Analizziamo le principali caratteristiche delle vetture elettriche e a guida autonoma e il loro possibile impatto economico

Sui media si parla molto di vetture elettriche e a guida autonoma: ma quanto ne sappiamo e quale impatto economico hanno?
Le vetture elettriche si distinguono in elettriche pure (Electric Vehicles – EV), che dispongono del solo motore elettrico, e ibride (Hybrid Electric Vehicles – HEV) che hanno anche un motore termico, cioè il consueto motore a benzina o diesel. Le vendite di entrambe sono in crescita in Europa (Figura 1) e negli Stati Uniti (Figura 2 e Figura 3).
Talora le elettriche pure, a batteria, prendono il nome BEV, per distinguerle da quelle, ancora prototipali, FCEV, cioè alimentate da fuel cells, in genere ad idrogeno.

Nelle elettriche pure la batteria è ricaricata tramite connettore (Plug-in), tranne che in alcuni veicoli pesanti (bus, carrelli trasportatori) ove si preferisce sostituire il pacco batterie per evitare il fermo macchina.
Esistono almeno 5 standard di connettori, nessuno compatibile con la presa di casa, e occorre quindi una Home Station: quella ENEL prevede l’usuale potenza delle utenze domestiche, cioè 3,3 kW, e consente in 7 ore una ricarica di circa 20 kWh, sufficiente per 100-200 km di autonomia, climatizzatore escluso. Nelle stazioni pubbliche (Pole Station) le ricariche possono esser normali, veloci o rapide, fino alla potenza di 40-50 kW negli standard Combo e CHAdeMO, che permettono ad esempio una carica di 30 kWh (200-300 km) in 40 minuti, ammesso che si trovi il connettore giusto. La Wallbox domestica prevede una potenza di 6,6 kW, il supercharger Tesla arriva a 120 kW.
Peso, ingombro, costo, autonomia e durata della batteria sono stati e sono tuttora i principali limiti intrinseci alla diffusione delle vetture elettriche, ma la tecnologia ha già fatto e continua a fare grandi progressi. Attualmente si usano batterie al litio, come nei dispositivi elettronici. Nel frattempo si sono diffuse le vetture ibride, in cui l’alimentazione della batteria nonché della vettura è assicurata dal motore termico e relativo serbatoio, quindi la batteria è più piccola e meno costosa. Molte ibride dispongono del plug-in, sia per approfittare del costo dell’energia elettrica conveniente rispetto a benzina e gasolio, in quanto meno gravata da tasse, sia per consentire una partenza e un'autonomia col solo elettrico. Ma il plug-in comporta incrementi di prezzi dell’ordine di 5.000 €. Qualche prezzo e caratteristica di auto elettriche è indicato in Figura 4.


Le elettriche pure, e le ibride quando funzionano in elettrico, presentano rumorosità quasi nulla, il che è un vantaggio per conducente e passeggeri, ma un pericolo per pedoni e ciclisti, tanto maggiore per ipovedenti. Ma anche in tortuose, poco frequentate stradine collinari o di montagna è utile percepire un altro veicolo prima ancora di vederlo. NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) e Parlamento Europeo hanno stabilito che dal 1 settembre 2019 in USA e dal 1 luglio 2019 in UE tutti i veicoli elettrici dovranno essere equipaggiati con un Acoustic Vehicle Alerting System (AVAS). Alcune Case hanno già provveduto, i veicoli elettrici Reanult sono equipaggiati con il dispositivo Z.E. Voice, Toyota prevede un AVAS in Giappone e USA.
Come vanno dunque le Case Costruttrici di auto elettriche? Il boom di vendite complessive di automobili negli Stati Uniti nel 2016 (Figura 5) porterà a profitti clamorosi anche per questo nuovo settore?
In Figura 6 confrontiamo alcuni dati societari di Tesla con GM nel 2016. Tesla ha denunciato una perdita di 671 milioni di dollari nel 3° trimestre, dovuta alla messa a punto della linea per produrre 5.000 Model 3 alla settimana, e relativi ritardi.
La maggior parte dei modelli elettrici presenta volumi di vendita esigui, tali da non consentire il ritorno degli investimenti. Non a caso Marchionne lamenta di perdere 20.000 dollari ogni 500 E venduta

Impatto ambientale e bilancio energetico
Le vetture elettriche pure presentano emissioni 0, ma a livello locale, mentre a livello globale il vantaggio, se c’è, è modesto: ad oggi la maggior parte dell’energia elettrica con cui si ricaricano le batterie è prodotta da centrali termiche, che bruciano combustibile, con un rendimento del 45% circa. Considerando il rendimento della rete di distribuzione, della ricarica e del motore elettrico, arriviamo a rendimenti globali similari ai motori diesel, che nel punto di minor consumo specifico presentano rendimenti del 40%. Resta il vantaggio di trasferire le emissioni da luoghi sensibili, quali i centri abitati, ai siti in cui sono collocate le centrali elettriche. Il vero vantaggio si ha, o si avrebbe, nel caso di energia elettrica prodotta da fonti ad emissione zero (eolico, fotovoltaico, nucleare).
Il problema più grave è che ad oggi non c’è energia elettrica sufficiente per passare massicciamente all’elettrico. Come noto, i consumi energetici si dividono grosso modo in un terzo al residenziale, un terzo ai trasporti ed un terzo all’industria, quindi elettrificare i trasporti presupporrebbe raddoppiare o quasi la produzione di energia elettrica, e realizzare le infrastrutture di rete.
Ad oggi comportano vantaggi maggiori le vetture ibride, che non solo recuperano l’energia in rilascio e frenata (pari a circa un 10-15% dei consumi urbani) e provvedono all’avviamento del motore dopo la sosta al semaforo (stop and go: un altro 10%) - come del resto le elettriche pure - ma permettono al motore termico di esser “sottomotorizzato”, cioè lavorare a carichi più alti, con maggior rendimento, e in particolare di ricaricare la batteria “quasi gratis” quando opera a basso carico.
I motori termici, infatti,  hanno rendimenti buoni ad alto carico, cioè ad acceleratore premuto quasi a fondo, laddove si impegni quasi tutta la potenza del motore: rendimenti max del 40% nei diesel e 35% nei benzina, ma rendimenti del 10-20% nella maggior parte dell’effettivo utilizzo, e ciò perché la grande maggioranza delle auto sono dotate di potenze elevate, se non spropositate, rispetto all’utilizzo: per andare a 50 km/h bastano 10-20 CV, per andare a 130 km/h ne bastano 40-50, mentre le auto hanno potenze molto maggiori.
Enormi passi avanti nei consumi e nelle emissioni sono stati comunque compiuti dalle Case automobilistiche, anche se non adeguatamente pubblicizzati, come mostrato dagli standard ECE (Figura 7) L’introduzione della iniezione elettronica su tutti i motori termici, l’iniezione ad altissima pressione nei diesel, addirittura l’iniezione segmentata nei momenti più opportuni (nell’ambito dei pochi millesimi di secondo in cui dura la combustione), la sovralimentazione, le turbine a geometria variabile, il controllo elettronico della fasatura, nonché il miglioramento di oli e combustibili, il taglio del combustibile in rilascio, ecc., hanno portato ad una drastica riduzione di consumi ed emissioni. Però il mercato non è stato così sensibile: lo stop&go ha impiegato 30 anni a diffondersi. Una delle prime vetture ad adottarlo fu la Fiat Regata Energy Saving, 1983: non ebbe grande successo perchè i clienti preferivano le versioni prestazionali.

Impatto industriale e tecnologico
In Italia, in Europa, esiste la tecnologia per l’elettrico, sia esso puro o ibrido: Fiat già nel giugno 1990 commercializzò una vettura totalmente elettrica, la Panda Elettra; negli stessi anni il CRF, Centro Ricerche Fiat, già studiava e prototipava l’ibrido. Il punto debole in Italia ed in Europa sono le batterie, oramai legate all’elettronica di consumo, la cui produzione e sviluppo si sono concentrati in Asia. Ancora negli anni ’60 e ’70 eravamo tra i paesi più avanzati al mondo nella studio della Fisica dello Stato Solido, ma solo nei laser abbiamo ottenuto risultati concreti, mentre chip, schede di memoria e led sono stati lasciati a Paesi che 30 anni fa li ignoravano, insieme con buona parte degli investimenti che qui sono andati in fumo,lasciando ad altri i profitti dell'industrializzazione.
Nel Vecchio Continente esiste un’ottima tradizione nei motori elettrici, nelle più svariate applicazioni, ma un'eventuale produzione di larga serie forse non sarebbe localizzata in Italia-Europa ma in aree lontane, ove il costo della manodopera rappresenta appena il 3% del costo totale, lasciando così sottoutilizzati moderni stabilimenti di motori ad altissima automazione,
Un altra osservazione poco nota sulla filiera gpl e metano, che in Italia conta 22.000 addetti e fattura 1.7 miliardi: siamo gli unici al mondo a considerare “ecologiche” tali vetture, tanto che il 90% delle auto a metano o gpl vendute in Europa è venduto in Italia, mentre sono marginali anche negli Stati Uniti (Figura 8). Come detto, i motori a benzina o diesel godono di basse emissioni e buoni rendimenti grazie all’iniezione ad alta o altissima pressione, cosa non possibile nei motori a metano o gpl, che inoltre presentano decadimento.
Resta invece per le auto elettriche il problema del riciclaggio delle batterie, problema tuttora non risolto nemmeno per le batterie dei telefonini: la direttiva c’è, ma il riciclaggio. del litio è tutt'altro che semplice.
Ci permettiamo infine di notare che occorrerebbe concentrarci sui consumi energetici, e drasticamente ridurli, in particolare per le fonti non rinnovabili, prima che sulle emissioni, che ne sono la conseguenza, la punta dell’iceberg. La CO2 è un indicatore di quanto combustibile sia consumato, ma attraverso la fotosintesi clorofilliana è assorbita dalle piante, che restituiscono ossigeno e metabolizzano il carbone in glucidi. Quindi occorrerebbe combattere le deforestazioni – che spesso sono accompagnate da degenerazioni locali del clima -, gli sprechi del legno, e gli enormi sprechi che si hanno in campo energetico. Il secondo principio della termodinamica afferma che qualunque processo termodinamico accresce l’entropia dell’universo, e quindi la sua temperatura: nel secolo scorso abbiamo presumibilmente bruciato più combustibile che in tutti i millenni precedenti: sarebbe strano se ciò non determinasse un riscaldamento generalizzato.
Due parole, per concludere,  anche sulle vetture a idrogeno: che alimenti un motore termico o produca energia elettrica in una fuel cell, il problema è sempre il serbatoio. Per disporre di una quantità adeguata, occorre un serbatoio di idrogeno gassoso a 700 atmosfere, che è tantissimo, 700 volte la pressione atmosferica, oppure di idrogeno liquido, conservato a temperature inferiori a -250°C. Problemi similari per le infrastrutture di stoccaggio e trasporto; l’idrogeno è altamente infiammabile, non si può travasare come gli altri combustibili e a contatto con aria prende immediatamente fuoco: tutti i dirigibili a idrogeno sono purtroppo andati a fuoco.

Guida autonoma
Le auto self driving vengono presentate come una soluzione per un drastico aumento della sicurezza, addirittura si legge di una possibile riduzione fino al 90% degli incidenti stradali. Le auto a guida autonoma, grazie a una connessione satellitare e a un cloud, elaborano e utilizzano i segnali provenienti da videocamere, sensori ad ultrasuoni (che dovrebbero rilevare oggetti metallici, quali altri veicoli e oggetti “molli” quali persone umane e animali anche laddove non visibili) e radar, che dovrebbero permettere di “vedere” anche nella nebbia, nell’oscurità e in caso di forte pioggia. In Italia già ci sarebbe un problema di rete,  dato che in molte zone non c’è neanche una copertura 2G, mentre servirebbe il 5G.
Per fare chiarezza tra guida convenzionale e assistita (in cui il guidatore riceve indicazioni da una viva voce, utilizza videocamere per il rilevamento pedoni, l’avviso di superamento involontario della corsia con rilevatore di stanchezza e il riconoscimento della segnaletica stradale) e guida autonoma -ad esempio il Cruise Control adattivo con radar e funzione stop&start - la SAE (Society of Automotive Engineers – ente di standardizzazione nel campo aerospaziale, automobilistico e veicolistico) ha elaborato lo Standard SAE 2014 J3016 (rivisto a settembre 2016), in cui ha definito 6 livelli di autonomia, dal livello 0 (guida convenzionale, pur in presenza di sistemi di assistenza alla guida) al 5, totale autonomia: quindi nei livelli intermedi il conducente assiste la vettura quasi autonoma. Resta aperto il problema di definire le responsabilità in caso di incidente e di adeguare il codice stradale.
Tra le società automobilistiche più attive Tesla, che già ha installato sui modelli di attuale produzione (Model S, Model Xe ) varie funzioni di guida autonoma, o assistita, che verranno progressivamente implementate non appena conformi alla legislazione locale.
Google esordì nel 2009 con prototipi self driving Toyota Prius, nel 2012 Lexus RX450h, nel 2015 la Firefly, priva di pedali e volante, nel 2016 il progetto Waymo, nel 2017 una flotta di Chrysler Pacifica Hybrid minivan, con cui sono state percorse 3 milioni di miglia, su strade sempre più complicate. La percentuale di intervento del guidatore (disengage) secondo Google è ormai scesa a 0.20 disengage/1000 miglia.
Apple mantiene invece totale riservatezza sui suoi studi.

Impatto in Europa e Italia
In Italia esiste una ottima tradizione di programmazione ed automazione: le linee di montaggio Fiat erano e sono tra le più automatizzate a livello globale, il Centro Ricerche Fiat studiava già negli anni ’90 la guida autonoma/assistita.
Perciò questo progetto non porterebbe via posti di lavoro, ma sarebbe perfettamente compatibile con le auto attuali e in sviluppo, e sarebbe positivo per l’economia UE e Italiana, se sensori, videocamere, centraline ecc. venissero (almeno in parte) prodotti nel Vecchio Continente.
Recentemente è stato creato un consorzio di ricerca europeo, sotto la direzione del Gruppo Volkswagen, con 13 gruppi automobilistici  - Audi, Bmw, Centro Ricerche Fiat SCPA, Daimler, Ford, Honda, Jaguar Land Rover, Opel, PSA, Renault, Toyota e Volvo - oltre a fornitori, istituti di ricerca, università e piccole medie imprese, che stanno sviluppando nuove tecnologie per arrivare a un punto di svolta nell'ambito della guida assistita. Il progetto ha una durata di quattro anni ed è il più ampio e ambizioso finanaziato dall'UE

 

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