Quanta CO2 dalle elettriche? I numeri della International Energy Agency

“L’emissione di CO₂ dalle elettriche supera quella delle auto convenzionali”: quante volte abbiamo sentito questa frase, come minimo mal posta? Un’elettrica, infatti, non emette dallo scarico – non ce l’ha – e al massimo produce particolato dalle gomme e dai freni, come tutti i veicoli. Un confronto più sensato può essere fatto comparando i consumi (conoscevi l’etichetta EPA per i consumi delle elettriche?) e le emissioni del ciclo vita. Estrarre il petrolio, trasportarlo, raffinarlo e distribuire i carburanti implica emissioni così come la produzione, il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica. L’International Energy Agency ha esaminato tutti i fattori, compresa l’energia per produrre e smaltire (Volkswagen riciclerà le sue batterie) i veicoli, arrivando a conclusioni interessanti.

SI FA PRESTO A DIRE “EMISSIONI”

Con emissioni locali “zero” l’azione positiva dei veicoli elettrici (EV) sull’ambiente dei congestionati centri urbani è unanimemente riconosciuta. Il loro impatto ambientale complessivo e le loro emissioni di gas serra (GHG, Green House Gas) è invece oggetto di continue discussioni. Un confronto fra i vari veicoli richiede quindi una valutazione delle emissioni degli GHG durante il ciclo di vita (LCA, Life Cycle Analysis). Non è facile valutare le emissioni LCA, anche a causa della difficoltà nel quantificare quanta anidride carbonica viene emessa per produrre le batterie. Questa variabilità porta alla Figura 1: l’asse a sinistra mostra l’energia usata per produrre 1 kWh di batterie. L’asse a destra visualizza 2 quantità: la densità di energia delle batterie (Wh/kg) e le emissioni per produrle, in kg di CO₂ per kWh.

Figura 1- Densità di energia delle batterie e energia ed emissioni della loro produzione. Varie ricerche

PRODUZIONE PIÙ EFFICIENTE

La tendenza conduce a batterie energeticamente più “dense” che richiedono meno energia e meno CO₂ (non tossica di per sé) per la loro costruzione. Questo può derivare da cambiamenti tecnologici, impianti produttivi più grandi e/o usati più intensamente ma il risultato è questa maggiore efficienza e “pulizia”. Il tratteggio rosso indica il massimo e minimo usato per lo studio mentre NMC indica la chimica delle batterie, la più comune. Fra le ipotesi abbiamo la potenza del motore, 110 kW, usato per i veicoli a combustione interna (ICE), ibridi (HEV) e ibridi plug-in (PHEV). Stessa potenza anche per gli EV a batteria (BEV) e con fuel cell (FCEV). L’autonomia ipotizzata per il veicolo PHEV è 55 km, con una batteria da 11 kWh. Per i BEV sono state ipotizzate autonomie di 200 km, con una batteria da 38 kWh, e 400 km, con un pack di 78 kWh.

QUAL’È LA PIÙ PULITA?

Il consumo di carburante ipotizzato per la vettura ICE è di 6,8 l/100 KM ottenuto con il test WLTP e la percorrenza annuale è 15.000 km. Le elettriche sono penalizzate del 5% per le perdite di ricarica mentre la produzione dell’Idrogeno delle FCEV implica 3,2 kg di CO₂/ litro di benzina equivalente. Si assume che, secondo le norme WLTP, il PHEV viaggi per il 60% ad elettricità mentre la produzione di elettricità implica 518 g CO₂ equivalenti/kWh. La Figura 2 evidenzia che, per tutte le trazioni, le emissioni LCA dei GHG del ciclo del carburante (barra arancione e gialla) sono maggioritarie. Si vede l’ottimo risultato complessivo dei veicoli PHEV, BEV e FCEVI contributi di produzione, smaltimento e riciclo, indicati in blu, azzurro e verde, sono molto variabili: per un ICE essi valgono solo il 18%, ovviamente mancando la quota del battery cycle.

Figura 2 – Emissioni del ciclo vita per vari tipi di veicoli. La parte verde si riferisce alle batterie delle elettriche e ibride plug-in. Le emissioni connesse ai liquidi e ai componenti sono elevate per i veicoli a fuel cell

EFFICIENZA CERCASI

La quota sale al 36% per BEV da 200 km e FCEV ma per il BEV con 400 km essa vale il 43%. Con le le ipotesi date i BEV e PHEV emettono la quantità minore di GHG nel life cycle, circa 25 tonnellate di CO₂ equivalenti. I BEV con autonomia maggiore hanno emissioni totali leggermente più alte e c’è un’ulteriore variabilità dovuta alla costruzione della batteria, ad esempio per le materie prime. Le batterie di un BEV da 38 kWh e la consueta chimica NMC rappresentano il 33% delle emissioni del ciclo del veicolo mentre salendo a 78 kWh si supera il 50%. Si vede bene che per ICE e HEV il passaggio serbatoio-ruota rappresenta la maggioranza delle emissioni di GHG, dato il rendimento non eccelso.

ELETTRICITÀ E BATTERIE, FATTORI CRITICI

Le loro emissioni possono ridursi solo migliorando l’efficienza (sempre che per ottenerla non si emetta più CO in produzione), ad esempio con il diesel. Ci si può arrivare anche indirettamente: catturando il Carbonio a bordo, usando bio-carburanti o combustibili ricavati dalla CO₂ atmosferica. Per BEV e FCEV, ipotizzando il mix produttivo dell’energia medio del 2018, si vede che le emissioni dal pozzo al “serbatoio” valgono il 56 – 64%. Ricordando che essi hanno emissioni locali zero, la riduzione delle emissioni di CO₂ connesse al “carburante” ha una grande potenziale nella mitigazione dei GHG. Questo può essere ottenuto abbassando le emissioni di CO₂ nella produzione di elettricità o idrogeno: usando energia rinnovabile esse potrebbero diminuire quindi molto. Un altro aspetto da considerare è l’autonomia, una variabile utile nel confrontare le emissioni di FCEV e BEV.

AUTONOMIA NON FA RIMA CON ECOLOGIA

Considerando un BEV, aumentarne l’autonomia fino al livello di un FCEV diminuisce il vantaggio delle emissioni nel LCA del veicolo a batteria. Questo vale anche nel confronto con un ICE, per il quale si può ipotizzare un’autonomia di 600 – 800 km. Il perché è presto detto: la grande capacità richiesta aumenterebbe le emissioni della porzione del ciclo di vita associate alla produzione e smaltimento della batteria. Questa considerazione sottolinea l’importanza di un’autonomia “giusta”, che non solo contiene i costi ma ha benefici ambientali. Stante la tecnologia attuale delle batterie e il mix produttivo dell’elettricità è quindi più utile, per l’ambiente, ottimizzare l’infrastruttura di ricarica piuttosto che aumentare l’autonomia.