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Auto elettriche, rivoluzione tecnologia e ambientale

Ovviamente il primo aspetto importante per avere delle città meno inquinate ed eco sostenibili parte da un cambiamento radicale delle automobili. Ad oggi la più accreditata tecnologia per ovviare a questo enorme problema mondiale è sicuramente l’auto elettrica. Un cambiamento, molto difficile da radicare nella cultura e nei comportamenti dei cittadini e soprattutto tra cambiamento radicale delle città, uno su tutti, il posizionamento delle stazioni di ricarica per le autovetture.

Le auto elettriche utilizzano un motore elettrico, in grado cioè di trasformare l’energia elettrica in lavoro meccanico per la propulsione. Nel più diffuso motore a scoppio (o a combustione interna) è invece l’energia termica derivante dalla combustione del carburante a essere trasformata in lavoro meccanico, con efficienze però piuttosto modeste. Se infatti il motore a scoppio garantisce migliori prestazioni in termini di accelerazione e velocità massima, l’efficienza, cioè la percentuale di energia potenziale del carburante trasformata in lavoro effettivo, varia tra il 25 e il 40%. Nel caso del motore elettrico l’efficienza di utilizzo dell’energia immessa può superare il 90%.

Nelle auto elettriche attualmente in produzione il serbatoio energetico più comunemente utilizzato è costituito da una o più batterie ricaricabili, in particolare gli accumulatori piombo-acido, nichel-cadmio, litio-ione, o il più recente litiopolimero. Questi accumulatori sono analoghi nei loro principi di funzionamento alle più piccole batterie ricaricabili per apparecchi elettronici, telefonini e computer portatili. Le reazioni chimiche che avvengono all’interno di queste batterie ricaricabili sono reversibili: se si fornisce energia elettrica dall’esterno le batterie si ricaricano riformando i composti chimici iniziali che poi spontaneamente reagiscono producendo di nuovo energia elettrica al momento dell’uso della batteria. Nel caso delle auto elettriche la ricarica, effettuata collegando la batteria alla rete elettrica, può impiegare un tempo piuttosto lungo, generalmente una o più ore.

Per ovviare in parte a questo problema a volte si utilizzano batterie modulari che possono essere sostituite immediatamente con batterie cariche, mentre si ricaricano le altre. In alternativa alle pile ricaricabili si possono utilizzare le pile a combustibile: si tratta di pile in cui il combustibile (tipicamente idrogeno gassoso) viene ossidato all’anodo, mentre al catodo l’ossigeno dell’aria viene ridotto ad acqua, che quindi è l’unico prodotto di scarico. L’utilizzo di un motore elettrico al posto di un motore a scoppio riduce fortemente l’inquinamento da gas di scarico, che anzi sono nulli per questo tipo di motori. Tuttavia, a meno che non si ricorra alle fonti rinnovabili viene comunque utilizzato combustibile per produrre l’energia elettrica con relative emissioni nocive. Infine, gli elevati costi delle vetture elettriche, e in alcuni casi la limitata autonomia, pongono limiti di mercato alla loro diffusione. Oggi esistono in commercio anche veicoli ibridi che utilizzano sia motori elettrici sia motori a combustione interna, da utilizzare in momenti diversi della marcia.

Perché scegliere l’auto elettrica Le città sono croce e delizia dell’uomo. Se le aree metropolitane sono il motore dell’economia e il cuore pulsante delle economie del mondo, è vero anche che sono i luoghi dove si concentrano i principali problemi che interessano l’uomo contemporaneo. Disoccupazione, povertà, traffico, inquinamento. Quest’ultimo fattore riguarda i gas serra, i gas climalteranti e i particolati che vengono emessi in aria dal settore dei trasporti. Vivere in città, spesso, significa condannarsi ad un’aria poco salubre e per niente pulita. La principale causa, in particolare nelle città, è il traffico. Un quarto delle emissioni mondiali di gas serra, infatti, è legato al settore dei trasporti e “al miliardo di automobili che circolano sul pianeta” . Le più recenti  stime dell’Onu, aggiornate al luglio 2015, prevedono che nell’anno 2030 sul nostro pianeta ci saranno circa 8,5 miliardi di abitanti2 . La popolazione continuerà a crescere raggiungendo 9,7 miliardi nel 2050 e 11,2 miliardi nel 2100.

Gli attuali scenari di urbanizzazione rendono necessaria una trasformazione radicale delle nostra economia. E bisognerà partire proprio dal sistema trasporti e dalla mobilità urbana. La risposta a tutto questo potrebbe essere rappresentata proprio dalla mobilità elettrica: silenziosa, a zero emissioni al tubo di scarico3 e con un consistente risparmio di carburante. La vettura a batteria, che vanta una storia di successi che risale alla fine del 1800 e che si sovrappone a quella dei veicoli a benzina, potrebbe fare il suo grande ritorno proprio a causa delle conseguenze negative prodotte dai veicoli endotermici. I policy-makers del settore ne sono convinti: sarà questa la tecnologia che dominerà il futuro della mobilità. La batteria può contribuire a combattere i cambiamenti climatici, a ridurre le emissioni di CO2 e altre polveri sottili e a rispondere alle esigenze strategiche degli approvvigionamenti energetici. Non solo: l’auto elettrica potrà rappresentare una risorsa importante per il sistema elettrico. Le vetture a batteria saranno un grande vantaggio per la collettività.

LE EMISSIONI DELLE AUTO ENDOTERMICHE Ciò che esce dal tubo di scarico delle auto endotermiche è davvero una miscela velenosa, che ogni anno in Europa provoca 467mila morti premature (i dati sono forniti dal rapporto “Qualità dell’aria in Europa 2016”, firmato dall’Agenzia europea per l’ambiente, Eea). Monossido di Carbonio E’ incolore, inodore, insapore, tossico e molto insidioso se inspirato.Si lega allo ione del ferro nell’emoglobina del sangue, impedendo l’arrivo dell’ossigeno nei tessuti. E’ sufficiente una concentrazione dell’1,28 % in natura per provocare uno stato di incoscienza. Idrocarburi incombusti Gli idrocarburi incombusti sono composti chimici costituiti da carbonio (C) e idrogeno (H). Alcuni di questi composti, come il benzene, sono cancerogeni. Il benzene, in particolare, se assorbito nel sangue può anche favorire l’insorgere di malattie ematologiche gravi, come la leucemia. Pericolosi anche i policiclici o Ipa (Idrocarburi Policiclici Aromatici), come il benzopirene. Ossidi di azoto Sono molecole composte da Azoto (N) e Ossigeno (O). Producono nell’uomo affezioni dell’apparato respiratorio aggravando significativamente le condizioni delle persone affette da asma.

L’esposizione, anche per soli quindici minuti, a concentrazioni di NOx maggiori di 5 ppm determina tosse persistente e irritazione delle mucose delle vie aeree. Ossidi di zolfo (SOx) Il biossido (SO2) e il triossido di zolfo (SO3) sono i principali inquinanti atmosferici a base di zolfo. Il primo irrita le vie respiratorie e può causare faringiti, affaticamento e disturbi a carico dell’apparato sensoriale. Particolato (pm) Il particolato raccoglie tutte le particelle solide e liquide generate nel processo di combustione e portate in sospensione nell’aria dai gas di scarico. Vengono suddivise in base al diametro e quelle più pericolose per la salute umana sono quelle micrometriche, con diametro fra 0.5 e 10 μm e con alto contenuto di carbonio elementare prodotto dalla combustione. Queste potrebbero determinare patologie acute e croniche a carico dell’apparato respiratorio (asma, bronchiti, allergia, tumori) e cardio-circolatorio (aggravamento dei sintomi cardiaci nei soggetti predisposti). In Italia, secondo il rapporto Ispra 2016 “Qualità dell’Ambiente Urbano”, a superare ripetutamente il valore limite giornaliero sono i Comuni concentrati nelle regioni della Pianura Padana, caratterizzate da condizioni di maggiore stagnazione rispetto ad altre zone del Belpaese, tutte le province campane. Male anche Roma, Frosinone, Palermo e Siracusa.

Definiamo l’auto elettrica Negli ultimi anni i veicoli ibridi hanno conquistato sempre più quote di mercato. Si tratta di auto che sono sì provviste di batteria, ma questa va ad integrare una motorizzazione termica assistita. Nonostante la presenza di un motore/generatore elettrico e di una piccola batteria, non è possibile definire questa vettura elettrica in senso stretto. E allora, prima di addentrarci nel pieno di questa argomentazione, è bene definire le diverse tipologie di auto elettrica: Veicoli ibridi Plug-in (PHEV) Sono i veicoli ibridi, ovvero con doppia fonte di potenza per la propulsione, una elettrica ed una con motore termico (che nel sistema ibrido – parallelo è connesso alle ruote motrici) la cui batteria, normalmente dimensionata per una autonomia di poche decine di chilometri, può essere ricaricata dalla rete elettrica. Una volta scaricata la batteria – o non appena raggiunto un livello di carica minimale (30-40% del suo contenuto energetico), il veicolo, secondo il tipo di gestione del sistema, entra in funzionamento ibrido “normale”, analogo a quello dei veicoli ibridi non ricaricabili. Con un dimensionamento della batteria atto ad erogare un’autonomia di 30 km, si potrebbero soddisfare ad “emissioni zero” circa il 60% dei bisogni di mobilità delle automobili in Italia . Diverse auto di questo tipo hanno autonomia in funzionamento elettrico anche superiore a 50 km.

Veicoli ibridi Range-Extended (REEV) Sono veicoli ibridi con due motorizzazioni (una elettrica di trazione ed una endotermica di ricarica). Anche in questo caso la batteria, normalmente dimensionata per una autonomia attorno al centinaio di km o più, è ricaricabile dalla rete elettrica; una volta scarica, entra in azione un generatore elettrico alimentato dal motore endotermico di bordo che provvede al reintegro della batteria. In questo modo di funzionamento il veicolo si muove con il motore elettrico, o con più motori elettrici collegati alle ruote, ma opera in definitiva attraverso il carburante di bordo, anche se con minori emissioni rispetto al veicolo puramente endotermico convenzionale, perché il motore del REEV lavora ad un regime ottimizzato, con la batteria che agisce da livellatore dell’energia, che viene in parte trasferita alle ruote e in parte immagazzinata nella batteria stessa. Ve ne sono in commercio con autonomia di circa 150 km in funzionamento elettrico e altrettanti con il range-extender inserito.

Veicoli bimodali elettrico – endotermico Sono veicoli provvisti di due motorizzazioni del tutto indipendenti, rispettivamente elettrica alimentata a batteria ricaricabile dalla rete elettrica, ed endotermica utilizzabile in alternativa a quella elettrica per consentire percorrenze elevate. Spesso ognuna delle motorizzazioni è connessa ad un asse del veicolo, che opera quindi a trazione anteriore o posteriore a seconda del propulsore attivato. Veicoli elettrici a batteria (BEV) Sono i veicoli con la sola motorizzazione elettrica alimentata da una batteria ricaricabile esclusivamente dalla rete elettrica. L’autonomia dei modelli già in commercio da alcuni anni è compresa per le autovetture tra i 150 e i 200 km ma, soprattutto nella fascia premium di mercato, vi sono già modelli da 400-600 km, che si ritiene potrà divenire uno standard diffuso nell’arco di pochi anni, con la graduale diminuzione di costo delle batterie. Veicoli a Fuel-cell a idrogeno (FCEV) Sono i veicoli con motorizzazione elettrica nei quali la sorgente di energia elettrica per la propulsione è costituita da una cella a combustibile (a volte assistita da supercapacitori) invece che da una batteria. La cella a combustibile viene a sua volta alimentata da idrogeno, stoccato a bordo del veicolo in bombole ad alta pressione o in sistemi fisico-chimici. Il vantaggio dei FCEV è che l’autonomia dipende solo dal dimensionamento del “serbatoio” di idrogeno. Lo svantaggio è che occorre sviluppare una apposita rete di distribuzione dell’idrogeno, oggi inesistente (salvo che in piccole aree territoriali in cui l’idrogeno ha altre applicazioni industriali).

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