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Uno sguardo a Firenze
Firenze sta pian piano diventando una delle capitali della mobilità elettrica e delle città più intelligenti (le cosiddette “smart cities”) d’Italia: è importante l’impegno della città per sviluppare un sistema di mobilità elettrica, con 179 colonnine di ricarica pubbliche con doppia presa di ricarica e più di 4mila veicoli elettrici nell’area metropolitana, e la sperimentazione dei bus elettrici.
Sorge quindi spontaneo domandarsi se valga la pena acquistare già da ora un’automobile elettrica. La risposta è variabile per ogni individuo, ma quasi sempre affermativa, per svariati motivi. Il primo è la già elevata disponibilità di mercato: oggi sono in commercio auto totalmente elettriche (non ibride) di marche che coprono metà dell’alfabeto. Inoltre, siccome esse hanno pochissime parti mobili, non hanno praticamente bisogno di manutenzione, abbassando di molto i costi di gestione durante tutta la vita del veicolo. Grazie agli incentivi statali poi, uniti all’esiguo costo dell’elettricità necessaria per “fare un pieno”, è già ora molto più conveniente acquistare un’auto elettrica rispetto a una tradizionale con motore a combustione.
Eppure, nonostante la loro vasta disponibilità e il loro costo relativamente contenuto, sembrano oggetti futuristici di nuova generazione. A una più attenta analisi però si scopre che la storia delle auto elettriche ha radici molto più antiche.
Una storia elettrizzante
È difficile attribuire l’invenzione dell’auto elettrica a un singolo inventore o paese. Invece, è grazie una serie di scoperte e passi avanti che innovatori in Ungheria, Paesi Bassi e Stati Uniti hanno iniziato a giocare con il concetto di un veicolo alimentato a batteria e hanno creato alcune delle prime auto elettriche su piccola scala.
Le auto elettriche esistevano già intorno al 1830. Sì, avete letto bene: 1830, più di mezzo secolo prima che Karl Benz brevettasse la sua Benz Patent-Motorwagen, la prima automobile con motore a scoppio della storia [1].
Non solo: il primo veicolo nella storia a raggiungere e superare i 100 km/h fu… un’auto elettrica, La Jaimais Contente, ovvero “La mai contenta”, nel 1899 [2].
Nel 1910, negli Stati Uniti le vendite di auto elettriche avevano raggiunto il picco: esse rappresentavano il 38% del totale, mentre le auto a benzina solo il 22% (e il restante 40% erano a vapore). Si può dire che gli anni ‘10 del Novecento fossero gli anni d’oro delle auto elettriche. Quell’anno però cambiò completamente le carte in tavola quando Henry Ford introdusse la leggendaria Model T. Costando solo 650$, era in media 3-4 volte più economica di una corrispettiva elettrica, e con il fatto che i benzinai stavano diventando sempre più popolari in tutto il Paese, questo ha permesso agli acquirenti di auto a combustione di viaggiare più a lungo, più velocemente e a un costo relativamente minore. In pochi anni le auto elettriche vennero obliterate dal mercato.
I veicoli elettrici ci hanno persino aiutato a viaggiare sulla Luna! Le missioni Apollo 15, 16 e 17 portarono a bordo ciascuna un Lunar Roving Vehicle (in foto), un rover da 0,25 CV alimentato da un pacco batterie non ricaricabile, progettato per viaggiare alla modesta velocità di 14 km/h. Il 31 luglio 1971, in occasione della missione Apollo 15, diventò il primo veicolo fuoristrada a essere guidato da un umano al di fuori della Terra.
Come funziona però un’auto elettrica?
Un veicolo elettrico compie lo stesso tipo di lavoro di qualsiasi altro veicolo a motore, però l’energia per compiere questo lavoro è generata in modo assai diverso. In un’automobile elettrica la spinta viene generata da un motore elettrico, che utilizza l’energia chimica immagazzinata in una batteria (di solito a ioni di litio) convertita in elettricità. Questo garantisce due grandi vantaggi, il primo dei quali è che la coppia è subito disponibile, poiché non c’è bisogno di riscaldare il motore o “portarlo su di giri”, un controllo certosino sul veicolo talvolta facendo provare al guidatore accelerazioni da capogiro; il secondo vantaggio è l’efficienza: in genere un motore termico ha un’efficienza energetica variabile tra il 25% e 45% (che comunque non supera mai il 60%) [3], mentre i motori elettrici hanno un’efficienza nominale intorno al 73% – 97%. Questo vuol dire che più della metà – se non tre quarti – del carburante che mettete nel serbatoio della vostra auto viene sprecato e convertito in calore, CO2 e altri composti altamente tossici per tutte le forme di vita, invece che aiutarvi ad arrivare più velocemente dai vostri amici!
Atmosfera cupa
È ormai fatto noto che le emissioni provocate dai motori a combustione in città peggiorino di molto la qualità dell’aria, talvolta rendendo letteralmente pericoloso fare una semplice passeggiata a causa dell’abnorme numero di polveri sottili (cioè particelle di diametro tra i 2,5 e 10 micrometri, cioè 40 volte più sottili di un capello umano). Ma cerchiamo di quantificare i danni con dei numeri.
Automobili, SUV e motocicli sono responsabili del 47% di tutte le emissioni complessive legate ai trasporti (che comprendono aerei, treni, navi, camion, autobus, ecc.); queste ultime rappresentano il 16% di tutte le emissioni mondiali di CO2 equivalente, pari a 51 miliardi di tonnellate annue. Il traffico automobilistico è quindi responsabile di più di 8 miliardi di tonnellate di diossido di carbonio emesse nell’atmosfera ogni anno. Non è il settore più inquinante (il triste primato spetta alle industrie pesanti dell’acciaio e del cemento), ma è comunque una porzione cospicua, e sicuramente deve rientrare nei nostri piani di transizione ecologica se vogliamo evitare un disastro climatico.
Crediti: © Xavier Galiana/AFP via Getty Images
Per la salute umana però ci sono problemi peggiori di questo. Siccome i motori termici sono poco efficienti, durante la combustione non tutto il carburante viene bruciato; durante la combustione incompleta, gli idrocarburi di cui sono fatti benzina e gasolio si legano all’ossigeno e all’azoto e creano ossidi di azoto (i famosi NOx), ossidi di zolfo, composti organici volatili (COV), aldeidi e centinaia di altre sostanze tossiche. Esse non solo vanno poi a formare lo smog fotochimico, causa delle piogge acide e conseguente morte di molti alberi e piante, ma hanno effetti devastanti sulla nostra salute. Queste sostanze sono noti carcinogeni, e le esposizioni a queste sostanze può anche causare effetti di salute non cancerosi ma assai debilitanti, come danni neurologici, cardiovascolari, respiratori, all’apparato riproduttore e al sistema immunitario [4, 5].
L’OMS stima che nella sola Unione Europea 100.000 morti annuali siano causate solo dalla caligine (smog), e il 90% della popolazione urbana viva in zone con i valori raccomandati dall’UE per NO2, CO, benzene e piombo al limite [6]. Recenti studî hanno anche mostrato una forte correlazione tra il maggior numero di morti legate a casi di COVID-19 in Lombardia rispetto ad altre regioni italiane e il notevole inquinamento di quella zona [7].
Morte al motore a combustione?
Sembra quindi che non ci sia motivo per i motori termici di esistere più, date tutte le loro conseguenze spiacevoli. Tuttavia, i motori elettrici hanno anche alcuni svantaggi non trascurabili.
Non potremo mai, ad esempio, elettrificare aerei o navi. Questo perché il peso delle batterie che servirebbe ad alimentarli impedirebbe agli aerei di alzarsi in volo, e lo spazio occupato da esse renderebbe inutili le navi. Per queste, dovremo usare motori che sfruttano carburanti totalmente diversi, come l’idrogeno, oppure carburanti alternativi. Tra questi ultimi troviamo i biocarburanti e i carburanti elettrochimici. Essi non aggiungono diossido di carbonio all’atmosfera, perché reimmettono semplicemente quella usata per crearli. Il problema di questi carburanti è però l’elevato costo di produzione: un biocarburante costa in media il 106% in più della benzina standard, e un elettrocarburante addirittura il 239%.
C’è poi il problema di dover ricaricare le batterie: chi appoggia e sostiene le auto elettriche come risposta a un futuro meno inquinato, deve tenere conto da dove proviene l’energia che le alimenta: se essa proviene da centrali a carbone, lungo la sua intera vita un’auto elettrica inquina e provoca più danni di un’auto a benzina con una marmitta catalitica. Per questo se vogliamo elettrificare i trasporti privati, dobbiamo prima assicurarci di poter produrre sufficiente quantità di energia elettrica in modo pulito, sempre disponibile, ed economico. Per questo è oggi più che mai investire in tecnologie non inquinanti come fotovoltaico, eolico, nucleare e idroelettrico. – Per una panoramica sul mondo dell’energia nucleare e dell’elettrificazione della nostra civiltà, da un’occhiata anche a quest’altro nostro articolo –
Le attuali batterie rappresentano un’ulteriore fonte di problemi: esse sono realizzate con la tecnologia a ioni di litio, in cui il litio (uno dei minerali più abbondanti sulla terra) fa da anodo, mentre minerali costosi come il cobalto fungono da catodo. Se non riciclati a dovere (come avviene purtroppo per tante batterie di cellulari), rappresentano rifiuti tossici e altamente inquinanti (ma sono totalmente sicure se invece riciclate a dovere).
Purtroppo la maggior parte dell’estrazione di questi minerali avviene in Africa in zone poverissime, con operai che non sempre lavorano in condizioni di sicurezza, non sono pagati a sufficienza o che non hanno altra scelta. Talvolta sono purtroppo apparse notizie di bambini che venivano sfruttati in codeste miniere, spesso e volentieri controllate da organizzazioni paramilitari senza scrupolo.
Carburiamo la ricerca
Per questo è più che mai necessario investire pesantemente in sviluppo e ricerca per trovare alternative più sostenibili e verdi alle nostre attuali tecnologie di immagazzinamento dell’elettricità. Stiamo ancora cercando di creare la “million-mile battery” (la batteria che permetta di percorrere un milione di miglia, cioè circa due milioni di chilometri, prima che le sue celle si esauriscano del tutto e non sia più ricaricabile), ma già un’azienda cinese e una americana dovrebbero provare a realizzarne una nei prossimi due anni [8].
Dovremo trovare metodi di creazione di bio- ed elettrocarburanti dal costo comparabile, se non inferiore, agli attuali derivati del petrolio che utilizziamo correntemente. E dovremo anche sperimentare molto per trovare nuove tecnologie per batterie più capienti, più resilienti e che si ricarichino più velocemente.
La mobilità elettrica è sicuramente il futuro perché è migliore, più silenziosa, e più verde. Vivremo in città migliori, con aria più pulita, e meno patologie croniche di cui preoccuparci.
Questo però solo se avremo il coraggio di investire pesantemente in ricerca e di ritornare a una tecnologia già usata nel passato per fare un salto nel futuro.
Andrei Florea
1. Benz Patent Motorwagen, Wikipedia.
2. La Jamais Contente, Wikipedia.
3. Scatolini, Daniele, “Appunti del corso di macchine 1. Motori a combustione interna”, Università degli Studi di Roma Tor Vergata, 2007.
4. “ES&T Books: Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution” Environmental Science & Technology, 1 Sept. 1986, doi.org/10.1021/es00151a602.
5. “Guidelines for exposure assessment.” Federal Register 57.104 (1992): 22888-938. PDF.
6. “What are the effects on health of transport-related air pollution?”
7. https://www.epidata.it/Italia/AQI.html
8. “What the million-mile battery means for electric cars”. The Economist. 2020-07-30. ISSN 0013-0613.
L'Alfiere 
Un pensiero riguardo “UN FUTURO ELETTRIZZANTE: MOBILITÀ ELETTRICA SOSTENIBILE”