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  • Idrogeno, Elon Musk ha ragione o si sbaglia?

    di Giuliano Daniele – giornalista di Motor1.com
    La frase “checché ne dica Elon Musk, i camion elettrici a batteria non hanno senso” è stata al centro di uno dei dibattiti più interessanti fra quelli a cui abbiamo partecipato in questi giorni a Londra, in occasione dell’evento Hydrogen Society promosso da organi governativi da un lato e dall’altro da aziende che lavorano sul tema dell’idrogeno da anni.
    Hydrogen Society a Londra

    E noi, come rappresentanti italiani, siamo stati chiamati da Toyota per discutere di questi argomenti partendo dalla mobilità, che sarà al centro del cambiamento. Ecco in che modo, secondo quanto emerso da questo convegno.

    Auto scritta Hydrogen Powered

    Focus sui mezzi pesanti

    In particolare, è proprio sui cosiddetti mezzi pesanti (autobus, autoarticolati, veicoli commerciali) e non sulle automobili che gli esperti britannici chiamati in causa hanno voluto focalizzare l’attenzione. Parliamo di esponenti di brand molto conosciuti nel settore automotive – come appunto ​Toyota, oppure Shell, Arval – e di aziende con una conoscenza radicata nel tempo nel campo di tutto ciò che riguarda celle a combustibile, elettrolizzatori o reti di produzione e distribuzione dell’idrogeno: Johnson Matthey, ITM Power, Intelligent Energy, Fuel Cell Systems, Arcola Energy, Riversimple, Tayler Construction Plant, JC Easycabin Ecosmart, Element Energy.

    Aziende ed Enti pubblici

    Sono proprio la collaborazione fra le aziende e il coinvolgimento degli enti pubblici i due punti chiave per rendere sostenibile il progresso futuro dei paesi sviluppati e di quelli in via di sviluppo, mettendo in atto più soluzioni e ragionando su un lasso temporale di decenni, anziché di anni. Un altro esempio di questo tipo di joint venture, oltre al caso britannico, è quello di H​2 M​obility in Germania, un’iniziativa pensata per spalmare il rischio d’impresa nella fase iniziale della diffusione dell’idrogeno, in cui prima di fare profitti bisogna investire per creare le basi di un nuovo mercato energetico. Fra le aziende coinvolte ci sono BMW, Daimler, Toyota, Volkswagen, Shell, Total, Air Liquide e il Gruppo Linde.

    Industria, riscaldamento, trasporti

    Il fatto che il cambiamento non solo possa, ma debba iniziare dalla mobilità si basa sul ragionamento per cui le attività produttive umane che oggi si reggono sugli idrocarburi siano classificabili in 3 grandi categorie: industria, riscaldamento, trasporti. I primi due sono i settori più difficili da decarbonizzare nel passare dall’energia fornita tipicamente dal gas naturale a quella dell’idrogeno.

    Ed è una questione di scala: le dimensioni e dunque i costi di conversione anche solo di un singolo stabilimento siderurgico o chimico, oppure di un metanodotto, impediscono di partire da qui, con investimenti nell’ordine del miliardo di euro per impianto.

    Auto scritta Shell Hydrogen

    Strategia degli investimenti

    La strategia dunque è quella di investire cifre minori (di cui parleremo fra poco) nei trasporti, in modo che possano far da volano per stimolare l’utilizzo della nuova fonte di energia in altri settori. È proprio quello in cui credono i player che abbiamo incontrato nel Regno Unito, iniziando a sostituire progressivamente i veicoli pesanti alimentati a gasolio con dei nuovi mezzi Fuel Cell.

    Il meccanismo immaginato è quello in cui le amministrazioni pubbliche e le flotte aziendali private dovrebbero effettuare ordini di centinaia di veicoli a celle a combustibile.

    Costo dei Bus a idrogeno con celle a combustibile

    A titolo di esempio, oggi un autobus Fuel Cell costa in media 500.000 euro, cosa che per flotte di decine di mezzi porterebbe a blocchi di investimento di 100-200 milioni di euro e dunque alla creazione di nuclei iniziali di domanda di idrogeno capaci di innescare la collaborazione fra istituzioni e società energetiche per la realizzazione delle prime stazioni di rifornimento.

    Costo delle stazioni di rifornimento di idrogeno

    Che, a loro volta, hanno un costo medio unitario di circa 1 milione di euro e quindi – di nuovo – si tratta di investimenti inferiori a quelli dello scenario immaginato per i settori dell’industria e del riscaldamento

    Pompa combustibile clean fuel

    Checchè ne dica Elon Musk

    Ecco perché l’elettrificazione dei mezzi pesanti attraverso le fuel cell sembra essere la chiave per la conversione all’idrogeno, al di là di ciò che Elon Musk sostiene con il suo progetto di motrice per autoarticolati a batteria, il Tesla Semi.

    L’idea inglese

    La convinzione dell’alleanza industria-governo in Gran Bretagna è che elettrificare questo tipo di veicoli non abbia senso. Il punto di partenza del discorso è la superiore densità di energia che l’idrogeno garantisce rispetto alle batterie.

    Allo stato attuale delle cose, infatti, il pacco di accumulatori necessario a far muovere un classico “camion” peserebbe 8.000 kg – 9.000 kg, che andrebbero aggiunti ai circa 18.000 kg di peso medio di un autoarticolato in condizioni di lavoro.

    Anche se, nella categoria di mezzi a cui appartiene il Tesla Semi si può arrivare anche fino a 36.000 kg, tenendo conto sia della massa del veicolo che del carico trasportabile. E siccome un camion senza motore pesa circa 7.000 kg, per differenza rimarrebbero 29.000 kg residui da spartire fra il peso delle batterie di un veicolo elettrico e quello della merce da trasportare. Ed ecco come si arriva a fare queste stime.

    Facciamo un po’ di conti

    Si tenga presente che un camion a gasolio attuale è in grado di spostare 20.000 kg garantendo percorrenze tra un rifornimento e l’altro anche di 1.500 km, mentre le promesse di autonomia del Tesla Semi durante la presentazione sono state al massimo di 800 km.

    Elon Musk non ha dichiarato il peso del camion a vuoto, da cui si dedurrebbe il peso del carico, e il probabile motivo della mancanza di questa informazione è attendere che nei prossimi 2-3 anni la densità di energia delle batterie (cioè quanto può dare un carburante o un batteria in relazione al suo peso) migliori.

    Seminario Hydrogen society londra 2019

    Densità energetica

    Consideriamo ottimisticamente che le batterie al litio abbiano una densità di energia di 250 Wh / kg, contro i 13.000 Wh / kg della benzina e i 40.000 Wh / kg dell’idrogeno.

    Per cui, per stimare quanto dovrebbero pesare le batterie di un Tesla Semi per essere competitivo, si può fare riferimento all’energia richiesta per spostarlo, basata sulla formula Energia = Potenza x Tempo.

    Ed essendo Potenza = Forza x Velocità e Tempo = Distanza, espressa in autonomia / velocità media del camion, si può arrivare all’equazione secondo cui

    Energia = [ (Resistenza aerodinamica + Resistenza al rotolamento + Forza di gravità) / (rendimento “dalla batteria alle ruote”) + (Inerzia) ] x ( Distanza / Velocità ).

    EQUAZIONE

    E = [(1⁄2 ρ⋅C​d⋅​ A⋅v3​ ​rms+​ C​rr⋅​ W​t⋅​ g⋅v+T​f⋅​ W​t⋅​ g⋅v⋅Z) / η​bw+​ 1⁄2 W​t⋅​ v⋅a (1/ η​bw−​ η​bw⋅​ η​brk)​ ] ⋅ (D/v)

    Fonte: S Sripad, V Viswanathan – ACS Energy Letters, 2017 – ACS Publications – Formula per calcolo capacità e costo batterie di un veicolo elettrico – https://battery.real.engineering/

    Più in dettaglio, le resistenze al moto sono quella aerodinamica, quella dovuta agli attriti di rotolamento e la forza peso contraria al moto quando si affrontano strade in salita che, se le stime dell’autonomia fossero fatte in pianura, sarebbe una componente nulla.

    Nel calcolo della forza richiesta a superare l’inerzia del veicolo, invece, intervengono i rendimenti dei motori elettrici, dei freni e l’energia recuperata nella frenata rigenerativa.

    Tesla Semi

    Il camion Tesla Semi

    Tenendo conto che il coefficiente di penetrazione aerodinamica del Tesla Semi è di 0,36 e assumendo una velocità media di 70 km/h e dei valori realistici per altri parametri (come la sezione frontale, il coefficiente di attrito volvente o l’efficienza nella rigenerazione di energia in frenata) si può stimare che un mezzo come il Tesla Semi possa aver bisogno di un pacco batterie da 900 – 1.000 kWh per coprire 800 km di autonomia.

    Apparentemente pesante e costoso

    Tradotto: con le attuali densità di energia, ci vorrebbero circa 8.000 kg di batterie per un costo di oltre 160.000 euro. E un camion a gasolio tradizionale costa meno di questa cifra considerando tutto il veicolo, non solo le batterie di un omologo elettrico che, in più, avrebbe meno autonomia e meno capacità di carico di un mezzo pesante.

    Inoltre, se nell’equazione si tiene conto di pendenze medie diverse da 0 ecco che la capacità della batteria richiesta – e dunque il peso – aumenta.

    Esempio: tenendo conto di una pendenza del 5% il Tesla Semi nella versione da 800 km necessiterebbe di altri 200 kWh di capacità richiesta oltre al pacco batterie da 900 – 1.000 kWh e per ulteriori 2.000 kg peso, mentre il costo salirebbe di altri 40.000 euro.

    Costi

    Insomma, siccome peso e costo delle batterie sono i 2 parametri principali che le aziende di trasporto considererebbero al momento dell’acquisto di un camion elettrico, i tempi per arrivare al punto di pareggio dell’investimento si allungherebbero, pur tenendo in considerazione che il costo chilometrico del camion elettrico sarebbe del 20% inferiore.

    C’è però anche da considerare che un camion elettrico userebbe il 25% di energia in meno di un camion a gasolio, tenendo conto dell’efficienza dei suoi motori elettrici, oltre che il fatto che gran parte di questa energia si potrebbe ottenere da fonti rinnovabili.

    Seminario Idrogeno Hydrogen Society Londra 2019

    Emissioni di CO2

    Al di là del ragionamento economico di cui sopra, ci sono dunque i presupposti per cui un mezzo del genere riduca effettivamente le emissioni di gas serra. In aggiunta, c’è da valutare la questione del rifornimento.

    Il gioco dei kW

    Per un veicolo elettrico, una colonnina fast charge ad oggi è in grado di erogare valori tipici di 150 kW, salendo a 350 kW nei casi migliori. I sostenitori dell’idrogeno parlano invece di 3.000 kW, riferendosi nel caso specifico alla potenza contenuta in un pieno di gas per un mezzo pesante, realizzabile in un tempo inferiore anche ai 5 minuti.

    Analisi di efficienza

    E infine c’è l’argomento efficienza, che a grandi linee per l’idrogeno è di circa il 60%, in riferimento a tutto il ciclo di utilizzo di questo gas e quindi ai rendimenti – e dunque alle perdite – nei vari processi di elettrolisi, immagazzinamento e distribuzione, fino alla riconversione nelle celle a combustibile per far muovere i veicoli.

    Sempre riportando le analisi di chi sostiene la validità dell’idrogeno, per paragone questo rendimento sarebbe sì inferiore a quello di un veicolo elettrico alimentato a batterie, ma la tempo stesso superiore a quello di un buon motore a combustione interna di un veicolo leggero (intorno al 30%) e a quello di un tradizionale mezzo pesante a gasolio (circa il 50%).

    Anche se, va detto, questi ultimi valori si riferiscono alla “bontà” del singolo motore e non all’efficienza di tutta la catena di produzione e utilizzo dell’energia, come nel caso dell’idrogeno.

    Catamarano idrogeno torre di londra

    Il caso del Regno Unito

    In ogni caso, sempre prendendo come caso studio il Regno Unito, si stima che nel 2030 circoleranno 1,5 milioni di veicoli Fuel Cell e che nel 2040 il governo impedirà la commercializzazione di nuovi mezzi con motore a combustione interna. Pertanto, l’idrogeno è un argomento strategico anche a livello politico: ​la Gran Bretagna – così come il Giappone, ad esempio – ritiene infatti che sposando l’idea di un’elettrificazione della società basata solo sulle batterie non sia possibile mantenere l’indipendenza. Al contrario dell’idrogeno, che essendo producibile internamente non costringerebbe alcune nazioni a dipendere da altre su un tema così delicato come l’approvvigionamento energetico.

    La soluzione

    La soluzione non esiste. Almeno, non se intesa come unica.

    Clicca qui LEGGI l’articolo e guida il VIDEO: Idrogeno, attenti al grande ritorno.

    Già, la via da percorrere nel passare da una società basata sui combustibili fossili al prossimo modello di sviluppo dovrà reggersi non più su un’unica fonte energetica, per quanto molti possano pensare che a risolvere tutto sarà l’elettrificazione, ma senza specificare di che tipo.

    Quella dei trasporti, in particolare, non potrà essere solo alimentata dalle batterie: nel processo di decarbonizzazione del pianeta, infatti, c’è da tenere a mente anche il ruolo dell’idrogeno.

     

  • Toyota pronta a condividere 24mila brevetti sull’elettrificazione dell’auto

    Quando si dice “24mila” viene subito in mente Adriano Celentano e la sua celebre canzone, ma in realtà non si parla di baci bensì dei brevetti relativi all’elettrificazione delle automobili che Toyota è pronta condividere a titolo gratuito per promuovere la mobilità sostenibile.

    Sono 23.740 per l’esattezza, e non sono certo fondi di magazzino visto che alcuni di essi sono ancora in attesa di registrazione e sono il frutto di quasi 30 anni di ricerca: il più grande bagaglio di conoscenza riguardo l’elettrificazione dei veicoli, da parte di un costruttore che ha messo su strada 13 milioni di auto ibride. Toyota è pronta a condividerlo gratuitamente da qui al 2030 offrendo a pagamento invece il supporto tecnico e di consulenza che riguarda l’applicazione di queste tecnologie.

    Toyota non è nuova a queste operazioni. Già nel 2015 si era detta pronta a condividere 5.680 brevetti riguardanti la trazione a idrogeno, sia per le celle a combustibile sia per i sistemi di rifornimento. Nel frattempo la casa di Nagoya ne ha depositati su questo stesso argomento altri 2.380 che saranno evidentemente impiegati sulle auto ad idrogeno di prossima generazione, prima fra tutte l’erede della Toyota Mirai che sarà presentata in occasione del prossimo Salone di Tokyo alla vigilia delle XXIV Olimpiadi che si terranno nel 2020 presso la capitale giapponese.

    Una logica open source che nel campo dell’automotive è stata portata da Tesla. Fu infatti Elon Musk nel giugno del 2014 il primo a dire Tutti i nostri brevetti appartengono a voi.

    E Toyota che, più volte si era già beccata con il tycoon di Palo Alto, rispose il gennaio successivo con una mossa analoga annunciando al Salone di Detroit del 2015 di voler condividere tutte le proprie tecnologie registrate sull’idrogeno nell’interesse della mobilità del futuro e della conservazione dell’ambiente.

    La controrisposta di Musk fu definire bullshit l’idrogeno. In inglese, il significato lato di questa parola, edulcorandolo, è “fesserie”, mentre quello letterale è “cacca di toro”.

    Toyota prese alla lettera la provocazione dimostrando che dagli escrementi dei bovini si poteva ricavare proprio idrogeno per le proprie Mirai. Anche stavolta la mossa di Toyota arriva dopo che, all’inizio dello scorso febbraio, Elon Musk ha riaffermato la disponibilità dei brevetti di Tesla, anzi ha esortato chiunque a copiare Tesla per promuovere la diffusione dell’auto elettrica. Volendo immaginare una sorta di partita a tennis industriale sull’auto del futuro, si può pensare che la casa giapponese abbia voluto mandare un’altra cartolina al suo ex amico – Toyota è stata azionista di Tesla dal 2010 al 2016 vedendo moltiplicare per 6 i propri investimenti – stavolta rincarando la dose e avvicinando il tiro, come per dire: attento Elon, che qualcosa sull’auto elettrica sappiamo anche noi… (24mila) baci da Nagoya!

  • IL RUGGITO – AUTO ELETTRICHE LA PASSWORD È DESIGN

    DI MARIO CIANFLONE – GIORNALISTA DEL SOLE 24 ORE

    Design. È questa la password che deve decodificare soprattutto le auto elettriche.

    Perché, da una parte ci aspettiamo linee rivoluzionarie e di frontiera e poi veniamo delusi da forme imbarazzanti oppure da linee terribilmente banali. La prima Nissan Leaf era inguardabile con quel posteriore che sembrava tamponato da un tir ma almeno era originale e diversa. Si distingueva ed era innovativa. Quella di oggi banale, normale, a tratti triste e il suo livello di effetto wow è pari a zero.

    La macchina elettrica al pari di quella termica deve attrarre gli sguardi. Elon Musk lo ha capito quasi dieci anni fa con la Model S , bella vettura che ora esibisce uno stile datato e certamente non più emozionante.

    Deludenti anche le super celebrate Mercedes EQC e Audi e-tron. Tecnologicamente ineccepibili ma dal design troppo rassicurante. Non danno idea della rivoluzione hi-tech che le anima.

    La Jaguar I-Pace è già sulla strada giusta, mentre è Porsche Taycan a scatenare emozioni. La sportiva a ioni di litio della casa di Zuffenhausen solo a guardarla, e questo succede fin dai tempi della sua apparizione come concept Mission E nel 2015, sembra davvero dire: “Tesla, ti aspetto fuori”.

    E i numeri sembrano dare ragione a Porsche. Infatti la vettura ancora non è in vendita (arriva nei prossimi mesi) ma gli ordini sono superiori alla produzione prevista per il primo dell’anno.

    Chi ha detto, dunque,, che la macchina elettrica non deve emozionare ed essere bella? L’auto deve sempre e comunque scatenare sensazioni, non è un taxi.

    Se la macchina alla spina diventa per tutti allora deve piacere perché non fa differenza se sotto al cofano ci sono pistoni o avvolgimenti di uno statore.