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Auto Elettrica - Teoria

Data: 25 ott 2017


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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 Tesla Model S è l'elettrica che ha avuto molto successo. Autonomia di 549 km, secondo il costruttore il consumo è di 16.4 kWh/100km, secondo gli utenti il consumo è di 21 kWh/100km ovvero 0.21 kWh/km. Peso di 2175 kg, batterie 90 kWh. fonte.
  • 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
  • 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 Tesla Model S pesa parecchio come anche la Prius plug-in anche chiamata Prius+. Sono sicuramente auto ordinarie 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. Secondo i consumatori la Leaf ha un consumo medio (che comprende anche il consumo urbano ma non solo) di 0.17 kWh/km e un consumo massimo di 0.24 kWh/km.

Questa la tabella di altri veicoli elettrici sempre tratta da Spritmonitor che riporta i dati degli utenti sui consumi reali delle auto elettriche nelle situazioni di guida, di traffico e di strade dei vari utenti che vogliono comunicare i dati delle propria automobile al sito. Tabella creata dal sito gruppoacquistoauto.it a giugno 2016:

Marca e modello Consumo min (kWh/100km) Consumo med (kWh/100km) Consumo max (kWh/100km)
Volkswagen e-Up! 9,10 13,74 16,00
Citroen C-Zero 13,18 14,28 15,30
Kia Soul EV 10,70 14,56 18,42
Smart ForTwo electric drive 75CV 12,41 14,66 57,50
BMW i3 10,67 15,90 22,48
Volkswagen e-Golf 9,12 15,90 22,39
Nissan LEAF 10,09 16,57 23,79
Renault ZOE 2,25 16,64 27,98
Mercedes-Benz Classe B electric drive 17,91 19,75 21,84
Tesla Model S P85 421CV 18,85 20,81 23,59

Azzardo che il ciclo urbano usato nei test abbia consumi comparabili a quelli che gli utenti indicano come consumo massimo nella tabella qui sopra. In effetti la Leaf ha consumi di 0.23 kWh/km secondo l'agenzia americana EPA e 0.24 secondo i consumatori come consumo massimo (vedi tabella).

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.

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 Tesla, 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 (Tesla Model S, Prius+) (costo elettricità 19 €cent/kWh, 3500 kWh/anno, Roma).

Per la Tesla e le auto elettriche pesanti fanno circa 1 euro per fare 20 chilometri che sono più economiche ma vicino ai costi delle diesel o delle auto ibride a benzina. Per esempio la Toyota Auris ibrida fa 20 km con un litro di benzina in condizioni reali, l'Audi A3 2.0 TDI fa 19 km con un litro di gasolio realmente, fonte.

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. Le nuove tariffe offerte dal settore privato permettono un risparmio maggiore quanto più si consuma. Qui si è preso il costo della tariffa elettrica per chi non ha mai cambiato gestore (tariffa regolata).

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)
Costo €/10km (4)
Tesla model S
0.24
0.24
0.46
0.55
0.98
Prius+
0.25
0.25
0.48
0.58
1.02
Leaf
0.23
0.23
0.44
0.53
0.94
Gem 0.15 0.15 0.29
0.35
0.61
Reva
0.12
0.12
0.23
0.28
0.49
Birò
0.07
0.07
0.13
0.16
0.29
Golf benzina 14 Km/l 0.50 1.07 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
(4) Costo elettricità pari al prezzo dell'utente finale (19 €cent/kWh rincarato delle stesse tasse della benzina (214%):
41€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 Tesla/Prius+ e la Golf hanno costi che sono la metà l'una dell'altra. Dall'esclusivo punto di vista economico una Golf diesel o una ibrida ha costi chilometrici quasi comparabili a quelli della Tesla visto che la percorrenza chilometrica per litro di gasolio è quasi doppia e che il gasolio costa leggermente meno della benzina.

Si noterà anche la colonna (4) dove è applicato al costo dell'elettricità la sovra-tassazione applicata dallo Stato alla benzina, arrivando a costi di percorrenza per le auto elettriche comparabili ai costi della Golf benzina. All'elettricità è già applicata l'IVA e altre modeste tasse. Se si arriverà a una diffusione ampia dell'auto elettrica senza nessun dubbio il Governo imporrà alte tasse in quanto le auto a benzina e diesel si ridurranno numericamente mentre le entrate dello Stato non possono diminuire (è sempre a caccia di soldi e quindi di tasse).

A questi costi chilometrici bisogna aggiungere quelli delle batterie diviso i chilometri che si possono fare. Questo perché se si fanno molti chilometri con l'auto elettrica occorre dopo un numero limitato di anni sostituire le batterie che hanno una certa durata misurata in chilometri. Ma le ultime esperienze pratiche hanno dimostrato che la tecnologia delle batterie ha raggiunto un ottimo livello con batterie che in molti casi reggono molti anni e alcune centinaia di migliaia di chilometri, in altri casi no. Comunque sia le case costruttrici danno attualmente una garanzia che permette di usare l'auto elettrica senza sostituire le batterie a proprie spese. Questo un articolo che approfondisce la durata delle batterie della Leaf, della Ampera e della Tesla.

Le Batterie hanno una elevata incidenza nel costo dell'auto, 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. Comunque il costo delle batterie è diminuito molto negli ultimi anni anche se le auto elettriche costano sempre più delle versioni a benzina o gasolio proprio per le batterie.

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 (articolo non più disponibile, probabilmente cancellato) 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.

Un articolo del fatto quotidiano riporta uno studio di parte sulle emissioni di CO2 effettuate dai veicoli diesel e dai veicoli elettrici considerando tutto il ciclo produttivo (LCA). In particolare risulta che il Italia (con l'attuale mix elettrico fatto da carbone, petrolio, metano, idroelettrico, eolico e fotovoltaico) le auto elettriche emettono il 55% delle emissioni di C02 delle corrispettive auto a gasolio.

Questo il grafico delle varie componenti che partecipano alla emissione complessiva di C02 per le auto diesel (nella prima colonna) e per le auto elettriche nelle colonne successive che si distinguono per il paese esaminato che ha mix energetici nella produzione di energia elettrica differenti. Si noti che c'è un errore nella leggenda: in viola dal pozzo al serbatoio e in azzurro dal serbatoio alla ruota sono errati e vanno invertite.

Grafico emissioni di CO2

Nella ricerca commissionata dalle ONG ambientaliste Transport and Environment si considerano le emissioni totali che comprendono: le batterie, la scocca, il motore, la produzione di energia elettrica, la produzione di diesel.

Un altro dato importante per le auto elettriche sono le autonomie e una testato giornalistica svizzera, Patti chiari, si è occupata di questo importante fattore tramite il TCS, il Turing Club Svizzero.

autonomia auto elettriche

Hanno simulato due adulti, due bambini e un bagaglio, attivato l'aria condizionata (temperatura esterna 10°C, interna 22°C) e fatto percorrere un tracciato misto, autostrada, urbano, strada normale con sali e scendi e i risultati sono stati deludenti ma congrui. Tutte le auto elettriche hanno percorso circa il 58% della loro autonomia massima.


Nota:
prima stesura di questo articolo: 25 apr 2005
prima riscrittura completa di questo articolo: 10 set 2011
seconda riscrittura completa di questo articolo: 25 ott 2017



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Questo articolo è stato commentato 33 volte.

Ultimo commento inserito da kensan mercoledì 18 giugno con il titolo: altra critica.

Commento:

Letto tutto, molto interessante ma cose che già si sanno, comunque articolo scritto bene. Io sottolineerei come fatto notare nei commenti che la salute ha un costo e che le tasse si pagano anche nella corrente elettrica, meno ma si pagano.

Poi i calcoli andrebbero aggiornati. Adesso il kWh costa sui 23 centesimi, la benzina 1.70 e il gasolio poco meno.



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