Auto elettrica = auto combustione?

Auto elettrica? Ansia da incendio? Paura che il veicolo elettrico esploda all’improvviso? Quanti veicoli elettrici ci sono in circolazione? E di che tipo?

Cerchiamo di fare chiarezza con obiettività.

Innanzitutto, Come è fatta una batteria per auto elettrica?

Avete presente le pile stilo? Con buona approssimazione, se ne prendeste un gran numero, e le uniste tra loro, ovviamente facendo attenzione a rispettarne le polarità, inserendole poi all’interno di un adeguato contenitore stagno, avreste realizzato una batteria per la vostra “auto a pila”.

La batteria, quindi, si realizza mediante l’unione di elementi chiamati “celle”, unite in gruppi chiamati “moduli”, sigillati all’interno di involucri metallici molto resistenti agli impatti, onde evitare lo sprigionarsi di fumi o sostanze tossiche o l’innesco di incendi in caso di incidente.

Come funziona una batteria?

Il funzionamento avviene per “ossidoriduzione”, ovvero lo scambio di elettroni che viene generato dall’unione di due specie chimiche, producendo corrente elettrica.

Per entrare maggiormente nel dettaglio, la corrente elettrica si ottiene mediante la produzione di un flusso di elettroni tra due poli, uno chiamato anodo, che li cede per “ossidazione”, ed uno chiamato catodo, che li riceve per “riduzione”.

Ciò avviene all’interno di una sostanza, solida o liquida, chiamata “elettrolita”; è interessante notare che il flusso di elettroni è reversibile, se viaggia in una direzione eroga energia, se viaggia nella direzione opposta si ricarica.

Anodo, catodo e fluidi dell’elettrolita possono essere composti da diverse specie chimiche, e ciò produce batterie di diversi tipi, per esempio batterie a base di piombo, o quelle in Nichel idruro metallo (NiMh), o quelle agli ioni di litio, che tra l’altro sono quelle maggiormente impiegate nella produzione di veicoli elettrici.

A loro volta, le batterie si distinguono anche per le prestazioni che offrono:

• capacità di immagazzinare energia, espressa in kilowattora
• quantità di elettroni erogati o immagazzinati, espressa in Ampere
• forza con cui gli elettroni vengono “propulsi”, ovvero la tensione, espressa in Volt

Sono quindi le batterie a determinare la classe del veicolo con le quali viene equipaggiato, poiché sono la costituente fondamentale degli aspetti più critici: autonomia, peso e prezzo.

Per quanto riguarda l’autonomia un tempo era necessario dotarsi di batterie molto grandi sia in termini di volume che di massa per avere prestazioni equiparabili a quelle di un veicolo a motore a scoppio.

Oggi non è più così, poiché sul mercato si trovano batterie che dichiarano autonomie che possono arrivare anche a 1.000 km per ricarica.

Anche per quanto riguarda il peso valgono le medesime considerazioni: un tempo le batterie erano molto più pesanti di quelle odierne, e il peso delle batterie influisce direttamente sul peso complessivo del veicolo.

Per quanto riguarda il costo, invece, si sta procedendo in senso inverso, poiché per aumentare le prestazioni della batteria per realizzare anodo e catodo si utilizzano materiali quali cobalto, nichel e litio; tali materiali sono difficili da estrarre e da lavorare, e non si trovano ovunque.

Per esempio, i due terzi del cobalto estratto nel mondo provengono dalle miniere della Repubblica Democratica del Congo, le cui concessioni sono state date prevalentemente ad aziende cinesi.

Ciò fa sì che le batterie oggi costino di più che nel passato, incidendo sul prezzo del veicolo tra il 25 ed il 40%.

Ciononostante, si calcola che nel mondo oggi viaggino più di 130 milioni di veicoli elettrici, suddivisi tra auto, autobus, van e camion.

Le auto elettriche presentano diversi vantaggi rispetto alle auto a combustione interna:

• Silenziosità: Le auto elettriche sono molto più silenziose rispetto alle auto a combustione interna13. Questo rende la guida più rilassante e riduce l’inquinamento acustico.
• Efficienza energetica: Le auto elettriche hanno un’efficienza energetica superiore rispetto alle auto a combustione interna3. Questo significa che utilizzano meno energia per percorrere la stessa distanza.
• Zero emissioni locali: Le auto elettriche non emettono gas di scarico, il che le rende ideali per ridurre l’inquinamento locale.
• Risparmio sui costi di esercizio: Le auto elettriche consumano meno rispetto alle auto a benzina o diesel, il che può portare a un notevole risparmio sui costi di esercizio.
• Manutenzione ridotta: Le auto elettriche hanno meno parti mobili rispetto alle auto a combustione interna, il che può ridurre i costi di manutenzione.

Tuttavia, è importante notare che ci sono anche delle sfide associate alle auto elettriche, come l’autonomia limitata, i tempi di ricarica più lunghi rispetto al rifornimento di carburante e la necessità di una rete di stazioni di ricarica adeguata.

Ma…

1) pericolosità

I veicoli elettrici non sono necessariamente più pericolosi dei veicoli tradizionali. Ecco alcuni punti chiave:

Le auto elettriche possono prendere fuoco, ma non più di quanto non possa andare a fuoco una normale auto dotata di un propulsore “a combustione interna”, ovvero di un motore a scoppio.

 A rappresentare un potenziale pericolo per le auto elettriche sono le alte temperature di esercizio.

• Le batterie delle auto elettriche sono custodite all’interno di apposite vasche rinforzate che, in caso di impatto salvaguardano l’integrità dell’accumulatore.
• In caso di incidente grave, su tutte le elettriche si attiva un particolare sistema di sicurezza che disattiva immediatamente l’alimentazione per permettere ai soccorritori di intervenire senza correre rischi.
• Ricaricare un’auto elettrica all’aperto sotto la pioggia non comporta nessun rischio. Tutti i sistemi elettrici della vettura, infatti, sono attentamente isolati, cavi di ricarica compresi.
• I veicoli elettrici hanno una probabilità di incendiarsi che va da 10 a 80 volte in meno dei mezzi termici.

Tuttavia, è importante notare che gli incendi delle auto elettriche possono essere più complessi da gestire. Una volta infuocate le batterie al litio sono molto più complicate da spegnere, richiedono personale qualificato e possono continuare molto a lungo, persino riprendendo dopo che sembravano essere state domate.

In generale, come per qualsiasi veicolo, la sicurezza dipende da molti fattori, tra cui la manutenzione del veicolo, le condizioni di guida e il rispetto delle norme di sicurezza.

2) colonnine di ricarica alimentate da una centrale a gasolio

Le colonnine di ricarica per i veicoli elettrici sono alimentate dalla rete elettrica locale e sono diverse a seconda della loro destinazione d’uso. Esistono colonnine pubbliche, installate in aree di servizio e stazioni di ricarica accessibili a tutti, e colonnine private, presenti in parcheggi privati e condominiali.

Le colonnine differiscono anche per struttura: a parete (wall-box), se vengono installate nei garage e nei parcheggi sotterranei, e a palo o a colonna, se sono presenti per strada e in luoghi pubblici.

Un’altra caratteristica delle colonnine di ricarica è il voltaggio. Gli impianti più piccoli hanno un voltaggio da 3,7 o 7,4 kW, i più potenti, invece, da 11 o 22 kW.

La tecnologia prevede quattro differenti modalità di ricarica elettrica:

• Ricarica lenta (6-8 h) a 16 A, possibile solo in ambiente domestico privato. È possibile utilizzare una semplice presa domestica o una presa industriale fino a 32 A.
• Ricarica lenta (6-8 h) a 16 A, ammessa in ambiente domestico e pubblico. Alimentazione con cavo sul veicolo con dispositivo Control Box (Sistema di sicurezza PWM) che garantisce la sicurezza delle operazioni durante la ricarica.
• Ricarica lenta (6-8 h) a 16 A o mediamente rapida (30 min – 1 h) a 63 A, 400V (Modalità con sistema di sicurezza PWM*), ammessa in ambiente domestico e pubblico.
• Ricarica ultrarapida (5-10 min) in corrente continua fino a 200 A, 400 V, ammessa solamente in ambiente pubblico.

Inoltre, le colonnine a corrente alternata sono meno veloci, e vanno da 7,4 kW in monofase fino a 43 kW di potenza in trifase.

* Il sistema PWM (Pulse Width Modulation) è un sistema di comunicazione “universale” tra la stazione di ricarica e il veicolo.

Questo sistema è necessario per garantire la sicurezza del processo di ricarica, sia per le persone che per evitare danneggiamenti del pacco batterie del veicolo.

Il funzionamento del PWM si basa sulla modulazione dell’ampiezza dell’impulso.

In pratica, varia la larghezza dell’impulso di un segnale periodico per trasmettere informazioni o per controllare la potenza fornita a un carico. Questo sistema è utilizzato nelle stazioni di ricarica per comunicare con il veicolo e gestire in modo sicuro e efficiente il processo di ricarica.

Durante la ricarica, se si verifica un problema, ad esempio se il cavo si rompe, il sistema PWM interviene automaticamente mettendo il sistema in protezione e rimanendo privo di tensione. Questa modalità è stata pensata proprio per garantire la massima sicurezza nei luoghi pubblici non presidiati.

3) per produrre energia elettrica si usa carburante fossile

Sì, una parte dell’energia elettrica viene prodotta utilizzando combustibili fossili.

In Italia, ad esempio, il 52% dell’energia elettrica viene prodotta da impianti termici, che utilizzano principalmente gas.

Questi impianti funzionano attraverso la combustione di un combustibile (solitamente un derivato del petrolio, carbone o gas) con un comburente, quindi l’ossigeno.

Tuttavia, c’è anche una quota crescente di energia prodotta da fonti rinnovabili.

In Italia, il 31% dell’energia elettrica viene prodotta da fonti rinnovabili. Queste includono l’eolico (6%), il fotovoltaico (8%), l’idroelettrico (16%) e la geotermia (1%).

È importante notare che la produzione di energia elettrica varia notevolmente da paese a paese.

Ad esempio, in Europa ci sono paesi come la Polonia, che hanno solo il 13% di quota rinnovabile nella produzione elettrica e una quota di carbone del 72%. Al contrario, ci sono paesi come l’Austria, che arrivano al 72% di rinnovabili e puntano al 100% entro il 2030.

Per inciso, il costo per produrre un kWh di energia elettrica in Italia dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di tecnologia utilizzata per generare l’energia, i costi operativi, il costo del combustibile e la manutenzione.

Per il trimestre corrente, ovvero dal mese di ottobre al mese di dicembre 2023, il costo dell’energia elettrica è suddiviso in diverse componenti:

• Il Prezzo Energia (PE), che ammonta a 0,11326 €/kWh (dato relativo alla fascia unica monoraria).
• La componente per il dispacciamento (PD), pari a 0,0128 €/kWh.
• Il costo per componenti di perequazione (PPE), pari a 0,03185 €/kWh.

Questi costi possono variare nel tempo a seconda delle condizioni del mercato e delle politiche energetiche.

Inoltre, è importante notare che questi sono i costi per la produzione di energia elettrica e non includono altri costi associati alla fornitura di energia elettrica, come ad esempio i costi di trasmissione e distribuzione.

• La tariffa per il servizio di trasmissione (TRAS) copre i costi per il trasporto dell’energia elettrica sulla rete di trasmissione nazionale. Questa tariffa è applicata a tutti i clienti finali, ad eccezione delle utenze domestiche in bassa tensione.
  Secondo dati resi noti dall’ARERA, il peso medio del costo del servizio di trasmissione sulla bolletta elettrica di un utente domestico tipo, per l’anno 2022, si attesta a circa il 1,7%.
• La tariffa per il servizio di distribuzione copre i costi per il trasporto dell’energia elettrica sulle reti di distribuzione.
  Anche questa tariffa è applicata a tutti i clienti finali, ad eccezione delle utenze domestiche in bassa tensione.
  La tariffa ha una struttura trinomia, ed è espressa in centesimi di euro per punto di prelievo all’anno (quota fissa), centesimi di euro per KW per anno (quota potenza) e centesimi di euro per KWh consumato (quota energia).

Queste tariffe sono aggiornate annualmente dall’Autorità.

4) come si smaltiscono le batterie?

La durata di una batteria per un’auto elettrica è di circa 8 anni, con un decadimento di circa il 10% della capacità dopo ben 500 cicli di ricarica.

Tuttavia, la durata effettiva può variare a seconda dell’uso del veicolo e delle condizioni di ricarica.

Ad esempio, l’utilizzo frequente di sistemi di ricarica rapida può accelerare l’usura della batteria.

Inoltre, è importante notare che molte case automobilistiche offrono una garanzia sulla batteria, che può coprire la sostituzione o la riparazione della batteria se la sua capacità scende al di sotto di una certa soglia entro un determinato periodo di tempo.

Le batterie delle auto elettriche, una volta esaurite, devono seguire un percorso di smaltimento preciso .

Questo processo avviene attraverso l’utilizzo di un trattamento termico-chimico.

 Nella fase iniziale, quando si riscalda la batteria ad elevata temperatura, comporta la perdita del litio. Per tale ragione si possono recuperare solo gli altri materiali come cobalto, nichel, alluminio e rame.

Le batterie devono essere portate presso centri specializzati per il trattamento dei loro componenti. Queste strutture sono attrezzate e utilizzano macchinari specifici per il trattamento di tali prodotti.

È importante che vengano smaltite in modo corretto e soprattutto in strutture specializzate, in quanto le batterie sono composte da materiali nocivi per l’uomo e per l’ambiente.

Inoltre, il Cobat, una piattaforma di servizi per l’economia circolare, con il Cnr-Iccom (Consiglio nazionale delle ricerche – Istituto di chimica dei composti organometallici) ha sviluppato un processo idrometallurgico che permette di recuperare oltre il 90% dei metalli contenuti in una batteria al litio.

Attualmente gli impianti di smantellamento e riciclo delle batterie a ioni di litio si trovano in pochi Paesi europei: perlopiù in Germania, Francia, Belgio e Spagna.

Tuttavia, nel 2024, lo smaltimento delle batterie per auto elettriche in Italia dovrebbe poter contare su una linea produttiva in grado di trattare 2.000 tonnellate annue di questi dispositivi.

5) impossibile spegnerle se prende fuoco

Sì, spegnere un incendio su un veicolo elettrico può essere più impegnativo rispetto a un veicolo convenzionale.

Non esiste una procedura standard per spegnere un incendio su un’auto elettrica, poiché le variabili in gioco sono numerose.

Innanzitutto, i soccorritori cercano di identificare il modello dell’auto.

Se le fiamme lo consentono, i soccorritori staccano la batteria ad alta tensione. In caso contrario, prima di intervenire sull’auto occorre disconnettere l’alimentazione, tagliando degli appositi cavi che i costruttori si posizionano in punti facili da raggiungere.

Un primo metodo per spegnere l’incendio prevede l’uso di una grande quantità d’acqua, in genere attorno ai 10 mila litri. Ciò al fine di favorire il raffreddamento del veicolo, che a seguito dell’incendio può arrivare a temperature vicine ai 3.000 °C.

Tuttavia, l’acqua può sviluppare gas infiammabili nell’abitacolo, quindi è essenziale per i pompieri fare attenzione ai vapori tossici sprigionati dalla combustione.

Un altro metodo consiste nel togliere ossigeno con una “cassa contenitore” che copre la vettura, o con una sostanza resistente alle fiamme.

Inoltre, si può ricorrere all’uso di estintori ad alta pressione specifica, poiché quelli normalmente in dotazione ai Vigili del fuoco risultano inefficaci.

È importante notare che l’incendio di un’elettrica è un nemico infido: apparentemente estinto, potrebbe ripartire a distanza di minerale.

Per questo, il veicolo viene rimosso dal luogo dell’incidente e stoccato all’aperto, isolandolo per 72 ore (e più) a una distanza di almeno 15 metri da altri oggetti infiammabili .

Infine, per rispondere alle domande “Quanti veicoli elettrici ci sono in circolazione? E di che tipo?» ecco i dati più recenti (2021)

legenda:
Un veicolo BEV (Battery Electric Vehicle) è completamente elettrico e si basa solo sulla batteria per l’alimentazione del motore.
Un veicolo PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) ha sia un motore a combustione interna che un motore elettrico, ma può essere caricato tramite una presa di alimentazione esterna.
EV pro-capite: veicoli elettrici per persona. In realtà la popolazione di una qualsiasi nazione dovrebbe essere considerata a livello di unità familiare, ed in tal caso l’incidenza percentuale pro-capite sarebbe da due a tre volte più alta.

Di questi temi abbiamo parlato anche qui:
https://ita.li.it/2022/11/18/dellenergia-e-di-come-produrla/

Scritto da
Carlo Makhloufi Donelli