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Auto Elettrica - Teoria

Data: 10 set 2011


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𝒜lcuni numeri per definire cosa può fare un'auto elettrica in termini di consumi e di autonomia. Prendo ad esempio tre tipologie di auto:
  • La Prius 2012 plug-in è l'evoluzione dell'ibrida Prius che funziona anche in modalità solo elettrico con batterie al litio. Si parla di 100 km/h, un'autonomia di 21 km, una capacità delle batterie di 5.2 kWh e quindi un consumo di 0.25 kWh/km. Considererò solo la modalità elettrica della Prius+.
  • Il quadriciclo elettrico Birò pesa 350 kg è quindi un sostituto della moto piuttosto che un'auto elettrica, comunque monta 4.8 kWh di batterie al piombo e ha una percorrenza in condizioni ottimali di 70 km. Il consumo è quindi di 0.07 kWh/km.
  • I dati tecnici della Gem e2, un quadriciclo dalla velocità massima di 45 km/h, parlano di 6 batterie al piombo per una carica energetica complessiva pari a quasi 10 kWh. I consumi sono di 0.13 kWh/km nel ciclo urbano (0.15 kWh/km secondo lo "United States Department of Energy")
  • La Reva (un mio articolo che descrive l'auto) ha una autonomia di 80 km, una velocità massima di 65 km/h e un carico di batterie al piombo di 250 kg per 9.6 kWh, la densità è di 38 Wh/kg. Per la Reva in ciclo urbano i consumi sono di 0.12 kWh/km
  • La Nissan Leaf ha una autonomia di 160 km, una velocità massima di 140 km/h, un pacco batterie al litio (Li-ion) da 24 kWh con una densità energetica di 140 Wh/kg e un consumo chilometrico di 0.15 kWh/km in un ciclo urbano di tipo americano (LA4 drive cycle). Il peso dell'auto è di 1545 kg. fonte="true"href="http:>
La Prius plug-in anche chiamata Prius+ è sicuramente un'auto ordinaria sia per pesi che per prestazioni come anche la Nissan Leaf. Birò e la Gem sono quadricicli leggeri, anzi più leggeri delle microcar (350 kg la Birò e 330 la Gem e2). La Reva che non è più venduta direttamente in Italia è un quadriciclo pesante e si colloca in posizione intermedia tra le due categorie precedenti.

C'è da osservare che la Nissan Leaf ha dati non veritieri, in particolare non è possibile consumi solo 0.15 kWh per ogni chilometro percorso mentre la Prius+ consuma quasi il doppio: 0.25 kWh/km. Un test effettuato dalla EPA, un'agenzia americana, ha stabilito un consumo in ciclo urbano (americano) di 0.23 kWh/km per la Leaf, molto simile ai 0.25 kWh/km della Prius+. L'autonomia è di 118 km.

Alcune tecnologie come le batterie al litio (litio-polimeri) arrivano a densità di energia pari a 200Wh/Kg, esistono anche le batterie non ricaricabili come quelle zinco-aria con densità sempre pari a 200Wh/kg, per i numeri che mostrerò alla fine posso anticipare che una tale densità è il minimo perché si possa parlare di auto elettriche utili in termini di sostituzione delle auto a combustibili fossili.

Con accumulatori "densi" come quelli al litio la e2 della GEM avrebbe una autonomia pari a 300Km in ciclo urbano con pesi inalterati.

Per la Reva che fa i 65 Km/h con 250 Kg di batterie al litio si avrebbe una autonomia di oltre 400 Km, meglio di alcune auto a combustione.

Per quanto riguarda i consumi energetici e i costi associati occorre essere prudenti. Le auto come la Gem, la Birò o la Reva sono molto leggere (750 Kg per la Reva, 350 kg la Birò e 330 kg per la Gem e2), se si tentasse di spostare auto come la Golf con l'elettricità allora i consumi sarebbero molto più alti: infatti la Prius+ e la Leaf consumano quasi 4 volte la Birò.

Comunque per i quadricicli elettrici (Birò, Reva e  Gem) il costo chilometrico è di 1.3/2.3/2.9 €cent mentre è di 4.8 €cent per le automobili elettriche vere (Prius+) (costo elettricità 19 €cent/kWh, 3500 kWh/anno, Roma ).

Occorre precisare che in Italia si pagano 16 €cent al kWh di media ma se una famiglia media (2700 kWh/anno) ricarica l'auto sempre a casa allora pagherà indicativamente l'elettricità per l'auto elettrica il valore di 19 €cent/Kwh (3500 kWh/anno) per questioni di politica energetica scelta dallo Stato.

Ecco la tabella dei costi delle auto elettriche comparate con quelli della Golf a benzina:


Consumo kWh/km Costo €/10km (1) Costo €/10km (2) Costo €/10km (3)
Prius+
0.25
0.25
0.48
0.58
Leaf
0.23
0.23
0.44
0.53
Gem 0.15 0.15 0.29
0.35
Reva
0.12
0.12
0.23
0.28
Birò
0.07
0.07
0.13
0.16
Golf benzina 14 Km/l 0.50 1.07 1.07
(1) Prezzo dell'elettricità industriale pari a 10€cent/kWh, 70€cent/litro per la benzina industriale (senza tasse)
(2) Costo elettricità pari a 19 €cent/kWh, 
prezzo finale 1.50€/litro per la benzina per la golf (costi con le tasse e l'iva)
(3)
Costo elettricità pari al prezzo industriale (10€cent/kWh) rincarato delle stesse tasse della benzina (214%): 23€cent/kWh

Si noterà che la colonna (2) è quella dei costi effettivi, quelli che paga l'utente domestico e che le due auto normali come la Prius+ e la Golf hanno costi che sono la metà l'una dell'altra. Dall'esclusivo punto di vista economico una Golf diesel ha costi chilometrici comparabili a quelli della Prius in modalità elettrica visto che la percorrenza chilometrica per litro di gasolio è quasi doppia e che il gasolio costa leggermente meno della benzina.

A questi costi bisogna aggiungere quelli delle batterie diviso i chilometri che si possono fare. Alcune fonti parlano di 3300 $ per un pacco batterie della Prius+ che però non si sa quanti km possa garantire. Le batterie al Litio come quelle delle moderne auto elettriche sono poco sperimentate per cui è molto incerto l'aggiunta di costo dovuto agli accumulatori.

Secondo le prime ammissioni di Nissan.uk il pacco accumulatori della Leaf da 24 kWh costa 21 mila euro, spesso si legge che la garanzia per queste batterie è di 8 anni o 160 mila chilometri (per una legislazione americana (californiana) sulle auto elettriche). Dopo 5 anni l'autonomia scenderà come minimo del 20% secondo Nissan.uk, quindi gli 8 anni di garanzia si raggiungeranno con una autonomia ridotta.

Basandosi su queste informazioni nel peggiore dei casi si evince  un costo chilometrico di 13 centesimi di euro, quindi per fare i 14 km della Golf benzina si spenderebbero solo per le batterie 1.84 € a cui aggiungere il costo dell'energia elettrica per ricaricarle.

Solitamente si vedono riportati dei numeri di cicli di carica-scarica pari a 1200 per gli accumulatori al Li-ion, se consideriamo che la Leaf ha una autonomia di circa 120 km risulta una percorrenza totale di 144 mila km che è inferiore ai 160 mila km precedentemente citati. Vedremo in futuro i dati attendibili basati sull'esperienza pratica.

Anche nelle auto elettriche che usano le batterie al piombo l'aggravio di spesa dovuto a queste ultime è ingente.

Per esempio nella Birò si ha un costo chilometrico di 7.7 centesimi di euro dovuto alle batterie al piombo cui va aggiunto il costo chilometrico dell'energia elettrica che è di 2 centesimi di euro, fa in totale 10 euro cent. Per fare 14 chilometri sono 1.4 €. Eppure la Birò pesa 350 kg ed è larga un metro.

Alcune tecnologie interessanti permettono di fare il pieno di energia elettrica tramite un liquido, solitamente un acido. Si tratta delle pile Redox che hanno però densità di energia molto bassa (30Wh/Kg). Si stanno studiando varie combinazioni di sostanze chimiche e il massimo che ho visto è stato di 50Wh/Kg. Siamo lontani del minimo necessario (200Wh/Kg) ma con questa tecnologia si può fare il pieno di energia elettrica in pochi minuti come si facesse un pieno di benzina.

Il prof Ugo Bardi dell'università di Firenze ha scritto un interessante articolo molto discorsivo sui veicoli elettrici che dimostra come il loro inquinamento sia inferiore a quello delle corrispettive auto a combustione. Nell'indagine il prof ha tenuto conto dell'inquinamento complessivo della catena dell'energia dalla costruzione della centrale elettrica al veicolo elettrico.


Nota:
prima stesura di questo articolo: 25 apr 2005
riscrittura completa di questo articolo: 10 set 2011

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