricaricabili, è risultato vantaggioso il veicolo ibrido anche rispetto ai veicoli totalmente elettrici: in questo caso la quantità totale di CO 2 prodotta è di poco superiore a quella emessa anche dai ciclisti, ipotizzando un utilizzo a pieno carico degli autoveicoli (car pooling). Se invece si ipotizza uno scenario futuro di produzione energetica italiana a bassa intensità di carbonio, in cui si prevede un maggior utilizzo sia di gas naturale sia delle fonti rinnovabili, il veicolo elettrico potrebbe essere veramente competitivo anche confrontato con la bicicletta. Questo risultato, sarà di stimolo ad approfondire ulteriormente la ricerca includendo le bici a pedalata assistita elettricamente che potrebbe essere un mezzo sostitutivo almeno per la mobilità cittadina quotidiana.

2 Lo scopo dell attività L obiettivo della sperimentazione è confrontare le emissioni di anidride carbonica derivanti dall uso di diversi veicoli per coprire la distanza di 778 km tra Milano e Roma. I veicoli a confronto sono la bicicletta, un auto a benzina (ICE), un auto ibrida a benzina (HEV), un auto elettrica con un autonomia di 150 km (EV) e un auto ibrida plug-in (PHEV), ovvero sia con una limitata autonomia elettrica di 64 km ma ricaricabili dalla rete. (). Ipotesi e fonte dei dati Per quanto riguarda l auto a combustione interna è stata scelta come auto campione una Toyota Auris 1.6 valvematic. I consumi di benzina e quindi le emissioni di CO 2 per la combustione della stessa derivano dai dati forniti da Toyota stessa e si riferiscono al ciclo combinato. I dati relativi alle emissioni di CO 2 necessarie per la produzione e la distribuzione della benzina derivano dal database della commissione europea ELCD e sono in linea con altri database (Ecoinvent) e studi dedicati al ciclo di vita dei carburanti (Caratti. Girardi 1999). I dati relativi alle emissioni di CO 2 relativi alla costruzione del veicolo derivano dal database Ecoinvent e si riferiscono ad un veicolo costruito in Europa di pari taglia. Per l allocazione di queste emissioni al percorso in oggetto si è considerata una vita media del veicolo di km. Per quanto riguarda il veicolo ibrido, è stata scelta come auto campione una Toyota Auris HSD. La presenza sul mercato di un analogo modello tradizionale ed ibrido è stata la principale motivazione per la scelta di queste auto di riferimento. I consumi di benzina e quindi le emissioni di CO 2 per la combustione della stessa derivano dai dati forniti da Toyota stessa e si riferiscono al ciclo combinato. I dati relativi alle emissioni di CO 2 relativi alla costruzione del veicolo derivano dal database Ecoinvent e si riferiscono ad un veicolo costruito in Europa di pari taglia. Per l allocazione di queste emissioni al percorso in oggetto si è considerata una vita media del veicolo di km. Per quanto riguarda la batterie è stata considerata una batteria NiMH, la cui vita è anche essa stimata di km. I dati relativi alle emissioni di CO 2 per la produzione della batteria derivano da Ecoinvent. Per quanto riguarda il veicolo puramente elettrico si è considerato, per il consumo, un valore medio di 0,19 kwh per km così come riportato in letteratura (Duvall et al 2007, Hacker et al 2009). Per quanto riguarda l energia necessaria alla ricarica, si è considerata solo energia termoelettrica,

3 ipotizzando che la ricarica avvenga di notte (Girardi, 2010). A tale energia è associabile una emissione specifica di CO 2, considerando anche l approvvigionamento e la lavorazione dei combustibili nonché le perdite termiche nella distribuzione, pari a 658 g/kwh come dedotto dal database SESAMO (Caizzi et al, 2002). Per quanto riguarda la produzione del veicolo e della batteria (al litio in questo caso) i dati derivano da Ecoinvent. Anche in questo caso la vita del veicolo e delle batterie è stata stimata pari a km. Per quanto riguarda i veicoli ibiridi plug-in, come accennato, è stato considerato un veicolo ipotetico di autonomia elettrica pari a 64 km. Le emissioni dovute alla costruzione delle batterie (al litio) derivano da Ecoinvent. I dati relativi alle emissioni di CO 2 dovute alla costruzione del veicolo derivano da una media pesata dei dati di un veicolo elettrico e uno convenzionale. Si è ipotizzato che per ogni tappa i veicoli PHEV coprissero ogni giorno una distanza pari alla loro autonomia in modalità elettrica ed il resto del percorso come un normale HEV. Infine, per quanto riguarda la bicicletta, i consumi di energia sono stati forniti dai ciclocmputer. L energia consumata è ovviamente sotto forma di cibo. La tabella seguente riassume la distanza coperta dai diversi veicoli considerati in funzione della modalità usata. Tabella 1 distanza percorsa dai diversi veicoli nelle diverse modalità ICE (benzina) HEV PHEV 64 EV bici km benzina km elettrico km "cibo" totale Per quanto riguarda la bicicletta, si è considerato il carovaniere medio e la carovaniera media che hanno le caratteristiche riportate in tabella 2: Tabella 2 Caratteristiche del Carovaniere medio Carovaniere Età (anni) Peso (Kg) Altezza (cm) Grado di allenamento (1-10) Energia consumata (Kcal) Tabella formattata Donna 43 (35-50) 55 (48-59) 165 ( ) Uomo 54,6 (40-66) 77,4 (68-95) 178,4 ( ) 4, ,29 In media consideriamo che i ciclisti hanno consumato kcal a testa per coprire la distanza di 778 km. Ne deriva un consumo medio di 20,02 kcal/km. Ogni giorno ogni ciclista ha dovuto reintegrare circa 2600 kcal aggiuntive, cioè necessarie al trasporto, oltre a quelle normalmente necessarie per la sopravvivenza. Per il reintegro di queste calorie aggiuntive si è ipotizzato una dieta come quella in tabella seguente. In particolare per la voce carne / pesce si è assunto tale quantitativo fosse soddisfatto dall assunzione di un terzo di pesce, un terzo di carne bianca (avicola) ed un terzo di carne rossa (di questo metà di carne bovina e metà suina). È bene sottolineare infatti che la CO2 considerata per i cicloamatori non è quella emessa dalla respirazione, che essendo di origine

4 biologica non ha influenza sull effetto serra, ma quella relativa al ciclo di produzione, distribuzione e consumo dei cibi. I dati relativi alle emissioni di CO 2 considerano la produzione, la distribuzione e l eventuale cottura e sono tratti dai dati presentati da Barilla (Ruini L.F. 2011) al convegno della rete italiana LCA di giugno Tabella 3 Dieta di reintegro delle calorie utilizzate dai ciclisti per coprire il percorso e relative emissioni di CO 2 Dieta di reintegro g CO 2 /kg o litro barilla kcal kcal/ 100g CO2 emessa CO2/kcal colazione pane marmellata frutti spremuta pranzo pasta con pomodoro carne/pesce verdura pane olio cena olio pasta parmigiano verdura pane frutto totale Formattato: Pedice Per quanto riguarda le emissioni relative alla costruzione della bicicletta i dati derivano da Ecoinvent. Si tratta di una bici da città con telaio in allumino del peso di circa 17 kg. È una bici ben più pesante di quelle utilizzate in realtà dai partecipanti alla comitiva, ma come si vedrà, il contributo alle emissioni totali è così basso da non meritare ulteriori approfondimenti. La vita della bici è stimata pari a km. Confronti finale Se confrontiamo tra loro i singoli veicoli, ovvero una bicicletta con le altre automobili che trasportano un solo passeggero, la bicicletta, come era naturale aspettarsi è di lunga il mezzo con minore contributo al riscaldamento globale. Il grafico qui di seguito riporta il confronto tra i diversi veicoli. Tra le automobili, la meno impattante risulta l auto ibrida e non quella elettrica (questo dipende essenzialmente dal tipo di energia utilizzato per la ricarica).

5 Emissioni per veicolo 1.80E E+05 g CO2 1.40E E E E E E+04 produzione energia elettrica combustione benzina upstream della benzina ciclo di vita della batteria produzione e cottura cibo costruzione veicolo 2.00E E+00 ICE (benzina) HEV PHEV 64 EV Bici Tipo di Veicolo Figura 1 Confronto tra i diversi veicoli immaginando un passeggero per veicolo e una ricarica delle batterie effettata di notte con il parco termoelettrico medio attuale Se consideriamo tuttavia il viaggio dell intera comitiva, e quindi di 24 ciclisti, o delle 6 auto che sarebbero necessarie per trasportare comodamente lo stesso numero di persone, notiamo che il divario tra l auto ibrida (ma anche con l auto elettrica) ed i ciclisti si assottiglia notevolmente. Emissioni intera comitiva 1.20E E+06 g CO2 8.00E E E+05 produzione energia elettrica combustione benzina upstream della benzina ciclo di vita della batteria produzione e cottura cibo costruzione veicolo 2.00E E+00 ICE (benzina) HEV PHEV 64 EV Bici Tipo di Veicolo

6 Figura 2 Confronto della comitiva di 24 passeggeri che utilizzano i diversi veicoli, immaginando quindi 24 biciclette e 6 automobili per tipo (la ricarica delle batterie effettata di notte con il parco termoelettrico medio attuale) Infine, un approfondimento merita l emissione associata alla ricarica delle batterie. Nei grafici precedenti si è considerata l emissione del parco termoelettrico attuale. Tuttavia i ricercatori RSE (Benini et al 2010) ritengono che la domanda aggiuntiva di energia elettrica necessaria a ricaricare le auto elettriche sarà coperta da un mix energetico caratterizzato per lo più da centrali a gas in ciclo combinato (ma anche centrali a carbone con e senza cattura e sequestro dell anidride carbonica). Se consideriamo questo scenario, le emissioni specifiche diventano 475 g/kwh compreso upstream e perdite di distribuzione (Girardi P. 2010). In questo caso avremo da un lato che i veicoli a trazione elettrica sono tanto più virtuosi, tanto maggiore è la loro autonomia in modalità elettrica. Dall altro vedremo che le emissioni dovute al gruppo di ciclisti si avvicinano molto a quelle di un gruppo di persone che compie lo stesso viaggio, con analoghe tappe compatibili con l autonomia del veicolo (i ciclisti emettono il 65% di quello che emetterebbero gli automobilisti in auto elettrica). Emissioni intera comitiva 1.20E E+06 g CO2 8.00E E E+05 produzione energia elettrica combustione benzina upstream della benzina ciclo di vita della batteria produzione e cottura cibo costruzione veicolo 2.00E E+00 ICE (benzina) HEV PHEV 64 EV Bici Tipo di Veicolo Figura 3 Confronto della comitiva di 24 passeggeri che utilizzano i diversi veicoli, immaginando quindi 24 biciclette e 6 automobili per tipo (la ricarica delle batterie effettuata principalmente da centrali da gas naturale in ciclo combinato ed in misura minore da centrali a carbone) Se questi risultati dipendono fortemente dalle ipotesi relative alle filiere energetiche, ovvero quale energia viene usata per la ricarica delle batterie e quale cibo mangiano i ciclisti, rimane interessante notare quanto l utilizzo dell auto elettrica produca un impatto ambientale molto vicino a quelle di un gruppo di ciclisti. Se le batterie fossero ricaricate esclusivamente da energia proveniente da centrali a gas naturale in ciclo combinato, e se gli automobilisti viaggiassero in 5 per macchina, le emissioni di CO 2 dei ciclisti arriverebbero ad essere l 88%. Sarebbe a questo punto interessante aggiungere al confronto l opzione della bici elettricamente assistita per verificare se questo mezzo riesca a trarre il meglio dai due tipi di trazione e possa essere una soluzione ideale per la cosi detta mobilità dolce e, soprattutto, per la mobilità urbana.

7 Bibliografia Benini M., Gelmini A., Mauri G Valutazioni dell impatto dell inserimento di veicoli elettrici stradali plug-in sulla rete di distribuzione: analisi di scenario, comportamento di rete, gestione della domanda e aspetti metrologici, Rapporto ERSE RdS n Caizzi A., Catenacci G., Girardi P."Sistema di Supporto alle decisione per un energia elettrica sostenibile", 12 meeting SETAC, 2002 Caratti P., Girardi P." Diesel e Benzina un confronto mediante LCA Ambiente Risorse SaluteMarzo n 72/2000 Duvall M., E. Knipping, Alexander M., Tonachel L., Clark C Environmental Assessment of Plug-In Hybrid Electric Vehicle s. Volume 1: Nationwide Greenhouse Gas Emissions. EPRI, Palo Alto, CA: Girardi P LCA del veicolo ibrido plug-in : il punto sulla ricerca Convegno Nazionale rete Italiana LCA, Padova 2010 Hacker F., Harthan R., Matthes F., Zimmer W Environmental impacts and impact on the electricity market of a large scale introduction of electric cars in Europe Critical Review of Literature ETC/ACC Technical Paper 2009/4. Ruini L.F., 2011 LCA & EPD: dall Analisi all Azione, Convegno Nazionale rete Italiana LCA, Roma 2011