Di Daniel Boustani
I veicoli elettrici (EV) di consumo hanno registrato una significativa penetrazione del mercato negli ultimi dieci anni. Secondo Reuters, nel terzo trimestre del 2023 si sono registrate le vendite di veicoli elettrici più elevate di sempre negli Stati Uniti, con una quota di mercato del 7,9%, in aumento di quasi il 50% su base annua. Ciò nonostante, altri settori dei trasporti si sono dimostrati più lenti nell'adottare l'elettrificazione. Questo articolo identifica diversi settori non di consumo che probabilmente vedranno presto una crescita nella tecnologia dei veicoli elettrici e le sfide relative alle infrastrutture di ricarica delle flotte di veicoli elettrici che hanno ritardato l'elettrificazione delle flotte commerciali.
Tendenze attuali e future del settore trasporti
Autobus e camion rappresentano la prossima sfida per l'elettrificazione dei trasporti. Fortunatamente, i rapidi passi avanti delle tecnologie dei veicoli elettrici rappresentati da sistemi di gestione delle batterie, relè e connettori automotive e altro ancora stanno accelerando l'adozione dei veicoli elettrici in alcuni segmenti del settore trasporti tra cui i seguenti:
Autobus elettrici a batteria (BEB)
Gli autobus elettrici a batteria (BEB), che non devono essere confusi con i filobus, stanno diventando sempre più diffusi negli ambienti urbani. Questi autobus sono spesso utilizzati nelle reti di trasporto pubblico a causa dei costi operativi inferiori, delle emissioni ridotte e della facilità di manutenzione rispetto agli autobus dotati di motore a combustione o ai filobus.
Tuttavia, il loro utilizzo richiede un'infrastruttura di ricarica, quindi l'adozione potrebbe risultare più lenta nelle regioni con meno incentivi per le politiche infrastrutturali. Alcune città del mondo hanno già sostituito l'intera flotta municipale di autobus, come è accaduto a Shenzhen grazie ai massicci incentivi governativi e al produttore cinese di veicoli elettrici, BYD.
I progressi nelle tecnologie dei semiconduttori di potenza, come i MOSFET al carburo di silicio, consentono assemblaggi di batterie più economici ed efficienti. Man mano che la tecnologia delle batterie migliora, aumenta anche l'autonomia degli autobus BEB e il costo di questi veicoli diminuisce, consentendone un'adozione più diffusa.
Autobus a ricarica in movimento (IMC)
Una soluzione ibrida tra autobus elettrici a batteria e filobus sono gli autobus a ricarica in movimento (IMC). Questa tecnologia emergente per gli autobus elettrici è presente principalmente nell'Europa centrale. Nelle città già dotate di linee per filobus, gli autobus IMC possono ricaricarsi in movimento, ma anche uscire dalle linee dedicate ai filobus in base alle necessità.
Gli autobus a ricarica in movimento hanno un'autonomia complessiva più elevata, un peso a vuoto inferiore e utilizzano sofisticati sistemi di gestione della batteria per funzionare anche con l'alimentazione diretta. Questo tipo di autobus potrebbe anche vedere una crescita della quota di mercato parallelamente all'espansione delle tecnologie di ricarica stradale a induzione e al rafforzamento delle relative infrastrutture per i veicoli di consumo. Per maggiori informazioni sui sistemi di gestione delle batterie e sul modo in cui consentono un utilizzo efficiente dell'energia, è possibile leggere la Guida di Arrow ai sistemi di gestione batteria.
Autocarri pesanti per spostamenti a corto e medio raggio
Gli autocarri pesanti stanno gradualmente passando alla trazione elettrica, soprattutto se operano su tratte a corto raggio. Sebbene questi veicoli abbiano requisiti di peso e potenza completamente diversi rispetto ai veicoli di consumo, la loro adozione risulta vantaggiosa per i limitati costi di manutenzione delle flotte e le migliori prestazioni dei veicoli.
Negli utilizzi che prevedono soste frequenti e spostamenti a corto raggio, come i veicoli per le consegne e i camion per la raccolta dei rifiuti, i veicoli elettrici potrebbero rivelarsi molto più efficienti ed economici rispetto ai concorrenti con motore a combustione. Soprattutto in virtù delle loro elevate capacità di coppia istantanea, è probabile che i veicoli elettrici pesanti vedano presto un'adozione diffusa.
Ad esempio, Amazon ha recentemente avviato una partnership con il produttore di veicoli elettrici Rivian per la produzione di 100.000 veicoli per le consegne entro il 2030. Questo accordo consentirà di sostituire progressivamente la flotta esistente basata su veicoli con motore a combustione, per raggiungere l'obiettivo aziendale dell'azzeramento delle emissioni nette di carbonio entro il 2040. La nuova flotta di veicoli potrà vantare una tecnologia EV all'avanguardia, sensori automotive e sistemi intelligenti di gestione delle batterie che aiuteranno Amazon a offrire un servizio più efficiente ai propri clienti e a ridurre i costi.
Le sfide per la ricarica delle flotte di veicoli elettrici
I mezzi di trasporto come aerei, navi di grandi dimensioni e camion a lungo raggio hanno meno probabilità di adottare la tecnologia dei veicoli elettrici nel breve periodo per i seguenti motivi:
Densità di potenza
Attualmente, le batterie hanno un rapporto potenza/peso troppo elevato, che ne rende l'adozione per il volo inefficiente o impossibile. Per ottenere la massima efficienza, gli aerei richiedono una potenza enorme con il minor peso possibile. Anche nell'aviazione basata su motori a combustione, più pesante è l'aereo, più costoso risulta farlo volare.
Il peso del carburante viene preso in seria considerazione per ciascun volo e le compagnie aeree preferiscono volare sempre con una riserva minima di carburante per massimizzare l'efficienza. Allo stesso modo, le grandi navi richiedono enormi quantità di energia per muoversi. Sebbene lo stoccaggio di tutta questa energia possa inizialmente sembrare realizzabile, le batterie odierne pesano ancora troppo per sostituire il carburante. Ad esempio, una nave portacontainer standard può essere rifornita con circa 3 milioni di galloni di carburante diesel (più di 11 milioni di litri). Un gallone di diesel equivale a 138.700 BTU o 40,6 kWh, che corrispondono all'accumulo di energia equivalente a tre Tesla Powerwall 3. Tre Tesla Powerwall 3 misurano 23.666,4 pollici cubi (circa 0,39 metri cubi) e pesano 861 libbre (circa 390 kg), mentre un gallone di diesel ha un volume di 231 pollici cubi (meno di 0,0038 metri cubi) e pesa 7,1 libbre (circa 3,2 kg).
Quindi, una nave portacontainer completamente elettrica con le stesse capacità di potenza, dovrebbe avere 102 volte lo spazio di stoccaggio attuale e trasportare 121 volte l'odierno peso di stoccaggio del carburante. Per fare un confronto, 9 milioni di Tesla Powerwall 3 (equivalenti a 3 milioni di galloni di diesel) corrispondono al volume di 30.211 container. La nave portacontainer più grande al mondo può trasportare 24.000 container e immagazzinare più di 5 milioni di galloni di carburante per le sue operazioni.
Le sfide delle infrastrutture di ricarica per le flotte di veicoli elettrici
I veicoli elettrici hanno bisogno di infrastrutture di supporto come stazioni o colonnine di ricarica. Lo sviluppo di tali infrastrutture di ricarica può risultare costoso negli ambienti urbani, proibitivo nelle aree rurali e persino tecnologicamente irrealizzabile negli ambienti marittimi.
Tra aerei, navi e camion a lungo raggio, i mezzi che hanno maggiori probabilità di vedere realizzata un'infrastruttura di supporto nel breve periodo sono i camion, poiché la gran parte degli ambienti urbani ha già avviato l'elettrificazione delle infrastrutture per supportare i veicoli di consumo. La sfida più grande per i camion a lungo raggio è l'elettrificazione delle aree rurali, che potrebbe limitare solo alcune rotte commerciali che coprono distanze maggiori rispetto all'autonomia dei veicoli elettrici a lungo raggio.
Le aree rurali potrebbero avere un'infrastruttura elettrica limitata o del tutto assente, quindi difficilmente sarà possibile dotarle di un'infrastruttura sufficientemente robusta da ricaricare costantemente intere flotte di veicoli per trasporti a lungo raggio. Affinché vengano adottati camion elettrici a lungo raggio, sarà probabilmente necessario sviluppare un'infrastruttura dedicata per la produzione e il trasporto di energia in centri di ricarica strategici, sul modello delle aree di sosta e delle stazioni di servizio allestite nelle zone rurali per i veicoli a combustione.
Considerazioni sui costi dei veicoli elettrici commerciali
Anche se alcuni settori potrebbero presto essere tecnicamente in grado di realizzare l'elettrificazione, i costi potrebbero rivelarsi proibitivi. Sostituire un'intera flotta, passando da veicoli a combustione interna a veicoli elettrici, può avere costi estremamente elevati per qualsiasi azienda.
Per i settori con margini di profitto limitati, i costi iniziali dei veicoli e delle infrastrutture ostacoleranno probabilmente l'adozione diffusa, anche se i costi operativi a lungo termine sono inferiori. Norme ad hoc e politiche di incentivazione possono controbilanciare i costi di investimento iniziale e accelerare l'ampia adozione di questi veicoli elettrici, in modo simile a come i crediti d'imposta governativi accelerano l'adozione dei veicoli di consumo elettrici nei paesi che implementano politiche ad essi favorevoli.
Un'impennata nel numero dei veicoli elettrici commerciali
Anche se alcuni settori potrebbero essere più lenti nell'adozione dell'elettrificazione, come nel caso di grandi navi, aerei e i camion a lungo raggio, i recenti progressi nella tecnologia dei veicoli elettrici consentono già una rivoluzione nel trasporto commerciale. Gli autobus BEB e IMC si stanno affermando a livello internazionale grazie ai costi operativi inferiori, alle emissioni ridotte e alle prestazioni superiori. Gli autocarri pesanti vedranno probabilmente una rinascita dell'elettrificazione, esemplificata dal progetto di Amazon che prevede la sostituzione di 100.000 veicoli per le consegne dotati di motore a combustione con altrettanti veicoli elettrici entro il prossimo decennio.
Sfide come densità di potenza, vincoli infrastrutturali ed elevati costi iniziali rallenteranno l'elettrificazione di alcuni settori. Tuttavia, nei prossimi anni assisteremo a un'adozione sempre più diffusa dei veicoli elettrici in quasi tutte le industrie e i settori, man mano che i sistemi di monitoraggio della batteria, la gestione della potenza e la tecnologia dei veicoli elettrici faranno altri passi avanti.
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