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
Proiezione energetica (Mtoe) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 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. 0 2002 2030 2002 2030 2002 2030 2002 2030 Nord America Unione Europea OECD Asia e Oceania Cina ed India
FONTE: EIA Petrolio Gas naturale Carbone Elettricità Rinnovabili Totale trasporti Energia e Trasporti 2003 2104 23 5 20 13 2165 2010 2376 23 8 23 20 2449 2030 3059 3150 3.6 1.4 30 3 28 30 2003-2030 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 1.4 1-1.7 0.9
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
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
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
Esempio: WTT energetico per alcuni carburanti FUEL WTT e WTT e ' MJ x / MJ f MJ t / MJ f Gasoline 0.14 1.14 Diesel 0.16 1.16 CNG (Compressed Natural Gas) 0.19 1.19 Bio-ethanol (1st gen) 1.51 2.51 Bio-diesel (1st gen) 1.22 2.22 Electricity from EU-mix 1.87 2.87 H2 central (that is by NG in central plants) 0.72 1.72 H2 on-site (that is by NG in on-site plants) 0.95 1.95
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
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 0.042 0.002 0.067 12.5 ICE / Diesel 0.036 0.001 0.059 14.2 ICE / CNG 0.011 0.001 0.017 14.0 ICE / Bio-ethanol (1st gen) 0.230 0.018 0.038-23.9 ICE / Bio-diesel (1st gen) 0.197 0.004 0.068-26.3 ICE / H2 central 0.110 0.055 0.128 98.2 ICE / H2 on site 0.097 0.054 0.137 110.9 ICE Hyb / Gasoline 0.042 0.002 0.067 12.5 ICE Hyb / Diesel 0.036 0.001 0.059 14.2 ICE Hyb / CNG 0.011 0.001 0.017 14.0 ICE Hyb / Bio-ethanol (1st gen) 0.230 0.018 0.038-23.9 ICE Hyb / Bio-diesel (1st gen) 0.197 0.004 0.068-26.3 ICE Hyb / H2 central 0.110 0.055 0.128 98.2 ICE Hyb / H2 on-site 0.097 0.054 0.137 110.9 FC / H2 central 0.110 0.055 0.128 98.2 FC / H2 on-site 0.097 0.054 0.137 110.9 FC Hyb / H2 central 0.110 0.055 0.128 98.2 FC Hyb / H2 on-site 0.097 0.054 0.137 110.9 BEV / EU-mix 0.179 0.009 0.392 129.2
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 0.060 0.005 0.001 139.6 ICE / Diesel 0.180 0.005 0.001 131.1 ICE / CNG 0.060 0.005 0.001 107.9 ICE / Bio-ethanol (1st gen) 0.060 0.005 0.001 135.9 ICE / Bio-diesel (1st gen) 0.180 0.005 0.001 136.4 ICE / H2 central 0.060 0.000 0.000 0.5 ICE / H2 on site 0.060 0.000 0.000 0.5 ICE Hyb / Gasoline 0.052 0.004 0.001 120.1 ICE Hyb / Diesel 0.148 0.004 0.001 108.4 ICE Hyb / CNG 0.044 0.004 0.001 80.7 ICE Hyb / Bio-ethanol (1st gen) 0.052 0.004 0.001 116.7 ICE Hyb / Bio-diesel (1st gen) 0.148 0.004 0.001 112.7 ICE Hyb / H2 central 0.053 0.000 0.000 0.5 ICE Hyb / H2 on-site 0.053 0.000 0.000 0.5 FC / H2 central 0.000 0.000 0.000 0.0 FC / H2 on-site 0.000 0.000 0.000 0.0 FC Hyb / H2 central 0.000 0.000 0.000 0.0 FC Hyb / H2 on-site 0.000 0.000 0.000 0.0 BEV / EU-mix 0.000 0.000 0.000 0.0
WTW Energetico
WTW Ambientale (GHG)
WTW Ambientale (NOx)
WTW Globale (economico)
WTW Globale (economico): insight su trasporto elettrico
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
GRAZIE PER L ATTENZIONE