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L’auto elettrica, l’energia di semina e i beni di consumo

Come calcolare il vantaggio ambientale dell'auto elettrica? Come calcolare l'impatto del consumo di energia elettrica sull'ambiente? Alcune considerazioni

Contributo di Antonio Alei.

In un mondo dove siamo oramai abituati da troppo tempo ad accettare passivamente le “novità” offerte dal mercato globale è giunto il momento di fermarci un attimo a riflettere e fare chiarezza su alcune “panacee” propinate ad arte come risolutrici dell’inquinamento da combustibili fossili, fra cui rientra anche l’.

Prima di approfondire l’argomento è il caso di spiegare meglio alcuni concetti.

Che cosa si intende per energia?

L’energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto.

Questa è la definizione di energia che dà Wikipedia, questa è “lavoro” in potenza.

Faccio un esempio: l’acqua contenuta in un bacino montano, se convogliata in condotte e portata centinaia di metri più in basso, sarebbe in grado di muovere delle turbine idrauliche collegate ad un generatore elettrico e quindi produrrebbe energia elettrica convertendo quella potenziale (gravitazionale) dovuta al suo essere posta più in alto del punto di utilizzazione/trasformazione (la centrale “idroelettrica”).

Come si misura l’energia? L’unità di misura internazionale è il joule (indicato con il simbolo J) che equivale al lavoro svolto dalla forza di 1 newton (simbolo N) quando agisce su un corpo della massa di 1 kg che effettua lo spostamento di 1 metro (m), ossia:

1 J = 1 N x 1 m

Ne consegue che un joule è una unità piccola in campo energetico, in genere si usa il chilojoule (kJ) o il megajoule (MJ), cioè mille o un milione di joule.

Volendo semplificare, possiamo confrontare il joule con l’energia (potenziale, cioè non ancora utilizzata) contenuta ad esempio in un litro (l) di (massa = 0,74 kg) che è di circa 32 MJ (milioni di joule).

Quando “brucio” la benzina nel motore dell’auto solo una parte dell’energia contenuta nel litro è energia utile allo spostamento misurata alle ruote della vettura. Buona parte viene dispersa nell’ sotto forma di calore, di gas combusti, di attriti sia all’interno del motore che lungo la catena di trasmissione alle ruote e per la resistenza dell’aria (sensibile oltre la soglia dei 100 km/h).

Il rapporto fra lavoro utile ottenuto ed energia impiegata costituisce il rendimento del sistema che per l’ a benzina è di circa il 20% nell’uso comune (15% nel ciclo urbano, 28% in condizioni di marcia ideali tipo prove speciali di consumo su pista).

Quindi ogni trasformazione energetica ha un suo rendimento che per il secondo principio della termodinamica è sempre inferiore all’unità, ossia non esiste in natura una resa energetica del 100%.

Fra le macchine che oggi hanno i maggiori rendimenti vi sono i grandi alternatori (generatori di corrente) delle centrali elettriche in cui sia arriva a superare il 95%.

La lezione di “Sistemi di Trazione Elettrica” del mio professore Franco de Falco alla “Sapienza” di Roma (era il 1978) terminò con queste testuali parole:

La fortuna dell’automobile è stata quella di indirizzare il tubo di scarico del motore sulla parte posteriore, se fosse stato posto sotto al naso del conducente non l’avrebbe acquistata nessuno!”.

Ora introduciamo un altro concetto, quello di “energia di semina”. Il termine è mutuato dal lavoro dei campi, ossia da quanta energia viene impiegata nella lavorazione del terreno per mettere a dimora le sementi.

Chiariamo meglio il concetto: per realizzare un bene, ad esempio una panca di legno, debbo prima tagliare l’albero nel bosco (soprassedendo alla fase di messa a dimora del seme e crescita della pianta), trasportare il legname in deposito, farlo essiccare, lavorarlo nella segheria e farlo pervenire al falegname che trasformerà le tavole grezze in panca. Tutta questa trafila prevede l’impiego di energia e questa rappresenta appunto l’energia di semina, ossia quella investita globalmente per produrre la panca. Ho soprasseduto ad alcuni aspetti per dovere di sintesi perché nell’energia di semina andrebbe compresa anche quota parte degli edifici, dei macchinari, degli attrezzi e dei mezzi di trasporto impegnati nell’intero ciclo produttivo.

Ogni bene realizzato dall’uomo ha quindi un suo contenuto energetico occulto assai maggiore di quello stimato a prima vista che comprende le fasi di: studio, progetto, scambio di informazioni, utilizzo di molta carta per i documenti, costruzione dell’impianto di produzione, estrazione delle materie prime e successive lavorazioni, ecc. ecc.

Quando, dopo averlo utilizzato più o meno largamente, gettiamo via o rottamiamo un oggetto, sia esso una banale penna a sfera o una intera nave da crociera, stiamo decretando la fine di una storia energetica affatto trascurabile, che stiamo pesantemente pagando in termini di inquinamento e di disastri ambientali e climatici.

Quale morale dovremmo trarne? Che qualunque bene prodotto dall’uomo dovrebbe essere preceduto da uno studio sull’impiego della minor energia di semina necessaria per ottenerlo e avere, dopo averlo realizzato, la massima (e non minima come vorrebbe la legge iniqua del consumismo attuale) durata possibile. Una osservazione banale: il refill di una qualsiasi penna a sfera così come le cartucce di una stampante dovrebbero avere una autonomia almeno 5 volte l’attuale o, quanto meno per le stampanti, avere cartucce facilmente ricaricabili più volte (almeno 10).

Avevo un secchio dell’immondizia realizzato in “Moplen” negli anni ’50. L’ho inopinatamente “cassato” dopo oltre 40 anni perché mi ero stancato di averlo fra i piedi, ma era ancora come nuovo.

Un secchio di plastica per lavare i pavimenti comperato l’anno scorso è durato solo un anno!

Quanta energia di semina debbo sprecare oggi perché, anziché realizzare un secchio che può durare 50 anni, ne realizzo 50 che durano solo 1 anno?

E questo vale per tutto, dallo spillo al transatlantico per non parlare dei “maledetti” telefonini (ne ho 10 in giro per casa da quelli degli anni ’90 alSamsung Galaxy di 2 anni fa, tutti ancora funzionanti, ma ai nostri occhi “obsoleti”).

Ed ora torniamo all’auto elettrica. L’energia di semina fra auto tradizionale (diesel/benzina) e quella elettrica potremmo considerarla in prima approssimazione eguale. In effetti sarebbe sbilanciata a sfavore dell’auto elettrica in quanto i suoi contenuti innovativi hanno richiesto un impegno di studi e sperimentazione maggiore rispetto all’auto tradizionale, in cui buona parte dei concetti costruttivi sono consolidati da decenni e quindi richiedono minor dispendio di risorse.

Oggi per realizzare un’auto elettrica si debbono spendere da 100 a 500.000 megajoule di energia (costruzione edifici e macchinari per realizzarla, estrazione minerali, lavorazione materie prime, produzione plastica e metalli, produzione componenti, montaggio, trasporti, ecc. ecc.) a seconda della quantità di veicoli prodotti nella catena di montaggio (meno ne realizzo, più “pesa” l’energia spesa per costruire la fabbrica).

100.000 megajoule di energia equivalgono ad una emissione in atmosfera di circa 13 tonnellate di anidride carbonica o diossido di carbonio (CO2).

Facciamo ora il pieno di energia, carburante per l’auto a benzina ed elettricità per quella elettrica.

Il rendimento dell’auto elettrica è sicuramente maggiore di quello del ciclo Otto a combustibile, ma non è, per così dire, “travolgente” (siamo fra il 50 e il 60%) a causa della catena di trasformazioni interne alla vettura che subisce l’elettricità per essere utilizzata dal motore. Poi fra motore e ruote il rendimento di trasmissione del moto si può ritenere analogo a quello di un’auto tradizionale. Andrà un po’ meglio con i futuri sistemi “driverless” (motore direttamente accoppiato alla ruota) in fase di sperimentazione.

Che cosa ha di svantaggio l’auto elettrica rispetto a quella tradizionale? Un maggior peso (leggi consumo) a causa delle batterie di accumulatori (500 kg!) necessarie ad immagazzinare l’energia, una minor autonomia di marcia (circa la metà), un costo di acquisto più elevato (che posso convertire in energia “sequestrata” non utilizzabile) e soprattutto un costo elevato sia per lo smaltimento che per l’eventuale ricambio degli accumulatori agli ioni di litio.

E qui rientra in ballo l’energia di semina, quanta ne utilizzo per produrre gli accumulatori?

Questa è la risposta:

A partire dal 2014 Tesla sta costruendo una fabbrica di batterie agli ioni di litio in Nevada, denominata Gigafactory, in cui prevede di produrre batterie per almeno 500.000 macchine all’anno. La fabbrica costerà 5 miliardi di dollari e sarà operativa a partire dal 2017. [fonte Wikipedia].

5 miliardi di dollari per solo una parte dell’energia di semina necessaria per produrre le batterie.

Infine da dove proviene l’energia che impiego per la ricarica degli accumulatori?

Se viene prodotta da impianti di rinnovabili (idroelettrica, fotovoltaica, eolica, geotermica) ho un certo beneficio ambientale (ferme restando le perdite inevitabili di trasformazione e trasporto/trasmissione dell’energia prodotta, l’energia di semina e la durata nel tempo di detti impianti), ma se utilizzo centrali termoelettriche (o nucleari, vedi costi di gestione e dismissione) il beneficio ambientale è meno di zero perché il rendimento energetico globale, causa perdite nelle trasformazioni di energia e di trasmissione a distanza della stessa, è più basso di quello di una vettura a benzina (o diesel) in cui il combustibile è direttamente trasformato a bordo del mezzo.

Poi siamo all’ultima fondamentale domanda: quanto dura un’auto elettrica?

Se è realizzata con componenti che si deteriorano dopo 5-6 anni (batterie a parte), non abbiamo realizzato alcun passo avanti nel senso di vero progresso dell’umanità.

Per il momento l’auto elettrica è agli albori del suo sviluppo che potrà essere dilagante soltanto quando saranno risolti i suoi problemi fondamentali: autonomia, peso e durata delle batterie, costo di acquisto (o leasing) e vita media del mezzo, ossia quando sarà veramente conveniente sia dal punto di vista economico che dell’impatto ambientale.

Peraltro, il mio punto di vista personale sulla mobilità per il futuro è che se non torniamo di corsa ad un uso generalizzato del trasporto collettivo (leggi pubblico) veramente ecosostenibile avremo ben poche chances di sopravvivere ai cambiamenti climatici in atto. L’unico mezzo di trasporto privato al momento ecocompatibile rimane la bicicletta o, in alternativa, i piedi. Non è di certo costruendo decine di milioni (leggi consumismo) di auto elettriche per un uso “egoisticamente” personale che risolveremo i nostri problemi immediati e futuri.

Vi rammento che i tram e le locomotive elettriche dei primi anni del ‘900 potevano “tirare a campare” oltre 50 anni, alcune (potenzialmente) fino a 100 con un rendimento energetico prossimo al 90% fra linea aerea di contatto e ruote. Quella sì che era energia di semina!