Auto elettriche avanti tutta, ma le batterie sono all’altezza? Facciamo il punto.

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Le auto elettriche sono nella lista dei desideri di molti, ma uno dei dubbi sollevati dai più esperti riguarda l’autonomia della ricarica, la durata della vita e l’impatto ambientale effettivo delle batterie (sia per produrle, sia per lo smaltimento, una volta esaurite completamente). Non solo: le batterie rappresentano il componente che maggiormente incide su prezzo e autonomia di un’auto elettrica e sono da sempre un nodo critico per il suo sviluppo. Nonostante il 2018 abbia segnato un nuovo trend di crescita in tutto il mondo dei veicoli elettrici, rimangono ancora molti ostacoli da superare per concreta affermazione. I dati di vendita confermano (vedi dettaglio sotto) che il trend ha imboccato la strada giusta, ma restano ancora problemi da superare di ordine tecnologico, infrastrutturale e, non ultimo, di natura istituzionale e politica.

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LE VENDITE NEL 2018 – In Cina, primo mercato al mondo, pur aumentando le consegne di auto elettriche (incluso le plug-in e quelle ad autonomia estesa) nel 2018 del 61,7% rispetto al 2017, e superando 1,2 milioni di unità vendute, la loro quota mercato è di poco oltre il 5%. (Fonte: Associazione Cinese Produttori di Automobili). In Europa nei primi nove mesi del 2018 le auto elettriche, a fronte di un incremento delle immatricolazioni del 35% rispetto al 2017, rappresentano solo il 2,1% del totale mercato. Un risultato non diverso da quello registrato negli Stati Uniti dove la crescita del 47% nel 2018 si è attestata a una quota pari all’1,5% del totale venduto.

CAPACITA’ E EFFICIENZA DELLA BATTERIA – Il fattore che mostra maggior criticità è quello degli accumulatori le cui prestazioni, sebbene abbiano segnato un netto miglioramento nel tempo, non hanno ancora colmato il divario con le auto tradizionali in termini di autonomia e conseguente ansia da rifornimento. Dalle batterie dipendono, in buona parte, le prestazioni del veicolo e, soprattutto, quanta strada si potrà percorrere senza necessità di rifornimento, i tempi d’attesa per la ricarica, la sua durata e i costi per l’eventuale sostituzione. Il parametro che misura l’efficienza è dato dall’energia utilizzata per chilometro e viene espresso in kWh/100 km o in km/kWh essendo i due dati relativi al consumo strettamente correlati. La capacità di una batteria esprime invece la quantità di energia che può contenere ed equivale al pieno di carburante; il rapporto tra il suo valore e il consumo indica l’autonomia media teorica del mezzo. Vanno anche considerati che i dati disponibili nelle documentazioni ufficiali delle case costruttrici non sempre aiutano a fare chiarezza in quanto spesso non indicano la capacità energetica realmente utilizzabile al netto di quella “riservata” per proteggere la batteria dalla sovra scarica.

IL CALCOLO DEI CONSUMI – Un altro fattore importante è conoscere la metodologia adottata per il calcolo dei consumi essendo spesso rilevanti le differenze tra il ciclo di guida europeo NEDC, basato su una simulazione di percorso misto urbano/extraurbano oggetto nel tempo di numerose critiche e pertanto destinato ad essere accantonato, e quello americano EPA, più ristrettivo in termini di autonomia media calcolata. Recentemente è stato introdotto dall’Unione Europea, il Giappone e l’India una nuova procedura di prova dei veicoli leggeri armonizzati a livello mondiale WLTP, più lunga e complessa della precedente, che diventerà il nuovo standard dal 2020, e il cui valore è compreso tra quello NEDC e EPA.

LA CAPACITA’ È CRESCIUTA – L’aumento della capacità delle batterie a parità di ingombro è al centro dello studio delle Case automobilistiche, che puntano a maggiori autonomie senza dover modificare sostanzialmente i veicoli. Per esempio, BMW ha recentemente dotato la sua i3 di una nuova batteria ad alto voltaggio (120 Ah) elevandone la capacità lorda a 42,2 kWh, quasi il doppio rispetto a quella del lancio nel 2013 che era di 22,6 kWh e superiore anche alla versione presentata due anni fa equipaggiata con una batteria da 33 kWh. La novità ha consentito di portare l’autonomia dichiarata a oltre 285 km (ciclo WLTP) e portare il consumo energetico combinato a 13,1 kWh per 100 km, con un miglioramento del 30% rispetto al modello del 2016.

COSTI DELLE BATTERIE IN DISCESA – Nonostante l’auto elettrica abbia una maggiore semplicità costruttiva nel suo powertrain rispetto a quella di una vettura tradizionale, anche grazie al minor numero di componenti necessari e da assemblare – assenza di albero di trasmissione, cambio, frizione, marmitta -, sul piano dei costi l’incidenza della batteria continua a penalizzarla. Una batteria al litio, al momento la più diffusa nel panorama produttivo per le prestazioni offerte, il suo attuale prezzo medio al kWh è di 190 dollari (Bloomberg New Energy Finance). Ciò significa che, per un’auto con batteria da 30-40 kWh, il costo si colloca nel range 6-8mila dollari e incide sul prezzo di una vettura media di circa 36mila euro per oltre il 20%, e sale al 25% se la batteria è da 60 kWh. Lo studio Bloomberg, basato su un’indagine che ha coinvolto 50 aziende del settore automotive e accumulatori, sottolinea che nel 2010 il prezzo delle batterie al litio era di 1.000 dollari al kWh e che in otto anni la discesa è stata vertiginosa. Seguendo questo trend gli analisti hanno indicato nel 2025 l’anno in cui potrà essere raggiunto il traguardo dei 100 dollari a kWh. Traguardo che Envision Energy, colosso cinese dell’energia, che ha recentemente acquistato la fabbrica di batterie di Nissan, ritiene sia possibile raggiungere addirittura nel 2020 mentre il passo successivo sarà scendere a 50 dollari a kWh entro il 2025, come ha affermato Lei Zhang, CEO della società, nel corso del Global Energy Forum alla Stanford University lo scorso novembre 2018. La conferma di queste previsioni porterebbe a una drastica riduzione del prezzo dei veicoli elettrici che potrebbero così esprimere tutta la loro competitività nei confronti delle auto sia a benzina che diesel.

QUANTO DURA UNA BATTERIA? – Oltre al prezzo, un altro fattore importante è la durata nel tempo del pacco batterie. Molti temono che la sua sostituzione rappresenti un fattore critico capace di marcare la differenza con le abitudini consolidate dall’uso dei veicoli dotati di motori termici. A ciò va aggiunta la tendenza della clientela potenziale a generalizzare le esperienze negative fatte con l’elettronica di consumo, soprattutto con gli smartphone, dove la perdita di efficienza delle batterie porta nel giro di poco tempo a un inarrestabile degrado delle prestazioni. I costruttori di auto elettriche offrono garanzie lunghe sugli accumulatori in linea sia con il possibile decadimento dei suoi componenti sia con il ciclo di vita dell’auto. Generalmente si considera che la perdita di efficienza del 20%, intesa come capacità di immagazzinare energia e di cederla nell’utilizzo, sia il segnale oltre il quale le prestazioni del veicolo risultano compromesse. In particolare, i tempi di ricarica si allungano e la scarica è sempre più rapida. Le batterie agli ioni di litio, sono, al momento, quelle che garantiscono di mantenere un’efficienza dell’80% per una durata maggiore, in media 8 anni, rispetto a quelle con tecnologia Nichel Metallo Idruro (Ni-MH) che ancora pochi anni fa equipaggiavano molte auto ibride, come la Toyota Prius, per cui il range di sicurezza era di 5 anni. Le singole case automobilistiche legano inoltre gli anni di garanzia a un limite di chilometri percorsi, molto variabile in relazione alla capacità della batteria stessa e delle politiche di marketing adottate. Per il futuro però si profila già l’ingresso di nuove tecnologie, come quelle che caratterizzeranno le batterie a stato solido (agli ioni di litio) per le quali si prevedono durate decisamente superiori e tali da superare ampiamente la vita stessa dell’auto.

UN PROGETTO EUROPEO PER COSTI E PRESTAZIONI – In attesa che le ricerche in corso sugli accumulatori passino dalla fase sperimentale a quella di produzione industriale, le batterie a ioni di litio rimangono quelle che offrono i maggiori vantaggi, soprattutto per la loro densità energetica molto elevata, rispetto all’attuale offerta di mercato. Per questi motivi sono state recentemente oggetto di uno specifico progetto denominato Spicyfinanziato dall’Unione Europea con circa 7 milioni di euro per lo sviluppo di una batteria Li-Ion più potente, economica, sicura, leggera, duratura e rispettosa dell’ambiente in grado di soddisfare le esigenze dei conducenti di veicoli elettrici”.I lavori durati tre anni, come ha sottolineato il responsabile di progetto Willy Porcher, hanno consentito di individuare nello “sviluppo di nuove chimiche e architettura della cella per le batterie Li-Ion, l’unico modo per incrementare la capacità della cella e la densità energetica, che portano entrambe ad una maggiore autonomia del veicolo elettrico”. Lo studio, grazie alla ricerca di nuovi materiali attivi, all’uso di un solvente più rispettoso dell’ambiente per la fabbricazione e alla valutazione di quattro diverse architetture della cella, ha posto a disposizione dei costruttori europei di batterie una solida base industriale finalizzata alla produzione di accumulatori in grado di raggiungere l’obiettivo di incrementare le prestazioni del 20% e ridurre i costi di fabbricazione del 30%.

LE BATTERIE A STATO SOLIDO (O IONI DI LITIO) – Il prossimo passo nello sviluppo delle batterie Li-Ion è datato 2020, anno della loro introduzione sul mercato. Si tratta di batterie a stato solido, ai polimeri di litio, su cui una molteplicità di marchi dell’automotive ha dichiarato di puntare, seppur con differenti tempistiche. Si va infatti da Toyota, in collaborazione con Panasonic, pronta a ipotizzare il lancio a brevissimo termine (2020 o più probabilmente 2021-22), all’alleanza Renault-Nissan-Mitsubishi che, pur unendo le forze, ritengono più prudente l’obiettivo del 2030 con ampia possibilità però d’anticipare, passando per BMW che guarda al 2026 per il debutto di tale sistema d’accumulo, sino a Bosch già da tempo al lavoro.

BATTERIE LI-ION, COME SONO? – Si basano sulla sostituzione del tradizionale elettrolita liquido con uno allo stato solido, sempre al litio. I vantaggi consistono innanzitutto nell’aumento della densità energetica in modo da incrementare l’autonomia del 50% senza penalizzare né il peso né l’ingombro. E soprattutto senza variazioni di prezzo in quanto i materiali, sia nella situazione liquida sia solida, sono gli stessi. Un ulteriore grande vantaggio è poi quello di contenere il pericolo di surriscaldamentoche oggi rappresenta, con il rischio di incendio, un limite per le batterie al litio. Le batterie al litio allo stato solido possono anche sopportare ricariche più veloci e avere una durata nettamente superiore, come precedentemente detto. A credere nel loro sviluppo concreto sono in molti e tra questi James Dyson, new entry nel settore dell’auto elettrica, ma che ha fatto dell’innovazione il suo maggior punto di forza. Come riportato dal Times, Dyson, prima di annunciare la sua volontà di produrre auto a zero emissioni, aveva acquisito Sakti 3, spin off dell’Università del Michigan, società specializzata proprio nelle batterie allo stato solido.

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