La parola è l’ombra dell’azione. Democrito

Esce un report approfondito, commissionato dall’EEA, sulle possibilità di mercato dell’auto elettrica.

Seguono alcuni estratti dalle conclusioni

pag 134 del report citato dall’EEA:

“The high costs of large battery systems are still considered a
major drawback”

pag 135

“Major strengths of electric propulsion are the efficiency of the powertrain, zero tailpipe emissions and the diversification of energy supply. Major shortcomings are related to the remaining high price premium and driving range limitations. Due to the early stage of technological development only little data on real-world energy consumption is currently available; most of the data are based on simulations, assumptions and estimates.”

“A reliable assessment of the overall energy efficiency and of the related greenhouse gas emissions has to be carried out on a well-to-wheel basis and should rely on real-world energy consumption.”

“vehicle purchase has rather been determined by maximum range requirements that can not be fulfilled by EVs.”

“Due to the early stage of electric vehicle deployment, the economic attractiveness of the mentioned business models remains uncertain”

“A sceptical view on the future potentials of EVs could be derived from the history of electric vehicle development as its market introduction failed already several times within the last decades.”

pag 138

In the scenario where there is no integration between the management strategies of the power sector and the introduction of electric vehicles, an increase in peak load demand can be expected. This may require new investments in generation and grid capacity.
Charging during the night time also increases base load generation. Charging at peak situations implies high electricity generation costs, high grid load and often low-carbon
electricity generation (e.g. gas turbines, pumped storage hydro), whereas charging at base load situations implies low electricity generation costs, more even grid loads and in many, but not all, cases high-carbon (lignite, hard coal) or nuclear electricity generation.

If the event load management is used [...] CO2 impacts thus depend on the type of baseload generators in the respective area and base load investment options.[...]

In conclusione, mi chiedo: avevo ragione?

Approfondimento

Potential Impacts of Plug-in Hybrid Electric Vehicles
on Regional Power Generation, Stanton W. Hadley and Alexandra Tsvetkova, Oak Ridge National Laboratory, U.S. DEPARTMENT OF ENERGY

Con la produzione attuale di litio si può sostituire il 10% delle auto circolanti…

Ci sono 1 miliardo di veicoli a motore sulla terra, equipaggiarle tutte con una piccola batteria da 5kWh (e trasformarli in elettrici plug-in, PHEV) implica:

• usare il 24% delle riserve esistenti di Litio metallico, oppure,
• il 12% delle riserve di Nickel con batterie NaNiCl, oppure,
• il 3% delle riserve di Zinco con batterie Zinco Aria.

We can see that future mobility is likely to become much more constrained than it is today. The cost in mass production of LiIon batteries is expected to be quite high – $350/kWh. The battery alone will therefore add $2,000 to $3,000 to the cost of a car for a PHEV20.

…e riguardo alla possibilità di umpiego delle batterie per stoccare l’energia rinnovabile discontinua, si dimentica che le batterie si scaricano anche quando non sono utilizzate.

Ora gettate un occhio a The trouble with lithium 02 (pdf, pag. 58).

…oltre che a I limiti del litio 1 e 2 di qualche tempo fa.

So che è utile essere smentito, ma fa anche piacere trovare delle conferme.

La densità di potenza rispetto alla benzina.

Via | Toyota (pdf pag. 16)

Aggiornamento

La disponibilità del litio per le batterie dei veicoli elettrici, da Aspo Italia

Nell’articolo Auto elettrica, da Bolloré a Mitsubishi caccia al litio boliviano, sul Corriere dell’8 febbraio, viene ricordato come la metà del minerale alla base delle batterie agli ioni di litio, si trovi nel paese andino. Più precisamente a

Salar de Uyuni, un’ oceano di cristalli di sale chiuso fra le due cordigliere andine in una remota regione a sud dell’altopiano boliviano, a 4 mila metri d’ altitudine.

Antonio Morales ha recentemente posto sotto il controllo delle popolazioni locali le risorse che si trovano nei loro territori. Il governo boliviano è intenzionato a sfruttare il giacimento con la compagnia nazionale Comibol; dal Corriere:

Ora che è stata approvata per referendum la nuova costituzione in base al quale le comunità indios di lingua quechua e aymara hanno potere assoluto su tutto quanto si trovi nei loro territori. Le riserve del Salar restano dunque affidate all’ azienda di Stato Comibol. Difficile capire cosa succederà. Tantopiù che il governo di La Paz non sembra disposto a tollerare scempi ambientali in quella che è considerata una della meraviglie naturali del pianeta.

Infine, Eichi Maeyama, il general manager Mitsubishi a La Paz, è ancora più esplicito:

Se le compagnie multinazionali non potranno accedere alle riserve nel Salar de Uyuni il prezzo internazionale del litio è destinato a moltiplicarsi per cinque nel giro di pochi anni, diventando proibitivo per qualsiasi costruttore d’ auto.

Questi fatti (o dura realtà che dir si voglia) a proposito della tecnologia del litio, oltre alle scarse prestazioni delle auto a batteria (vedi La delusione di Google sull’auto ibrida “alla spina”), devono far riflettere tutti coloro che pensano che un sistema di batterie possa scendere sotto i 10.000$ in futuro.

Non sono contrario all’auto elettrica a batterie, ma non voglio le lezioncine di termodinamica quando vi dico che un’auto a idrogeno fa 100 km al litro (di equivalente benzina), che “quel” litro costa 2€ e che l’idrogeno è amico delle rinnovabili.

Foto | Soloenduro

Aggiornamento

Bolivia pins hopes on lithium, electric vehicles

Negli Stati Uniti, sulla scia dei prezzi del petrolio della scorsa estate e della crisi economica attuale, è nato un movimento di massa che spinge per accelerare l’introduzione sul mercato di auto ibride che, al contrario delle commerciali, in cui il motore a scoppio ricarica le batterie (Prius, Insight ecc.) possano ricaricarsi alla presa di corrente.

Sulla scia dell’entusiasmo per le plug-in, Google ha iniziato un progetto di valutazione della tecnologia plug-in, convertendo 10 auto ibride in plug-in.

L’idea delle plug-in è quella di aumentare la potenza elettrica rispetto a quella del motore a scoppio tradizionale, aumentando l’autonomia in modalità elettrica. Questo risolve costi (l’elettricità costa meno della benzina) ed inquinamento locale. Il vantaggio del viaggiare elettrico si trova nei centri urbani dove i frequenti stop-and-go causano un pessimo rendimento del motore a scoppio tutto a vantaggio della trazione elettrica. Per approfondimenti vedi Elementi decrescita (a pag. 6).

Purtroppo i limiti dovuti al peso delle batterie stanno causando un crollo dell’entusiasmo presso i sostenitori di questa soluzione (e dei partigiani del litio in generale).

Le auto plug-in hanno una autonomia di 50 miglia al gallone (mpg) e non di 100 o 150 come affermato prima di iniziare l’esperimento di conversione di 14 Toyota Prius.

Il costo delle batterie di 10.000$, con un’economia di carburante di 50 mpg, equivalente a 21 km/litro, si traduce in un risparmio di 200$/anno, senza contare costo (ed inquinamento) dell’elettricità. Questo significa 50 anni per l’ammortamento delle batterie…

Anche considerando un dimezzamento del prezzo (5.000 $) servirà comunque un’economia di carburante di 80 mpg (33km/lt) per rendere accettabile il costo extra.

Teoricamente, l’autonomia in modalità elettrica è di 30 miglia (48 km), ma, in pratica, su strada si riduce: “i guidatori accelerano bruscamente e le batterie si prosciugano“.

Chi comprerà un’auto “ecologica” che fa 30 km in modalità elettrica?

“Google è in imbarazzo con i risultati ottenuti” dice Tom Turrentine, direttore del Centro Ricerca per le Auto Plug-In, all’Università della California, Davis, Calif. “Penso che dobbiamo essere tutti molto cauti , quando si dichiara che si avranno 100 o 150 mpg, si creano delle attese forti e questo conduce alla delusione. Dobbiamo fare i conti con la realtà”

Via | Seattle TImes

Un aspetto poco trattato negli studi sull’idrogeno consiste nella quantificazione dei bisogni di acqua per la sua produzione. L’acqua è necessaria sia direttamente nella produzione dell’idrogeno, per scissione con l’elettrolisi o nel processo di reforming del metano, che indirettamente per il raffreddamento delle centrali elettriche per alimentare l’elettrolisi.

Lo studio non considera i costi e si basa su una produzione di 60 miliardi di kg di idrogeno nel 2030, parzialmente prodotti da elettrolisi con elettricità termoelettrica.

Il riferimento è nel paper: The Water Intensity of the Transitional Hydrogen Economy di Michael Webber

Una prima questione riguarda i consumi elettrici della produzione con elettrolisi; non si evince dal testo se i consumi comprendono la compressione e lo stoccaggio dell’idrogeno.

Analisi

Lo studio inizia quantificando la domanda futura di idrogeno in miliardi di kg; tra l’ipotesi di Turner (150), Kruger (104) e del National Research Council (60) scelgie quest’ultima, equivalente ad 1/3 dei consumi attuali di benzina e diesel totali negli Stati Uniti: 180 miliardi di galloni (dato che 1 kg H2 è equivalente ad un gallone di benzina o diesel).

Consumi diretti di acqua

Da un’efficienza teorica dell’elettrolisi che consuma 2,38 galloni (gl.) di acqua per kgH2 si arriva ad un consumo di 143 miliardi di galloni di H2O per produrre 60 miliardi di kgH2. La produzione di H2 da Steam reforming richiede 1,19 gl/kg come materia prima e 3,5 gl per il vapore.

L’elettrolisi richiede acqua per il raffreddamento delle centrali termoelettriche. Il vettoriamento ed il trattamento dell’acqua richiedono: da 0 a 0.014 kWh/gl e 0.085 kWh/gl, rispettivamente. Questi dati portano ad un consumo compreso da 0.2 a 0.24 kWh/kgH2.

Ne consegue che i consumi energetici per produrre H2 da elettrolisi sono, teoricamente 39.4 kWh/kgH2, mentre i reali, efficienza al 60%, salgono a 65.7 kWh/kgH2.

L’analisi mostra subito la sensibilità all’efficienza dell’elettrolisi della produzione di H2 mediante…elettrolisi! Questo nel caso in cui l’idrogeno è candidato a sostituire 1/3 dei consumi attuali totali di benzina e diesel negli Stati Uniti.

Lo studio non dice: “Simuliamo come potrebbe avvenire la produzione di H2 fra 30 anni”, bensì stima quanta acqua ed elettricità servono per produrlo con tecnologie attuali e per i bisogni automobilistici attuali.

I consumi indiretti di energia ed acqua.

I consumi indiretti sono funzione del parco centrali, nel caso di elettricità solare o eolica sono uguali a 0.

I dati usati nello studio sono di fonte U.S. Geological Survey (2000): la produzione termoelettrica di elettricità rappresenta il 48% di tutta la richiesta di acqua fresca e salina (195 miliardi di galloni; il 70 % fresca), più o meno uguali ai bisogni agricoli, che rappresentano il 35% dei consumi di acqua fresca.

Nella produzione di elettricità si stimano 20,6 galloni/kWh prodotto.

Nel 2000 3840 miliardi di kWh (90% termoelettrica)
Nel 2005 4063 miliardi di kWh (90% termoelettrica)
Nel 2030 aumenteranno le rinnovabili, ma…il 90% rimane termoelettrica.

(Questo, ovviamente, spiega gli alti consumi di acqua per produrre l’idrogeno, ma non si tratta della produzione di H2 in sé, bensì un sistema elettrico basato sul termico ed inefficiente, di cui l’idrogeno ci rende più coscienti.)

Domanda totale di acqua.

Usando 20.6 gl/kWh per produrre energia termoelettrica si ottengono 1.100 gl/kgH2
(con efficienza al 70% = 54kWh/kgH2 * 20.6 gl/kWh);

Usando 0.47gl/kWh per il raffreddamento più il consumo teorico di 2.38gl/kgH2 lo studio stima il consumo totale di acqua per produrre 60 miliardi di gl. di idrogeno.

La produzione di idrogeno elettrolitico alimentato con elettricità termoelettrica richiede 27 galloni di acqua/kgH2.

La produzione di benzina consuma da 1 a 2,5 gl di acqua/gallone di benzina.

La produzione di idrogeno via steam reforming consuma 4,6gl acqua/kgH2.

Lo studio produce anche una stima dei consumi di acqua se l’elettricità per l’elettrolisi è prodotta in centrali idroelettriche : 18 galloni di acqua/kWh a causa dell’evaporazione nei bacini artificiali.

Commento

Lo studio non presenta una stima della domanda di acqua nel caso in cui l’idrogeno venga prodotto da reforming, lo standard oggi, né sottolinea che i consumi elettrici ed idrici sono applicabili non solo all’idrogeno ma anche nel caso spesso citato di una diffusione dei veicoli plug-in ed elettrici (solo a batterie).
In conclusione, si tratta di uno studio interessante ed utile ma che allarga i confini delle tecnologie dell’idrogeno a quello che è il campo della decarbonizzazione dei trasporti in generale e del conflitto che si sta producendo tra mobilità e produzione elettrica e tra mobilità ed agricoltura nel campo dei biocarburanti.

Aggiornamento

Greenbang ha estrapolato una frase del paper per imputare gli accresciuti consumi di acqua alla produzione di idrogeno. Hydrogeno cars now lo nota e Greenbang si scusa.

Mettendo a confronto motore a scoppio ad idrogeno, fuel cell a idrogeno e batterie, l’articolo è caratterizzato da una tale semplicità, che costituisce il suo  pregio e limite allo stesso tempo.

Il contributo di De Carlo è la conferma dell’avversione non-razionale dei “picchisti” italiani nei confronti del vettore idrogeno, nei quali si accompagna una passione smodata per batterie al litio, utili sia per alimentare i motori delle auto, che  come “buffer” di un sistema elettrico rinnovabile, intermittente, molto caro, diffuso e, soprattutto, senza denominatore comune.

Gli adepti del Peak oil (al quale credo anche io), con Bossel, credono nelle auto in garage per stoccare l’elettricità fotovoltaica fatta sul tetto. A differenza di loro, io credo, invece, nell’elettrolizzatore del piccolo imprenditore-agricoltore suburbano..vedi.

Get ready for food-price spike, di Sean Silicoff e Peak Oil hits the 3rd World, di Chris Nelder – due articoli sulla diffusione dell’inflazione dei beni alimentari e ridotti interscambi dovuti al progressivo scarseggiare delle risorse fossili nei paesi in via di sviluppo.
Watercone, il dissalatore dei poveri super semplice, da EcoGeek – Geniale!

Foto da fotocommunity

Sembra una battuta, ma viene dalla General Motors. Ad affermarlo è Chris Borroni-Bird (già con Chrysler) il responsabile del progetto Tecnologie Avanzate del gigante americano dell’auto.

“Vogliamo rimuovere l’automobile dal dibattito su energia ed ambiente nei prossimi 10 anni, eliminando il motore a scoppio ed impiegando idrogeno e celle a combustibile, vera soluzione per la trazione del futuro”.

“Gli ibridi non sono una soluzione” dice, “non fanno che ritardare il momento del conto finale. Il dibattito sugli ibridi più puliti del diesel è irrilevante – il diesel è un binario morto perché è un combustibile fossile, gli ibridi perché usano il motore a scoppio“.

Secondo Borroni-Bird, le auto ad idrogeno e a batteria si svilupperanno in parallelo; in ogni caso GM produrrà un’auto a fuel cell per il 2010, testando 100 SUV Equinox nel mondo nei prossimi 3 anni.

La GM sta accelerando lo sviluppo dell’auto elettrica Chevrolet Volt firmando accordi per la messa a punto della tecnologia Ioni-Litio di nuova generazione. Ma non esiste certezza.

Tutto questo fa parte della strategia di completare l’elettrificazione dell’auto, sostituendo le componenti meccaniche, come sterzo e freni, con la tecnologia by-wire, leggeri, economici ed adattabili a diversi concetti di automobile. I concepts GM Autonomy and Hywire datano già di 10 anni, essendo stati presentati al salone dell’auto di Detroit nel 1997.

“Freni e sterzo elettronici sono facilmente adattabili alle preferenze dei consumatori, non sono solo auto ecologiche sono auto migliori”.

Infine il grande dibattito, da dove verrà l’idrogeno o l’elettricità:

GM non desidera essere invischiata nel dibattito sulla produzione di elettricità e/o idrogeno in modo pulito. “Costruiremo un automobile che funziona con energia rinnovabile, ma non è nostra responsabilità produrre i combustibili“, ha detto un portavoce di GM.

Da Autocar e AutoBlogGreen.

Vedi anche Da dove verrà l’idrogeno 02

Aggiornamento

General Motors sposta 500 ingegneri dai laborartori di ricerca alla produzione (“global engineering divisions”).

400 ingegneri delle celle a combustbile riferiranno ora al Powertrain Group per iniziare l’ingegneria di produzione dei sistemi cone celle a combustibile. Altri 100 ingegneri saranno trasferiti alla Global Product Development per iniziare l’integrazione dei sistemi celle a combustibile nei veicoli dell’azienda. Oltre 150 rimarranno al centro Ricerca e Sviluppo per continuare l’attività di ricerca sullo stoccaggio dell’idrogeno, le celle ed il programma di commercializzazione.

Da Detroit News e Fuel Cell Works

E’ un’idea nuova che concilia la posizione di quelli contrari all’idrogeno (vedi posizione di Bossel) e coloro che invece ci credono, come plusvalore dell’energia rinnovabile, per stoccaggio e carburante: l’auto che alimenta la casa (e viceversa).

La tesi di Brett D. Williams intitolata Commercializing Light-Duty Plug-In/Plug-Out Hydrogen-Fuel-Cell Vehicles: Mobile Electricity Technologies, Early California Household Markets, and Innovation Management (disponibile qui pagg 277) identifica un’opportunità chiamata “Elettricità mobile” (mobile electricity, ME) che, semplicemente, significa la possibilità (e il valore associato) dell’impiego di automobili a idrogeno e celle a combustibile come fonti di energia, oltre che mezzi di locomozione.

La scissione tra energia e carburanti infatti potrebbe non avere più senso tra breve.

Ford ha presentato recentemente l’ibrido a fuel cell HySeries Edge a batterie Ioni di Litio, che impiega una cella a combustibile come range extender (e non come sistema di trazione principale), contemporaneamente alla pubblicazione di un paper di Willimas sul Journal of Power Sources.

L’HySeries Edge combina una batteria da 336V agli ioni di litio con una fuel cell. Quando la batteria arriva al 40% della carica (40 km di autonomia), la cella inizia a caricare la batteria. L’autonomia totale è di 360 km con consumi di 5.9 litri per 100km a zero emissioni. Se si guidano meno di 80 km al giorno, la media salta a 3 litro per 100 km (33km/lt). La velocità di punta è 135 kmh.

In questo schema di veicolo la ridotta dimensione della cella a combustibile riduce i costi, il peso, la dimensione e la complessità, aumentando la durata di vita del tutto di oltre il 50% secondo quanto afferma Ford.

Spetta invece a Brett William la valorizzazione degl aspetti “plug-out” del mezzo: la versatilità di un veicolo-gruppo elettrogeno è secondo il ricercatore dell’Università della California Davis, la chiave di volta per la commercializzazione delle auto a celle a combustibile.

Secondo Williams infatti i veicoli ad idrogeno non vengono reputati superiori dai tradizionali secondo le attuali scale di valori dei consumatori; è dunque necessario che il valore del prodotto derivi da altre fonti. Una di queste sarà la possibilità di produrre elettricità silenziosamente ed a emissioni zero per applicazioni alternative alla mobilità.

Lo studio pubblicato analizza i diversi usi (e profitti) possibili tra la produzione di elettricità e gli spostamenti per diversi tipi di veicoli elettrici e configurazioni del sistema elettrico.

Finalmente, il credo dell’autore risiede nella complementarità tra batterie e celle a combustibile. Un esempio è la stazione energetica della Honda (vedi post).