CORSO DI MACCHINE II ED ENERGETICA A.A. 2012/2013 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica TEMA D ANNO

CORSO DI MACCHINE II ED ENERGETICA A.A. 2012/2013 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica TEMA D ANNO Influenza del mix di generazione elettrica nazionale sulle emissioni di CO 2 di una city-car elettrica e analisi del payback time. Docente: Prof.ssa Ing. Teresa Donateo Studente: Antonio Tricarico n matricola: 20009708

INDICE 1.1 Considerazioni generali 3 1.2 Mix di generazione elettrica nazionale 3 1.3 Mix elettrico ed emissioni di CO 2 8 1.4 Il contributo delle fonti rinnovabili 9 1.5 Scenari di evoluzione del mix elettrico 10 1.6 I veicoli elettrici 19 1.7 Modalità di ricarica e impatto sulla rete elettrica 20 1.8 Emissioni di CO 2 per una city-car elettrica 22 1.9 Influenza del mix elettrico sulle emissioni di CO 2 27 1.10 Analisi LCA: veicolo elettrico e veicolo convenzionale 30 1.11 Analisi dei costi 33 1.12 Conclusioni 38 APPENDICE A Mix elettrico nazionale e fattori di emissione di CO 2 dal 1990 al 2011 (Dati Ispra). APPENDICE B Consumo elettrico del modello SMART FORTWO ELECTRIC DRIVE e relative emissioni WTT e LCA per differenti cicli di guida e per differenti scenari del mix generazione elettrica nazionale. Consumi di carburante del modello SMART FORTWO COUPÈ PURE 45 kw mhd e relative emissioni di CO 2 WTW e LCA per differenti cicli di guida. APPENDICE C Analisi dei costi connessi all utilizzo dei modelli SMART FORTWO ED e SMART FORTWO PULSE 52 kw MHD. 39 40 42 2

1.1 Considerazioni generali. I cambiamenti climatici continuano ad essere una driving force per numerosi aspetti della vita sociale: gli sforzi dei ricercatori sono tuttora tesi a predire e comprendere il verificarsi di eventi meteorologici estremi, l aumento delle temperature e la carenza di risorse, fenomeni che si verificano non appena il clima si sposta verso un equilibrio differente. A tal proposito, attualmente si assiste ad un cambiamento del modo in cui i governi affrontano le problematiche relative all impatto ambientale, derivanti dalle cause appena elencate. Una società maggiormente sostenibile non può prescindere dalla riduzione delle emissioni di gas serra (GHG), se si considera che il settore dei trasporti su strada è tra quelli che influiscono maggiormente sulle emissioni di anidride carbonica nell atmosfera, ritenute le principali responsabili dell effetto serra e per questo motivo destinatarie di azioni finalizzate al loro ridimensionamento. In questo contesto, i veicoli elettrici a batteria (BEV) potrebbero assumere un ruolo sempre più importante, con lo scopo di risolvere le problematiche che riguardano i cambiamenti climatici, la sicurezza energetica e l incremento del costo dei combustibili. L impiego di veicoli ad alimentazione elettrica in sostituzione di quelli convenzionali, è oggetto di continui studi e ricerche, nonché di accesi dibattiti riguardo al loro effettivo contributo nei confronti dell inquinamento atmosferico. Tali veicoli, se paragonati a quelli convenzionali, presentano indubbiamente evidenti vantaggi, in termini di abbattimento delle emissioni di gas serra e di efficienza del sistema propulsivo. Oltre alla CO 2, il ricorso ai veicoli elettrici come sistema di trasporto, garantirebbe risultati significativi nell abbattimento di NO x, CO e PM 10, quest ultimo particolarmente nocivo. È doveroso precisare fin da subito che i veicoli ad alimentazione elettrica risultano comunque coinvolti nella produzione di gas serra, sebbene sia evidente che i processi energetici che si vengono a determinare in tali sistemi di trasporto, non costituiscono la causa di emissioni di CO 2 : le batterie di alimentazione devono essere ricaricate, e l energia atta a questo scopo è prodotta principalmente da centrali termoelettriche, ossia mediante la combustione di gas, petrolio e carbone. Il presente studio si pone come obiettivo l analisi dell effettivo contributo delle auto elettriche sull abbattimento delle emissioni di anidride carbonica, in funzione del mix di generazione elettrica nazionale, la cui evoluzione sarà considerata per differenti scenari. Infine, è effettuata un analisi di carattere economico, volta a stabilire se la scelta di un veicolo elettrico, in luogo di una vettura convenzionale, possa costituire un opzione economicamente sostenibile. 1.2 Mix di generazione elettrica nazionale. Il settore della produzione di energia elettrica, insieme a quello dei trasporti, rappresenta una delle attività che comporta l emissione del maggior quantitativo di GHG in atmosfera. 3

Su scala nazionale, la domanda di energia elettrica è soddisfatta in maniera predominante dalla produzione termoelettrica. A tal proposito, il mix elettrico nazionale rappresenta l insieme delle fonti energetiche e delle soluzioni tecnologiche impiegate per la produzione dell energia elettrica richiesta da ciascuna nazione: la composizione del mix elettrico nazionale rappresenta un dato di fondamentale importanza, in quanto permette di valutare le emissioni derivanti dall impiego di veicoli elettrici. I dati in Tabella 1 e il grafico in Figura 1.1 indicano, rispettivamente, la produzione elettrica in GWh e la composizione percentuale del mix elettrico nazionale, relativamente all anno 2011 1,2. Tabella 1: Produzione elettrica nazionale per fonte. Fonte GWh Termoelettrica 227700.3 Idroelettrica da pompaggio 1934.2 Idroelettrica 45822.7 Geotermica 5654.3 Eolica 9856.4 Fotovoltaica 10795.7 Altre rinnovabili 10832.4 3.15% 3.45% 3.47% 1.81% 14.66% 0.62% 72.84% Termoelettrica Idroelettrica da pompaggio Idroelettrica Geotermica Eolica Fotovoltaica Altre rinnovabili Figura 1.1: Composizione percentuale del mix elettrico nazionale di produzione. 1 Produzione termoelettrica ed emissioni di CO 2 nel settore elettrico e analisi della decomposizione delle emissioni., Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (2012). 2 I dati relativi al mix elettrico di generazione elettrica sono riferiti al 2011, in quanto i dati relativi al 2012 saranno resi disponibili nel secondo semestre 2013. 4

La percentuale di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili si attesta intorno al 27%: nel diagramma in Figura 1.2, si nota come la produzione da fonte idroelettrica rappresenti la quota preponderante tra le fonti rinnovabili. 13.1% 13.0% 11.9% 55.2% Idroelettrica Geotermica Eolica Fotovoltaica Altre rinnovabili 6.8% Figura 1.2: Composizione percentuale della produzione elettrica da fonti rinnovabili. L energia elettrica di origine termica costituisce la quota preponderante della produzione elettrica nazionale, sebbene negli ultimi anni il contributo delle fonti rinnovabili (in particolare eolica e fotovoltaica) abbia registrato una crescita rapida (Figura 1.3). La produzione termoelettrica, il cui andamento è mostrato in Figura 1.4 per il periodo 1990-2011, è suddivisa principalmente in: combustibili solidi (principalmente carbone); gas naturale; prodotti petroliferi (quali olio combustibile, gasolio, coke di petrolio); gas derivati (gas di acciaieria ad ossigeno, gas d altoforno e gas di cokeria). Fino agli inizi degli anni 90 i prodotti petroliferi rivestivano un ruolo predominante nella produzione di energia elettrica, contribuendo a circa il 50% di generazione termoelettrica: tuttavia, con l adozione di politiche ambientali volte alla riduzione delle emissioni di sostanze inquinanti, con l aumento del pezzo del petrolio e in seguito al raggiungimento di una maggiore 5

efficienza degli impianti a ciclo combinato, si è assistito ad una progressiva riduzione dell impiego di prodotti petroliferi a vantaggio del gas naturale. Il carbone, le cui riserve mondiali risultano essere cospicue, offre un contributo non irrilevante nella produzione elettrica derivante da combustibili fossili e presenta un costo più stabile rispetto alle altre fonti fossili, anche se il suo utilizzo implica un maggior impatto ambientale. 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Figura 1.3: Andamento della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili dal 1990 al 2011. 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Figura 1.4: Andamento della produzione di energia elettrica da fonte termoelettrica dal 1990 al 2011. 6

L incidenza della produzione termoelettrica sul mix di generazione e le quote relative alle fonti utilizzate sono mostrate, rispettivamente, nelle Figure 1.5 e 1.6. Figura 1.5: Incidenza della produzione termoelettrica sul mix di generazione dal 1990 al 2011. Figura 1.6: Quote di produzione termoelettrica e rinnovabile sul mix di generazione dal 1990 al 2011. 7

1.3 Mix elettrico ed emissioni di CO 2. Come si è detto, le emissioni dovute ai BEV dipendono dal modo in cui viene generata l energia necessaria alla ricarica delle batterie: ogni nazione produce energia elettrica secondo un proprio mix di risorse, ciascuno dei quali determina l emissione di una data quantità di anidride carbonica per ogni chilowattora di energia elettrica prodotta (g CO 2 /kwh), a meno che l energia di ricarica non provenga completamente da fonti rinnovabili. Al fine di calcolare le emissioni di CO 2 attribuibili al consumo di energia, occorre determinare il fattore di emissione. I fattori di emissione dei combustibili usati nella generazione elettrica sono calcolati a partire dal contenuto di carbonio e dal potere calorifico dei rispettivi combustibili. 3 La Tabella 3 riporta le emissioni di anidride carbonica per unità di energia elettrica lorda, relativamente ai combustibili utilizzati nelle centrali termoelettriche presenti sul territorio nazionale. Tabella 3: Andamento della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili dal 1990 al 2010. Produzione Anno termoelettrica lorda Produzione elettrica lorda 1 g CO 2 / kwh 1990 708.4 592.0 1991 711.4 562.9 1992 696.8 553.2 1993 683.5 542.1 1994 679.6 535.8 1995 691.9 570.7 1996 680.6 549.3 1997 669.7 543.9 1998 672.0 549.1 1999 662.3 532.5 2000 649.2 528.3 2001 628.1 504.9 2002 628.3 523.0 2003 607.9 513.7 2004 592.9 491.5 2005 568.4 482.5 2006 560.2 475.5 2007 545.8 468.8 2008 538.6 447.3 2009 528.7 414.4 2010 520.3 401.3 2011 519.0 393.1 1 al netto di apporti da pompaggio 3 Italian Greenhouse Gas Inventory 1990-2010., National Inventory Report (2012). 8

Il fattore di emissione del parco termoelettrico è pari, al netto della produzione e per l anno considerato, a 519 g CO 2 /kwh. La percentuale relativa alle fonti rinnovabili permette di ottenere un fattore di emissione totale pari a 393.1 g CO 2 /kwh, in conseguenza del fatto che tali fonti non causano l emissione diretta di GHG per quanto concerne la produzione di energia elettrica: si noti come tale assunzione possa valere sol nel caso in cui si trascurino le emissioni atmosferiche connesse al ciclo di vita delle fonti suddette, poiché vengono prese in esame le emissioni dovute esclusivamente alla fase di produzione di energia elettrica, analogamente a quanto avvenuto per i combustibili fossili. 1.4 Il contributo delle fonti rinnovabili. Per molti decenni le energie rinnovabili sono state costituite essenzialmente dalla componente idroelettrica. La produzione di energia elettrica relativa all anno 2011 a partire da fonti rinnovabili costituisce il 26.5% del mix elettrico produttivo: se verrà confermato il trend crescente delle fonti rinnovabili, si potrà assistere ad un decremento della produzione di energia elettrica a partire da combustibili fossili. In Figura 1.3 è rappresentato l andamento relativo all incidenza delle fonti rinnovabili sul mix di generazione, a partire dal 1990: l eolico e, in particolare il fotovoltaico, hanno denotato una crescita sostanziale negli ultimi anni (Figura 1.7): l apporto di quest ultima fonte si è sestuplicato rispetto ai valori registrati nel 2010 (la produzione di energia elettrica da fotovoltaico è passata da 1,9 TWh nel 2010 a 10,8 TWh nel 2011). La componente idroelettrica rappresenta ancora oggi la componente prevalente delle fonti rinnovabili (55,2%), tuttavia è possibile valutare come, nel periodo considerato, si assesti intorno ad un valore pressoché costante (Figura 1.8). 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 20000 15000 10000 5000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Figura 1.7: Andamento della produzione di energia elettrica da eolico (verde) e da fotovoltaico (giallo) dal 1990 al 2011. 9

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Figura 1.8: Andamento della produzione di energia elettrica da fonte idroelettrica dal 1990 al 2011. 1.5 Scenari di evoluzione del mix elettrico. A valle di quanto esposto nei paragrafi precedenti, si passa ora ad analizzare i modi mediante i quali soddisfare i consumi elettrici per i prossimi anni. Secondo alcuni scenari proposti da ENEA 4, per perseguire gli obiettivi di riduzione delle emissioni è necessario agire su diversi fronti, tra cui il dispacciamento di tecnologie low carbon e la diversificazione delle fonti a vantaggio delle rinnovabili, il che presuppone cospicui investimenti nella diffusione di queste tecnologie, tali da garantire un buon grado di affidabilità del sistema elettrico: questi due obiettivi risultano quindi imprescindibili da impegni economici assunti nella ricerca e nell innovazione. A tal proposito, vengono considerati quattro scenari differenti (Tabella 4, dati espressi in TWh), che analizzano l evoluzione del suddetto mix elettrico di produzione fino al 2030: scenario Base, che presuppone un evoluzione coerente con il trend attuale, senza nuovi interventi di politica energetica e in cui la produzione da rinnovabili raggiunge i 100 TWh solo nel 2030: in sintesi, questo scenario non tiene conto dei recenti piani d azione per le energie rinnovabili e l efficienza energetica; scenario Politiche correnti, che esplora un evoluzione del sistema elettrico italiano che sia coerente con i recenti piani energetici PAN 2010 5 e PAEE 2011 6 ; 4 Gli scenari proposti sono realizzati con il ricorso al modello Times Italia, sviluppato dall Unità Centrale Studi e Strategie. Nel modello è rappresentato il sistema energetico nazionale nella sua interezza: approvvigionamento fonti, trasformazione, produzione e distribuzione di energia, tecnologie nei diversi settori di impiego. 5 Piano d azione nazionale per le energie rinnovabili (2010). 6 Piano d Azione per l Efficienza Energetica (2011). 10

scenario Roadmap 2050, che si particolarizza per l elevata penetrazione delle fonti rinnovabili e l affermarsi della CCS 7, in linea con quanto affermato dalla Roadmap 2050 8 dell Unione Europea, che prevede la riduzione delle emissioni di almeno l 80% nel 2050; scenario Green, in cui è previsto un aumento del costo dei combustibili fossili e una diminuzione dei costi necessari all installazione di impianti di produzione a partire da fonti rinnovabili: l evoluzione del mix elettrico è tale da garantire, entro il 2050, il soddisfacimento della domanda elettrica esclusivamente da energie rinnovabili 9 e, entro il 2030, un bilanciamento della produzione. Per gli scenari così delineati, ad eccezione dello scenario Green, i combustibili fossili costituiscono la principale aliquota del mix di generazione elettrica, anche se il ricorso a prodotti petroliferi cala drasticamente in tutti i contesti suddetti. La spinta alla generazione elettrica da fonti rinnovabili penalizza il ricorso a combustibili fossili per gli scenari di policy, mentre nello scenario Base l utilizzo di gas naturale arriva a coprire più del 50% del mix. Tabella 4: Mix di generazione elettrica per differenti scenari (dati espressi in TWh). POLITICHE ROADMAP BASE FONTE CORRENTI 2050 GREEN 2020 2030 2020 2030 2020 2030 2020 2030 Termoelettrico 250.5 292.0 212.0 249.4 220.0 243.0 178.1 152.2 Idroelettrico 47.6 48.7 47.6 48.8 47.9 48.9 45.0 45.0 Geotermico 7.5 7.5 6.9 7.5 8.2 9.3 5.5 5.5 Eolico e Fotovoltaico 28.7 35.4 43.2 54.5 46.7 65.7 69.9 101.5 Altre rinnovabili 12.9 13.7 18.1 19.2 17.4 24.1 17.7 18.6 TOTALE 347.2 397.3 327.8 379.4 340.2 391.0 316.2 322.7 Per gli scenari così delineati si mostrano in Figura 1.9 le variazioni percentuali delle emissioni di anidride carbonica, in relazione al mix elettrico di produzione relativo all anno 2011. 7 Carbon Capture and Storage. 8 Commissione Europea (COM 2011/0112), A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050, (Marzo 2011). 9 Convegno Kyotoclub, 100% Rinnovabili. La sfida per le energie verdi entro il 2050 (Febbraio 2011). 11

30% 20% 10% 14.7% 20.8% 0% -10% -7.0% -4.2% -20% -30% 2020 2030-40% -37.5% -50% -45.6% -60% -70% -80% -64.1% Base Politiche correnti Roadmap 2050 Green -72.8% Figura 1.9: Variazioni percentuali delle emissioni di CO 2, rispetto al mix elettrico relativo all anno 2011, per differenti scenari. Le fonti rinnovabili, come si evince, sono caratterizzate globalmente da un trend crescente, ma l incremento si configura maggiormente marcato negli scenari Roadmap 2050 e Green: nello scenario Base la crescita della generazione da fonti rinnovabili risulta frenata, significando la mancanza di scopi anti-emissivi e di adeguate infrastrutture di rete. Il contributo del carbone viene considerato costante per i primi due scenari, mentre si presuppone che il ricorso a combustibili solidi nei restanti scenari sia reso possibile solo in associazione a processi di cattura e sequestro dell anidride carbonica. I diagrammi riportati nei dettagli di Figura 1.10 rappresentano il mix elettrico negli scenari di cui sopra, ciascuno dei quali è valutato sia nel breve periodo (2020) che nel lungo periodo (2030). L evoluzione del contributo offerto dalle fonti rinnovabili e da quelle non rinnovabili è sintetizzato nei diagrammi in Figura 1.11. 12

Scenario Base (2020) 3.72% 2.16% 8.27% 13.71% 72.15% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Scenario Base (2030) 3.45% 1.89% 8.91% 12.26% 73.50% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Figura 1.10 (a): Scenario Base. 13

Scenario Politiche correnti (2020) 5.52% 2.10% 14.52% 13.18% 64.67% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Scenario Politiche correnti (2030) 5.06% 1.98% 12.86% 14.36% 65.74% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Figura 1.10 (b): Scenario Politiche correnti. 14

Scenario Roadmap 2050 (2020) 5.11% 2.41% 14.08% 13.73% 64.67% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Scenario Roadmap 2050 (2030) 6.16% 2.38% 16.80% 12.51% 62.15% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Figura 1.10 (c): Scenario Roadmap 2050. 15

Scenario Green (2020) 5.60% 22.12% Termoelettrico Idroelettrico Geotermico 1.74% 14.23% 56.32% Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili Scenario Green (2030) 5.76% Termoelettrico 31.44% 47.15% Idroelettrico Geotermico Eolico e Fotovoltaico Altre rinnovabili 1.70% 13.94% Figura 1.10 (d): Scenario Green. 16

Scenario Base 100% 90% 80% 26.54% 27.85% 26.50% 70% 60% 50% RINNOVABILI 40% 30% 73.46% 72.15% 73.50% NON RINNOVABILI 20% 10% 0% 2011 2020 2030 Figura 1.11 (a): Composizione percentuale del mix di fonti rinnovabili e non rinnovabili nello scenario Base per gli anni 2020 e 2030. Scenario Politiche correnti 100% 90% 80% 26.54% 35.33% 34.26% 70% 60% 50% RINNOVABILI 40% 30% 73.46% 64.67% 65.74% NON RINNOVABILI 20% 10% 0% 2011 2020 2030 Figura 1.11 (b): Composizione percentuale del mix di fonti rinnovabili e non rinnovabili nello scenario Politiche correnti per gli anni 2020 e 2030. 17

Scenario Roadmap 2050 100% 90% 80% 26.54% 35.33% 37.85% 70% 60% 50% RINNOVABILI 40% 30% 73.46% 64.67% 62.15% NON RINNOVABILI 20% 10% 0% 2011 2020 2030 Figura 1.11 (c): Composizione percentuale del mix di fonti rinnovabili e non rinnovabili nello scenario Roadmap 2050 per gli anni 2020 e 2030. Scenario Green 100% 90% 80% 70% 26.54% 43.68% 52.85% 60% 50% RINNOVABILI 40% 30% 20% 73.46% 56.32% 47.15% NON RINNOVABILI 10% 0% 2011 2020 2030 Figura 1.11 (d): Composizione percentuale del mix di fonti rinnovabili e non rinnovabili nello scenario Green per gli anni 2020 e 2030. 18

1.6 I veicoli elettrici. Dall analisi effettuata si può dedurre come i veicoli elettrici a batteria (BEV) abbiano potenzialità tali da renderli adatti alla riduzione delle emissioni di GHG. Un veicolo stradale a propulsione elettrica (Figura 1.12) è costituito da un motore elettrico, connesso alle ruote motrici mediante una trasmissione di tipo tradizionale, da un inverter elettronico che gestisce il motore elettrico in funzione della posizione del pedale dell acceleratore e del freno, da una batteria, necessaria all energia di trazione, e da un dispositivo di carica della batteria stessa, installato a bordo. Il rifornimento di energia elettrica avviene sostanzialmente attraverso una presa elettrica simile a quelle ad uso domestico, oppure mediante prese elettriche di tipo industriale. Solitamente, un BEV incorpora una strumentazione atta a ridurre il consumo di energia, come la frenata rigenerativa, che permette la conversione dell energia cinetica in energia elettrica disponibile per le batterie, impedendo che l energia di frenata venga dissipata sotto forma di calore e garantendo di conseguenza una migliore efficienza complessiva della vettura e una maggiore autonomia del veicolo. Inoltre, un aspetto di cui tener conto riguarda l assenza di perdite energetiche quando la vettura è ferma, per l intrinseca natura di un motore elettrico. Questo sistema per la mobilità presenta alcuni vantaggi, ossia: assenza di emissioni nocive in atmosfera (relativamente ai processi energetici che si concretizzano nel veicolo); rendimento energetico globale più elevato, se paragonato a quello dei veicoli convenzionali; coppia di trazione più adeguata per la mobilità in ambito urbano; rumorosità quasi del tutto nulla; manutenzione limitata o assente. Di contro, i veicoli elettrici sono caratterizzati dai seguenti svantaggi: autonomia limitata e compresa generalmente tra 100 km e 150 km; vita utile limitata, intesa come numero di cicli di ricarica; costo e peso delle batterie elevati; tempi di ricarica lunghi, compresi tra 6 h e 8 h. Il costo di un veicolo alimentato da energia elettrica dipende principalmente dal costo delle batterie, che varia in base al tipo e alla capacità, questi ultimi fattori determinanti per la stima dell autonomia di viaggio, la velocità massima raggiungibile, il tempo di vita utile della batteria e il tempo necessario alla ricarica. Si evince come il componente principale, ossia la batteria, rappresenti al contempo anche il fattore più critico dal punto di vista tecnologico. 19

Figura 1.12: Architettura di un veicolo stradale a propulsione elettrica. Le caratteristiche fondamenti delle batterie di trazione sono la densità energetica, espressa in Wh/kg, e la densità di potenza, misurata in W/kg: il primo parametro fornisce informazioni riguardo all autonomia del veicolo elettrico, mentre il secondo permette di valutare l accelerazione e la velocità massima raggiungibili. Per quanto concerne il tempo di ricarica, la durata si aggira mediamente intorno a 7 h per ciascun tipo di batteria, oppure intorno a 2 h per ricarica di tipo parziale, tuttavia la ricerca è orientata a sistemi di ricarica più rapidi, come l installazione di colonnine di ricarica ad alta potenza, specifiche per i veicoli in oggetto. 1.7 Modalità di ricarica e impatto sulla rete elettrica. La rete elettrica nazionale è strutturata in modo tale da operare a corrente alternata (con frequenza pari a 50 Hz) e fornire energia elettrica all utenza ad una data tensione nominale (230 V). Il sistema di alimentazione di un veicolo elettrico è costituito, come si è visto, da una batteria, la quale rappresenta il sistema elettrico primario, che opera a corrente continua e consente l alimentazione del sistema elettrico secondario, atto a garantire il funzionamento dei servizi ausiliari. Inoltre, la tensione lato continua di tale sistema varia a seconda dello stato di carica della batteria e della potenza in ingresso alla batteria stessa. Date queste premesse, ne consegue che per trasferire energia elettrica dalla rete al sistema di alimentazione del veicolo elettrico è necessario commutare la corrente elettrica alternata in 20

continua, regolare la tensione applicata alla batteria durante il processo di ricarica e far sì che ciò avvenga mediante una connessione fisica tra le parti. Le modalità di ricarica ammesse 10 sono le seguenti: ricarica in ambiente domestico (ricarica lenta in 6-8 ore), la quale può avvenire esclusivamente in ambienti privati e con corrente massima di 16 A, utilizzando una presa domestica o industriale da 16 A; ricarica in ambiente domestico e pubblico (ricarica lenta in 6-8 ore), che è simile alla precedente ad eccezione della presenza, sul cavo di alimentazione, di un dispositivo denominato control box (sistema PWM), che garantisce un esecuzione del processo di ricarica in condizioni di sicurezza; ricarica in ambiente domestico e pubblico (ricarica lenta in 6-8 ore o mediamente veloce in 30 minuti-1 ora), la quale deve avvenire mediante connettori specifici; ricarica in ambiente pubblico (ricarica veloce), grazie alla quale è possibile ricaricare il veicolo, mediante un carica batterie esterno, in 5-10 minuti e in corrente continua (fino a 200 A). Affinché l auto elettrica possa essere interessata da una rapida diffusione è indispensabile che la rete di stazioni di caricamento risulti adeguata: in una situazione del genere, è ovvio considerare che la domanda di energia elettrica si troverebbe coinvolta da un impatto non trascurabile, con tutte le problematiche sulla definizione del profilo di carico e sulla sua prevedibilità che ne deriverebbero. A tal proposito, la domanda di energia elettrica non è costante durante la giornata (Figura 1.13). Se la ricarica delle batterie avvenisse durante le ore diurne, ricorrendo a fonti rinnovabili, le stazioni di ricarica potrebbero essere organizzate in modo tale da differire nel tempo l immissione nel sistema di distribuzione dell energia elettrica prodotta a partire da impianti non programmabili (i.e. centrali eoliche e fotovoltaiche), ottimizzando di fatto lo sfruttamento della rete elettrica; considerando una ricarica delle batterie durante le ore notturne, in cui la richiesta di energia è molto bassa e la riserva di capacità produttiva è consistente, si otterrebbero una migliore gestione degli impianti di generazione e una maggiore economicità del sistema di produzione dell energia elettrica. 10 Norma EC 61851-1. 21

50000 45000 40000 35000 MW 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 h Figura 1.13: Andamento orario della domanda di energia elettrica (24/06/2013). 1.8 Emissioni di CO 2 per una city-car elettrica. Lo scopo di questo studio è quello di valutare come il mix elettrico di generazione elettrica influenzi le emissioni di anidride carbonica prodotte dall utilizzo di un veicolo a batteria. L impatto ambientale dei veicoli elettrici deve essere accuratamente valutato e confrontato con l impatto dei veicoli convenzionali, mediante un analisi del ciclo di vita che prenda in esame l impatto delle emissioni well-to-wheel 11. In fase di utilizzo, l indicatore tank-to-wheel dimostra, come è logico attendersi, che i veicoli elettrici non emettono sostanze inquinanti, mentre le emissioni di CO 2 causate dalla produzione di energia elettrica che alimentano il veicolo sono tali da rendere la mobilità elettrica particolarmente indicata per l abbattimento delle emissioni di gas serra provenienti dal settore dei trasporti: precedenti studi 12 hanno evidenziato come un mezzo elettrico possa produrre meno della metà delle emissioni prodotte da un veicolo alimentato da combustibili fossili. Proprio in questo contesto, l elettrificazione dei trasporti causerebbe un aumento della domanda complessiva di energia elettrica, potenzialmente responsabile di emissioni di CO 2, le quali dipendono in maniera intrinseca dal mix di fonti utilizzate per la generazione. 11 L impatto well-to-wheel (WTW) rappresenta la somma dell impatto della produzione del carburante (well-to-tank) e dell impatto dell uso del veicolo (tank-to-wheel). L indicatore WTW fornisce informazioni anche riguardo all impatto ambientale della produzione e dello smaltimento del veicolo. 12 European Association for Battery Electric Vehicles, Energy consumption, CO 2 emissions and other considerations related to Battery Electric Vehicles, www.going-electric.org, 2009, p. 2 22

I dati su cui si basano le conclusioni che verranno enunciate nel prosieguo si riferiscono a esperienze condotte 13 considerando il comportamento del modello SMART FORTWO ELECTRIC DRIVE (Figura 1.14), che rappresenta il tipico veicolo adatto all uso urbano, segmento verso cui le case costruttrici stanno orientando la produzione di veicoli elettrici. Le caratteristiche tecniche del modello suddetto, fornite dal costruttore, sono riportate nella Tabella 5. Figura 1.14: Smart Fortwo Electric Drive. I suddetti dati riguardano due scenari di traffico differenti, riferiti a Lecce: scenario Campus Ecotekne, riferito a 3 cicli di guida (A, B, R*25); scenario Centro cittadino, per il quale sono stati analizzati 9 cicli di guida, comprendenti i cicli standard NEDC e ECE. Si precisa che i cicli di guida denominati A e B derivano da simulazioni effettuate mediante il software SUMO, in differenti condizioni di traffico. Il ciclo R è stato acquisito a bordo della vettura attraverso un sistema GPS ed è stato soggetto a 25 ripetizioni, al fine di ottenere una durata comparabile con quella dei cicli A e B. 13 Impact of hybrid and electric mobility in a medium-sized historic city, T.DONATEO, F.INGROSSO, F.LACANDIA, E.PAGLIARA. 23

Il ciclo ECE è utilizzato al fine di rappresentare le condizioni di guida del veicolo in ambito cittadino; il ciclo NEDC è costituito dalla successione di quattro cicli ECE e da un ciclo EUDC, quest ultimo atto a descrivere le condizioni di guida in un percorso extraurbano. Tabella 5: Caratteristiche tecniche del modello Smart Fortwo Electric Drive. COSTRUTTORE Smart MODELLO Fortwo Electric Drive MOTORE Elettrico a magnete permanente POTENZA CONTINUA [kw] 35 POTENZA MASSIMA [kw] 55 COPPIA MASSIMA [Nm] 130 ACCELERAZIONE 0-60 km/h [s] 4.8 ACCELERAZIONE 0-100 km/h [s] 11.5 VELOCITÀ MASSIMA [km/h] 125 AUTONOMIA [km] 145 CAPACITÀ DELLA BATTERIA [kwh] 17.6 TIPO DI BATTERIA Ioni di litio NUMERO DI CELLE DELLA BATTERIA 93 CARICABATTERIE DI BORDO [kw] 3.3 (230 V) TEMPO DI RICARICA (230 V) SENZA WALLBOX [h] 7 TEMPO DI RICARICA (230 V) CON WALLBOX [h] 6 TEMPO DI RICARICA RAPIDA (400 V/22 kw) CON WALLBOX [h] 1 LUNGHEZZA/LARGHEZZA/ALTEZZA [mm] 2695/1559/1565 PASSO [mm] 1867 CARREGGIATA (anteriore/posteriore) [mm] 1283/1385 DIAMETRO DI VOLTA [m] 8.75 PESO A VUOTO (escluso guidatore) / CARICO UTILE [kg] 900/250 I grafici in Figura 1.15 e in Figura 1.16 esprimono i consumi elettrici, espressi in kwh/km, per i cicli di guida che hanno interessato il modello in oggetto. 24

kwh/100 km 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 15.2 14.8 12.1 A B R*25 Figura 1.15: Consumi elettrici relativi allo scenario Campus Ecotekne cotekne. 20.0 18.0 16.8 kwh/100 km 16.0 14.0 17.4 16.0 14.9 14.7 14.9 14.5 4 5 6 12.5 11.2 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 NEDC ECE 1 2 3 7 Figura 1.16: Consumi elettrici relativi allo scenario Centro cittadino. cittadino Relativamente al mix di generazione elettrica attuale, caratterizzato caratterizzato da un fattore di emissione pari a 393.1 g CO2/kWh, le emissioni di anidride carbonica calcolate per i suddetti cicli sono quelle mostrate in Figura 1.17 e in Figura 1.18. 25

70.0 59.8 60.0 58.2 47.6 g/km 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 A B R*25 Figura 1.17: Emissioni di CO2 relative allo scenario Campus Ecotekne cotekne. 80.0 70.0 66.0 g/km 62.9 58.6 60.0 50.0 68.3 57.6 58.4 56.8 4 5 6 49.1 44.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 NEDC ECE 1 2 3 7 Figura 1.18: Emissioni di CO2 relative allo scenario Centro cittadino. Nel prossimo paragrafo si mostrerà come le l possibili evoluzioni del mix elettrico di produzione di energia elettrica, descritte nel Par. 1.5, 1., incideranno sulle emissioni WTT del veicolo elettrico in oggetto. 26

1.9 Influenza del mix ix elettrico sulle emissioni di CO2. In precedenza sono stati proposti quattro possibili scenari scenari evolutivi del mix elettrico, i quali risultano propedeutici per una valutazione di massima sul reale contributo offerto dai veicoli elettrici all abbattimento delle emissioni di CO2 nel settore dei trasporti. A questo scopo, si analizzano i dati relativi alle emissioni di CO2 per differenti mix di generazione elettrica, mostrati nelle immagini in Figura 1.19 (cicli di guidaa relativi al campus Ecotekne) e in Figura 1.20 (cicli di guida riferiti al centro cittadino di Lecce). I fattori di emissione di CO2 che hanno permesso di ottenere i suddetti dati sono quelli indicati in Figura 1.21 e sono rappresentativi di due contesti distinti, ossia uno di breve periodo (2020) (2020 e uno di lungo periodo (2030), così come descritto in precedenza. In particolare, per gli scenari Roadmap 2050 e Green si è tenuto conto dell affermarsi dei processi di cattura e stoccaggio dell anidride carbonica che, secondo le stime effettuate dal da Ministero dello Svilippo Economico, consentiranno di ridurne le emissioni del 20% entro il 2020. 80.0 70.0 60.0 MIX ATTUALE Base 2020 g/km 50.0 Base 2030 Politiche correnti 2020 40.0 Politiche correnti 2030 Roadmap 2020 30.0 Roadmap 2030 Green 2020 20.0 Green 2030 10.0 0.0 A B R*25 Figura 1.19: Emissioni di CO2 (espresse in g/km) relative allo scenario Campus ecotekne. ecotekne 27

90.0 80.0 70.0 MIX ATTUALE Base 2020 60.0 g/km Base 2030 50.0 Politiche correnti 2020 Politiche correnti 2030 40.0 Roadmap 2020 Roadmap 2030 30.0 Green 2020 20.0 Green 2030 10.0 0.0 NEDC ECE 1 2 3 4 5 6 7 Figura 1.20: Emissioni di CO2 (espresse in g/km) relative allo scenario Centro cittadino. cittadino Fattori di emissione CO2 500.0 475.0 450.7 450.0 400.0 393.1 365.5 376.5 g/kwh 350.0 300.0 245.8 250.0 2020 214.0 2030 200.0 141.0 150.0 107.0 100.0 50.0 0.0 MIX ATTUALE Base Politiche correnti Roadmap 2050 Green Figura 1.21: Fattori di emissione dell anidride carbonica per differenti scenari del mix elettrico nazionale. nazionale 28

L analisi dei risultati mostrati in precedenza permettono di concludere che, in assenza di interventi e politiche mirate, come nel caso dello scenario Base proposto, le emissioni di CO 2 connesse all utilizzo di un auto elettrica, potrebbero essere interessate da un aumento già nel breve periodo, denotando un incremento del 15%, mentre nel lungo periodo tale incremento supererebbe la soglia del 20%. Per quanto concerne lo scenario Politiche correnti, si evince come le politiche low-carbon e il differente mix elettrico di produzione, quest ultimo caratterizzato da un trend crescente di fonti rinnovabili, permettano una riduzione delle emissioni di CO 2 rispetto al 2011. Tuttavia tale riduzione risulta essere compromessa nel lungo periodo, interessato da un fattore di emissione maggiore di quello rilevato nel breve periodo, il che sta a significare un assenza di cambiamenti strutturali del sistema energetico. Contrariamente agli effetti di cui sopra, gli scenari Roadmap 2050 e Green si configurano come auspicabili per la diffusione della mobilità elettrica, grazie ad un accelerazione tecnologica più spinta rispetto allo scenario Politiche correnti: difatti, l ingente penetrazione delle fonti rinnovabili nel parco di generazione e la diminuzione di impianti che basano la loro produzione sui solidi fossili, unitamente all affermarsi di tecniche di CCS, determinerebbero fattori di emissione pari, rispettivamente, a 140 g CO 2 /KwH e 107 g CO 2 /KwH con decrementi, rispetto al mix attuale, prossimi al 70%. Attualmente, il mix di generazione elettrica nazionale risulta essere sbilanciato a vantaggio delle fonti fossili, il che porta a ritenere che l alimentazione delle auto elettriche è tuttora appannaggio del settore fossile: si desume che, se l energia necessaria alla ricarica delle batterie è prodotta dalle suddette fonti, di fatto la diffusione dell auto elettrica sposta il luogo delle emissioni dalla strada alla centrale, anche in considerazione del fatto che i processi di produzione delle batterie sono tali da causare di per sé un aumento delle emissioni 14. In conseguenza di quanto affermato si desume come la diffusione delle auto elettriche avrebbe come effetto utile esclusivamente lo spostamento delle emissioni dai veicoli convenzionali alle centrali di produzione di energia elettrica, qualora la rete elettrica non fosse supportata da una quota considerevole di fonti rinnovabili. In assenza di politiche energetiche che incentivino la produzione di energia pulita, l auto elettrica non sarebbe in grado di ridurre le emissioni di gas serra, ma potrebbe addirittura provocarne un aumento, per i motivi già esposti. Per questo motivo, la mobilità elettrica potrà costituire una valida soluzione per l abbattimento delle emissioni di gas serra solo nel caso in cui vi sia la decisa intenzione, da parte della governance italiana, di potenziare gli investimenti in tecnologie a basse emissioni di CO 2 che, alla luce delle scelte effettuate in ambito nucleare, sono quelle per le fonti rinnovabili e per la cattura e lo stoccaggio dell anidride carbonica, oltre a garantire interventi finalizzati ad una maggiore efficienza delle reti di trasmissione e distribuzione dell energia elettrica e smart grids tali da abbattere i carichi di picco che interessano la rete. 14 Rapporto Environmental Protection Agency (EPA). 29

1.10 Analisi LCA: veicolo elettrico e veicolo convenzionale. Da quanto detto, è evidente che i veicoli elettrici possano costituire una tecnologia in grado di ridurre le emissioni di CO 2 causate dalla circolazione dei veicoli convenzionali (CV) e dalla raffinazione dei carburanti. Tuttavia, i possibili benefici derivanti dalla diffusione della mobilità elettrica devono essere opportunamente soppesati, al fine di valutare nel miglior modo possibile l effettivo potenziale anti-inquinamento derivante dall utilizzo di veicoli BEV. Nonostante la fase di utilizzo del veicolo elettrico costituisca la causa principale del consumo energetico e delle conseguenti emissioni di CO 2, non bisogna trascurare l impatto ambientale determinato dalla fase di produzione e di smaltimento dei materiali che caratterizzano la struttura del veicolo. A tal proposito, è stata effettuata un analisi LCA 15 per la vettura elettrica descritta nel Paragrafo 1.8 ed per un veicolo tradizionale alimentato a benzina (SMART FORTWO COUPÈ PURE 45 kw mhd), i cui dati relativi alle emissioni WTW sono stati reperiti in letteratura 16 (vd. Appendice B), per gli analoghi cicli di guida che hanno interessato il veicolo BEV. Per tenere conto dell incidenza della fase di produzione sulle emissioni complessive di CO 2 per entrambe le vetture, le emissioni WTW sono state soggette ad un aumento percentuale, rappresentato da un fattore correttivo 17. Tabella 6: Fattore correttivo per veicoli BEV e CV. TIPO DI VEICOLO Veicolo elettrico a batteria (BEV) Veicolo convenzionale (CV) % EMISSIONI DI CO 2 (LCA) FATTORE PRODUZIONE VITA UTILE SMALTIMENTO CORRETTIVO 34.7 65.3-1.53 13 87-1.15 I diagrammi in Figura 1.22 e in Figura 1.23 mostrano le emissioni di CO 2 per i veicoli considerati. Per la vettura elettrica il mix elettrico di riferimento è quello relativo al 2011. Si noti come il modello elettrico presenti emissioni di anidride carbonica di gran lunga inferiori a quelle registrate per il modello tradizionale, nonostante sia caratterizzato da un fattore correttivo maggiore. 15 Lyfe Cycle Analysis. 16 T.DONATEO, F.INGROSSO, F.LACANDIA, E.PAGLIARA, op. cit., pag.11. 17 J.PATTERSON., M.ALEXANDER., A.GURR., Preparing for a Life Cycle CO2 Measure, Internal report, www.ricardo.com, RD 11/124801.5, 2011. 30

In particolare, per gli scenari di evoluzione del mix elettrico descritti in precedenza, si desume come il maggior vantaggio si avrebbe se l energia elettrica fosse prodotta esclusivamente da fonti rinnovabili (Figure 1.24 e 1.25, comparazione tra gli scenari Base e Green di breve periodo). 500.0 450.0 400.0 350.0 300.0 g/km 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 SMART ED SMART benzina 0.0 A B R*25 Figura 1.22: Emissioni per i veicoli SMART ED (mix elettrico 2011) e SMART benzina (Campus Ecotekne). 700.0 600.0 500.0 g/km 400.0 300.0 SMART ED SMART benzina 200.0 100.0 0.0 NEDC ECE 1 2 3 4 5 6 7 Figura 1.23: Emissioni per i veicoli SMART ED (mix elettrico di generazione 2011) e SMART benzina (Centro cittadino). 31

500.0 450.0 400.0 350.0 g/km 300.0 250.0 200.0 SMART ED - Base 2020 SMART ED - Green 2020 SMART benzina 150.0 100.0 50.0 0.0 A B R*25 Figura 1.24: Emissioni per i veicoli SMART ED e SMART benzina per differenti scenari di breve periodo del mix elettrico di generazione (Campus Ecotekne). 700.0 600.0 500.0 g/km 400.0 300.0 200.0 SMART ED - Base 2020 SMART ED - Green 2020 SMART benzina 100.0 0.0 NEDC ECE 1 2 3 4 5 6 7 Figura 1.25: Emissioni per i veicoli SMART ED e SMART benzina per differenti scenari di breve periodo del mix elettrico di generazione (Centro cittadino). 32

1.11 Analisi dei costi. Il prezzo di listino di un auto elettrica costituisce una spesa non irrilevante: l investimento iniziale tende difatti ad essere superiore se rapportato a quello per l acquisto di una vettura alimentata a benzina o a gasolio. Le voci di costo mediante le quali viene stimata la convenienza di una vettura a batteria rispetto ad una a combustibile tradizionale sono diverse e comprendono spese relative al costo per il rifornimento, all assicurazione, al bollo di circolazione e alla manutenzione. Lo studio comparativo che verrà proposto nel seguito ha tenuto conto di due vetture dello stesso modello: la SMART FORTWO COUPÈ ELECTRIC DRIVE, descritta in precedenza, e la SMART FORTWO COUPÈ PULSE 52kW MHD, alimentata a benzina, le quali risultano essere perfettamente paragonabili per carrozzeria e allestimento. L investimento iniziale per l acquisto del modello elettrico è elevato: il prezzo di listino è di 24779, contro i 12860 del modello a benzina, tuttavia l incentivo statale applicato del 20 %, fino ad un massimo di 5000, consente di aggiornare il prezzo d acquisto della SMART ED a 19823.20. L incidenza della polizza assicurativa per i modelli elettrico e a benzina è stata tenuta in considerazione mediante un contributo annuo di, rispettivamente, 300 e 600. Le vetture elettriche sono esenti dall imposta relativa al bollo per un periodo di 5 anni, mentre a partire dal sesto anno prevedono il pagamento del 25% dell imposta, il che implica un costo medio annuo stimato in 37.5 ; per il modello a benzina tale costo si aggira intorno a 150. Inclusi nel computo dei costi le spese relative al tagliando, si conclude come il costo di gestione annuo della vettura elettrica sia quasi la metà di quello della vettura a benzina oggetto della comparazione. Nell analisi in oggetto, non si è tenuto conto del costo di sostituzione della batteria e delle spese inerenti l usura del veicolo a benzina. Il costo medio per ogni litro di benzina è stato assunto pari a 1.80 /l 18, mentre il costo di ricarica associato all utilizzo della vettura a batteria viene considerato differente per due scenari: nello scenario Best è stato imposto un costo di ricarica pari a 0.35 /kwh 19, mentre nello scenario Worst tale costo aumenta sino a 0.70 /kwh. In particolare, il costo di ricarica incide profondamente sulla sostenibilità economica dell investimento effettuato per l acquisto del modello elettrico. Partendo dalle considerazioni effettuate in precedenza, si valuta ora il tempo di recupero del maggior investimento sostenuto per l acquisto del modello elettrico. I dati su cui si basa questa analisi sono sintetizzati in Tabella 7 e vengono considerati sino ad una percorrenza massima di 20000 km/anno per un periodo di 8 anni, compatibilmente con la durata media delle batterie, stimata in 150000 km. I dati relativi ai costi di ricarica e rifornimento considerati sono indicati in Tabella 8. 18 Statistiche dell energia, benzina senza piombo: prezzi medi mensili nazionali, MINISTERO DELL SVILUPPO ECONOMICO. 19 Costo attuale di ricarica per il progetto e-mobility, www.e-mobilityitaly.it. 33

I grafici mostrati in Figura 1.26, tracciati per tre percorrenze di riferimento (10000 km/anno, 15000 km/anno e 20000 km/anno) consentono di valutare il risparmio derivante dall utilizzo dal veicolo elettrico SMART ED, in luogo del modello SMART a benzina. Dai grafici di cui sopra si evince come l investimento iniziale per l acquisto del modello elettrico, pari a quasi il doppio del prezzo d acquisto del corrispondente modello a benzina, rischi di vanificare il risparmio ottenibile dal minor costo della ricarica delle batterie rispetto alla spesa relativa al rifornimento della SMART a benzina. Tuttavia, un costo più basso dell energia elettrica rispetto alla benzina, unitamente a costi di gestione più contenuti del modello elettrico, permetterebbe di compensare l ingente spesa iniziale relativa al prezzo d acquisto della SMART ED, anche se ciò dipende fortemente dal costo /kwh dell energia elettrica: se la tariffa di riferimento per la ricarica è pari a 0.35 /kwh, si nota come il break even point (BEP), per una percorrenza minima di 10000 km/anno, si attesti nel periodo compreso tra i 6 e i 7 anni: in particolare, con l aumentare della percorrenza annua, il BEP tende a verificarsi in un tempo minore, stabilendosi nel periodo compreso tra 4 e 5 anni, per la percorrenza massima di 20000 km/anno; di contro, una tariffa di ricarica di 0.70 /kwh impedisce di pareggiare l investimento per i due modelli di vettura nel periodo considerato: 8 anni non sono sufficienti a recuperare l esborso economico sostenuto per il modello SMART ED, a cui bisognerebbe aggiungere anche il costo per il ricambio delle batterie. Tabella 7: Comparazione tra i costi connessi ai modelli SMART ED e a benzin. SMART FORTWO COUPÈ ELECTRIC DRIVE SMART FORTWO COUPÈ PULSE 52 kw MHD COSTO 24779.00 COSTO 12860.00 ASSICURAZIONE /anno 300.00 ASSICURAZIONE /anno 600.00 BOLLO /anno 37.50* BOLLO /anno 150.00 MANUTENZIONE /anno 150.00 MANUTENZIONE /anno 350.00 COSTO DI GESTIONE COSTO DI GESTIONE /anno 450.00 ANNUO ANNUO /anno 1100.00 POTENZA kw 55 POTENZA kw 52 CONSUMO kwh/100km 15.1 CONSUMO l/100km 4.5 CAPACITÀ BATTERIA kwh 17.6 CAPACITÀ SERBATOIO l 33 AUTONOMIA A VELOCITÀ COSTANTE km 145 AUTONOMIA A VELOCITÀ COSTANTE km 660 *pagamento a partire dal sesto anno, corrispondente al 25% dell imposta. 34

Tabella 8: Costi di ricarica e rifornimento considerati nello studio comparativo. COSTO PIENO [ ] COSTO AL km [ /km] SMART FORTWO COUPÈ ELECTRIC DRIVE BEST PRICE [ /kwh] WORST PRICE [ /kwh] SMART FORTWO COUPÈ PULSE 52 kw MHD COSTO RIFORNIMENTO [ /l] 0.35 0.70 1.80 6.16 12.32 59.40 0.04 0.08 0.09 Per la vettura elettrica, a ciò si aggiunge l indubbia convenienza connessa all ingresso gratuito nelle zone a traffico limitato e alla possibilità di usufruire di posteggi gratuiti, parametri che non sono stati inclusi nei calcoli suddetti e che contribuirebbero a diminuire i costi generali connessi all utilizzo del modello elettrico. Un limite alla diffusione della mobilità elettrica è rappresentata dall autonomia limitata delle batterie, che impedisce di considerare l auto elettrica come sostitutiva di una vettura alimentata a combustibile: per questo motivo, si ritiene che la sua diffusione potrà essere incisiva solo se il costo d acquisto si abbasserà in maniera notevole e se verrà dotata di batterie tecnologicamente avanzate che ne aumentino l autonomia. 35

10000 km/anno 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 SMART ED 0.35 /kwh SMART ED 0.70 /kwh SMART BENZINA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 anno 15000 km/anno 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 anno SMART ED 0.35 /kwh SMART ED 0.70 /kwh SMART BENZINA 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 20000 km/anno 1 2 3 4 5 6 7 8 anno SMART ED 0.35 /kwh SMART ED 0.70 /kwh SMART BENZINA Figura 1.26: Andamento dei costi per tre differenti percorrenze annue effettuate con i modelli oggetto d indagine. 36

1.11 Conclusioni. Tutte le considerazioni che riguardano il presente studio sono contraddistinte, come è lecito attendersi, da evidenti limitazioni, essendo relative a livelli tecnologici e analisi predittive attuali. L auspicabile spostamento della produzione di energia elettrica verso le fonti rinnovabili, a discapito dei combustibili fossili, potrà favorire senz altro la popolarità dei BEV, determinando una diffusione tale da spingere molte case automobilistiche a competere sul mercato: ciò si tradurrà in un incremento della ricerca e in un miglioramento della tecnologia di tali veicoli, tanto da garantire un numero sempre più crescente di BEV su strada. In conseguenza di questo fenomeno, aumenterà anche la domanda di elettricità e con essa anche il prezzo /kwh tenderà ad aumentare, con il contemporaneo ribasso del costo /l dei carburanti: queste due opposte tendenze porteranno molto probabilmente al raggiungimento di un prezzo di equilibrio, il quale costituirà un parametro fondamentale per definire la quantità di veicoli su strada per ciascun tipo. I prezzi /kwh ed /l scelti nell analisi di sostenibilità economica sono funzione dello stato attuale dell economia, tuttavia tali proiezioni potrebbero essere smentite nell immediato futuro poiché, come si è detto, sono basate su contesti attuali, e quindi limitati. Con il miglioramento della tecnologia di cui si è detto, le batterie e la loro produzione diverranno più efficienti e i costi connessi al veicolo elettrico probabilmente diminuiranno, rendendolo molto più attraente agli occhi del consumatore. Le emissioni di GHG derivanti dai veicoli convenzionali sono di tipo TTW: questo tipo di emissioni costituisce una fonte di inquinamento mobile, per cui molto difficile da confinare. Di contro, l inquinamento atmosferico causato dai BEV è originato all atto della produzione di energia elettrica, il che lo rende una sorgente puntiforme e di conseguenza molto più facile da mitigare, con tutti i vantaggi per la salute pubblica che ne derivano. Con le fonti rinnovabili in continua ascesa, i veicoli elettrici delineano chiaramente un panorama meno preoccupante dal punto di vista ambientale, anche se devono essere condotte ulteriori ricerche al fine di soddisfare le esigenze degli utenti, in termini di autonomia e sistemi di ricarica rapida delle batterie. 37