Le auto elettriche sono costruite in modo completamente diverso di quelle a benzina o diesel. Anche la guida cambia radicalmente: è dinamica e priva di vibrazioni e rumore. Il fastidioso rombo del motore sparisce, per la gioia di chi vi circonda.
Veicoli elettrici
I veicoli elettrici hanno un sistema di propulsione completamente elettrico. Nella maggior parte dei casi, l’energia elettrica necessaria a spostare l’auto è accumulata in una batteria agli ioni di litio, tuttavia può provenire anche da una cella a combustibile. I motori elettrici presentano un livello di efficienza nettamente superiore e pertanto minori sprechi di energia rispetto a quelli a combustione. La coppia massima è disponibile già a partire dal primo giro del rotore. In fase di frenata il motore elettrico funge anche da generatore, per questo trasforma l’energia cinetica nuovamente in corrente elettrica che accumulandosi nella batteria può essere riutilizzata per la propulsione (recupero). Durante l’utilizzo i veicoli elettrici non producono CO2, tuttavia le emissioni di CO2 dipendono dal tipo di impianto impiegato per la produzione dell’energia.
Comfort elettrico, non solo alla guida
Lo sapevi che alcune auto elettriche si possono preriscaldare oppure raffreddare comodamente tramite app? Così puoi salire in un’auto piacevolmente calda in inverno e freschissima in estate. Il sistema funziona anche se l’auto elettrica non è collegata alla presa.
Veicoli ibridi
I veicoli ibridi hanno almeno due sistemi diversi di accumulo dell’energia e di propulsione a bordo. Nella maggior parte dei casi si tratta della combinazione di un motore elettrico e di uno a combustione – di solito un motore a ciclo Otto. In fase di propulsione il motore elettrico lavora in autonomia oppure come supporto per quello a combustione, mentre in fase di frenata funge da generatore per rifornire nuovamente la batteria con energia. I veicoli completamente ibridi consentono di viaggiare sia sfruttando l’energia elettrica sia combinando le sue soluzioni. Un sistema di controllo decide quando e quale tipo di propulsione inserire in base al livello di efficienza richiesto. Nei veicoli cosiddetti mild hybrid, leggermente più semplici dal punto di vista tecnico, il motore elettrico svolge solo un ruolo di supporto. Con i concetti di propulsione più recenti, avviatori-generatori da 48 volt funzionano in modo efficiente e relativamente conveniente anche come booster. Possono essere integrati come dispositivi ausiliari azionati da cinghia oppure tra il motore a combustione e il cambio direttamente nella catena cinematica. Tuttavia, in alcuni modelli di auto super sportive, l’ibridizzazione è finalizzata principalmente ad aumentare le prestazioni con un incremento minimo dei consumi.
Ibridi plug-in
Come le normali auto ibride, anche i veicoli ibridi plug-in dispongono di un sistema combinato di motore a combustione ed elettrico. Tuttavia, essendo equipaggiati con potenti pacchi di batterie agli ioni di litio, di solito possono percorrere dai 30 agli 80 chilometri in modo completamente elettrico. A differenza delle tradizionali auto ibride, i modelli con alimentazione ibrida plug-in possono essere ricaricati anche collegandoli alla presa della corrente. Spesso i cosiddetti PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, auto ibride elettriche plug-in) vengono installati anche sui grandi SUV 4x4 per mantenere le loro emissioni di CO2 entro i limiti.
Range Extender
Un Range Extender è un piccolo motore a combustione o una cella a combustibile che viene installato in aggiunta al motore elettrico. Il Range Extender tuttavia non serve all’alimentazione diretta del mezzo ma solo alla produzione di energia a bordo per aumentare l’autonomia di un veicolo elettrico. È disaccoppiato dal motore a combustione e aziona un generatore che fornisce corrente alla batteria da trazione.
idrogeno
I veicoli dotati di celle a combustibile sono veicoli elettrici che non recuperano l’energia necessaria per il propulsore da una batteria ma da una cella a combustibile. In questa cella si produce energia elettrica dall’ossigeno e dall’idrogeno. Il rifornimento del veicolo con l’idrogeno avviene a una pressione di 350 o 700 bar. L’unico prodotto di scarto derivato dalla produzione di energia elettrica nella cella a combustibile è l’acqua.
I primi a produrre veicoli a celle a combustibile in serie sono stati i giapponesi e i coreani.
Veicoli a gas naturale
Questi veicoli sono spinti da motori a ciclo Otto alimentati con gas naturale. Il gas naturale è composto principalmente da metano (CH4), pertanto ha un contenuto di parti di carbonio (C) minore rispetto alla benzina o al diesel e durante la combustione produce molto meno CO2. Rispetto ai motori a ciclo Otto a benzina, quelli a gas naturale hanno un vantaggio in termini di CO2 di circa il 20%. Siccome sulle automobili moderne, per motivi legati all’autonomia del veicolo, i motori a gas naturale sono sempre bivalenti, ossia possono essere azionati sia con la benzina sia con il gas naturale, le auto hanno bisogno di due sistemi di combustibile e due serbatoi. Il sistema monovalente a gas naturale potrebbe sfruttare ancora meglio i vantaggi del gas, in particolare il grande potere antidetonante. Il gas naturale chiamato spesso anche con la sigla CNG (Compressed Natural Gas), viene immagazzinato a bordo dell’auto a una pressione di 200 bar. Al momento in Svizzera si contano circa 140 stazioni di servizio.
I primi motori a gas naturale sono stati sviluppati già negli anni Sessanta del XIX secolo.
Veicoli a biogas
Il biogas ha una composizione simile a quella del gas naturale e può essere anche utilizzato sugli stessi veicoli. Proprio come il gas naturale è composto principalmente da metano. Il biogas viene prodotto dalla fermentazione di biomasse. La sua produzione avviene in appositi impianti dove si fanno fermentare rifiuti o materie prime rinnovabili. Il gas naturale sintetico rappresenta un’alternativa al biogas. Sfruttando la corrente eolica o solare si producono dall’acqua ossigeno e idrogeno che poi con il CO2 può essere trasformato in metano, ossia gas naturale.
Gas per auto
Il gas per auto, detto anche GPL (gas di petrolio liquefatto), viene utilizzato nei motori a ciclo Otto proprio come il gas naturale. Il gas liquefatto è composto da propano e butano ed esercitando una pressione ridotta diventa liquido. In alcuni Paesi, i veicoli a GPL nascono già così direttamente nelle officine delle case automobilistiche oppure vengono convertiti per l’utilizzo a GPL da officine specializzate e autorizzate. In Svizzera invece sono stati fatti diversi tentativi per il lancio del GPL, ma senza buon esito perché non si ottengono apprezzabili vantaggi né in termini di costi né in termini di ecocompatibilità.
Veicoli a benzina
I veicoli a benzina sono alimentati da un cosiddetto motore a ciclo Otto, dal nome del suo inventore. In questi motori il pistone aspira l’aria e la spinge nel cilindro. Nei motori sovralimentati l’aria viene spinta nel cilindro da un compressore o turbocompressore. Il carburante viene immesso nell’aria aspirata nel collettore di alimentazione o direttamente nella camera di combustione.
La miscela di aria e carburante si infiamma a contatto con la scintilla emessa dalla candela. Il rapporto aria/carburante si aggira intorno al valore di 14,7:1 parti di peso (lambda = 1) per tutti i regimi di utilizzo del motore. Nei motori a benzina il rapporto di compressione varia da 9:1 a 14:1, a seconda del tipo di motore. Durante la combustione, il pistone e la biella vengono spinti verso il basso facendo così ruotare l’albero motore.
Veicoli diesel
Il motore diesel è un motore a combustione interna, come il motore a ciclo Otto. La sua caratteristica principale è l’autoaccensione del carburante quando viene iniettato nell’aria comburente compressa. A differenza dei motori a benzina, nella camera di combustione non viene immessa una miscela di aria e carburante, ma soltanto aria. Il diesel viene iniettato successivamente. Inoltre, a differenza del motore a benzina il rapporto aria/carburante varia a seconda del regime di utilizzo del motore. Il rapporto di compressione nel motore diesel varia da circa 16:1 a 17:1. L’elevata temperatura che si genera durante la compressione è sufficiente a far evaporare il carburante e ad accendere la miscela.
E-fuel: i carburanti senza una goccia di petrolio
Benzine amiche del clima a base di elettricità, acqua e gas di scarico: gli e-fuel sembrano essere l’alternativa perfetta all’auto elettrica. Ma cosa sono esattamente questi carburanti, come vengono prodotti e quando saranno disponibili nelle stazioni di rifornimento?
Gli e-fuel,i synfuel, o elettrocarburanti, sono l’alternativa sintetica alla benzina o al diesel da fonti fossili. Come rivela già il nome, questi carburanti, invece di essere pompati dal sottosuolo, vengono prodotti a partire da energia elettrica. A seconda della finalità per cui vengono impiegati, i carburanti sintetici possono essere prodotti con le stesse proprietà della benzina, del cherosene o di altri prodotti petroliferi raffinati. I vantaggi degli e-fuel sono quindi evidenti: per lo stoccaggio, il trasporto, fino al distributore, consentono di utilizzare l’infrastruttura esistente, come per i carburanti tradizionali, possono essere pompati negli stessi serbatoi e alimentano gli stessi motori a combustione. Tuttavia neanche questi carburanti sono esenti da emissioni di gas di scarico e rumore.
Come vengono prodotti gli e-fuel?
A seconda della miscela, una normale benzina per motori è composta da oltre 150 diverse sostanze, le quali sono a loro volta costituite per la maggior parte soltanto da due elementi: l’idrogeno e il carbonio. Questi elementi possono combinarsi in vari modi e costituiscono anche la base dei carburanti sintetici. Esistono diversi processi di produzione, che però seguono tutti sostanzialmente lo stesso schema.
1. Produzione di idrogeno a partire dall’elettricità
Per ottenere il primo ingrediente degli e-fuel, occorrono soltanto acqua e tanta corrente elettrica. Attraverso l’elettrolisi l’acqua viene scomposta nei suoi elementi costituenti, ottenendo idrogeno e, come sottoprodotto, l’ossigeno che tuttavia normalmente non viene utilizzato.
2. Estrazione del carbonio dalla CO2
Il secondo ingrediente pone maggiori sfide. È vero che il carbonio è presente in abbondanza sulla Terra, ma bisogna evitare che finisca nell’aria in misura superiore a quella attuale. Infatti durante la combustione il carbonio contenuto all’interno degli e-fuel viene nuovamente rilasciato nell’atmosfera sotto forma di CO2. La soluzione è la cattura della CO2, un processo in cui l’anidride carbonica viene prelevata dai gas di scarico industriali oppure direttamente dall’aria circostante. Gliimpianti CCU (dall’inglese Carbon Capture and Utilization) utilizzati a tal fine sono di grandi dimensioni e per filtrare la CO2 necessitano anche di notevoli quantità di energia.
3. Combinazione dell’idrogeno con il carbonio
Attraverso un processo chimico l’idrogeno si lega alla CO2. Il gassintetico risultante può essere successivamente trasformato e raffinato con un processo in più fasi per ottenere prodotti come l’e-benzina, l’e-diesel o l’e-cherosene.
Numeri e fatti: quando convengono gli e-fuel?
Rispetto ad altre fonti di energia rinnovabili, i carburanti come l’e-benzina presentano soprattutto un grande vantaggio: quello di racchiudere molta energia in poco volume e poco peso. Se prendiamo ad esempio l’industria aeronautica, le attuali batterie sono 7 volte troppo grandi e 20 volte troppo pesanti per poter pensare all’alimentazione elettrica di un aereo passeggeri a lunga percorrenza. Da questo punto di vista gli e-fuel offrono una valida alternativa ai carburanti fossili.
E per quanto riguarda l’auto?
Anche nel caso delle auto elettriche le batterie sono più grandi e pesanti dei serbatoi di benzina e inoltre nel lungo periodo dovrebbero sostituire milioni di auto con motori a combustione che circolano sulle nostre strade. Quindi si pone la domanda se non avrebbe più senso sostituire il carburante anziché l’automobile.
Il primo problema è la disponibilità: in pratica oggi non esiste ancora un e-fuel pronto per l’acquisto. Il più grande impianto pilota del mondo in Cile a partire dal 2026 dovrebbe produrre, a costi nettamente superiori a quelli della benzina o del diesel, ben 550 milioni di litri l’anno che però non coprono neanche il 10% del consumo di carburante della Svizzera e meno dell’1% di quello della Germania.
Gli e-fuel consumano 5 volte più elettricità
Un problema ancora più complesso è il fabbisogno energetico degli e-fuel: già per la produzione richiedono due volte l’energia che riescono a fornire e più dei due terzi ne vanno poi persi nel motore a combustione. Nello specifico significa che per circolare un’auto convenzionale alimentata a e-fuel necessita nel migliore dei casi di una quantità di elettricità circa cinque volte maggiore di quella richiesta da un’auto elettrica.
L’industria automobilistica è evidentemente giunta alla stessa conclusione: secondo i dati del 2022 fino al 2035 tre quarti dei marchi automobilistici in Europa intendono vendere soltanto auto elettriche. Se si sommano gli obiettivi di flotta di tutti i costruttori di automobili, l’84% dei nuovi veicoli venduti in Europa fino ad allora circolerà unicamente a energia elettrica. Anche per quanto riguarda i restanti produttori, gran parte dei veicoli nuovi venduti saranno auto elettriche.
E-fuel per il trasporto marittimo e aereo
Conclusione: dobbiamo staccarci dal petrolio e gli e-fuel giocheranno indubbiamente un ruolo importante a tal fine. Questi carburanti sono validi laddove non esiste una soluzione migliore, più efficiente. Per le automobili la questione sembra già risolta: finché non sarà possibile disporre di grandi quantità di e-fuel, la maggior parte delle industrie automobilistiche continuerà a puntare unicamente sulle auto elettriche, poiché presentano un fabbisogno energetico nettamente più basso. Resta da capire se gli elettrocarburanti prenderanno piede per i mezzi pesanti, dato che in termini numerici motori più efficienti generano costi di gestione inferiori e nel trasporto di merci il carburante incide notevolmente sui costi di gestione. Gli e-fuel saranno invece insostituibili nel trasporto marittimo e aereo se ci sarà la volontà di mantenere un basso impatto sul clima, mentre il loro impiego nel traffico stradale si limiterà probabilmente ad auto d’epoca e veicoli esotici.
E-Fuels
