Roadmap verso l'elettrificazione: progressi e sfide nell'elettrificazione dell'industria dei trasporti commerciali

I veicoli elettrici (EV) per i consumatori hanno raggiunto una significativa penetrazione di mercato nell'ultimo decennio. Secondo Reuters, il terzo trimestre del 2023 ha visto le vendite di EV più elevate di sempre negli Stati Uniti, con una quota di mercato del 7,9%, in aumento di quasi il 50% rispetto all'anno precedente. Tuttavia, altre industrie di trasporto sono state più lente nell'adottare l'elettrificazione. Questo articolo identifica diversi settori non consumer che probabilmente vedranno una crescita nella tecnologia dei veicoli elettrici a breve e le sfide dell'infrastruttura di ricarica delle flotte EV che hanno ritardato l'elettrificazione delle flotte commerciali.

Tendenze attuali e future nei trasporti

Autobus e camion rappresentano il prossimo ostacolo per l'elettrificazione dei trasporti. Fortunatamente, i rapidi progressi delle tecnologie EV come i sistemi di gestione della batteria, i relè automobilistici, i connettori automobilistici e altro ancora stanno accelerando l'adozione dei veicoli elettrici in questi segmenti di trasporto:

Autobus elettrici a batteria (BEB)

I bus elettrici a batteria (BEB), distinti dai bus elettrici alimentati da filobus, stanno diventando sempre più popolari negli ambienti urbani. I BEB sono stati utilizzati nei sistemi di trasporto pubblico grazie ai loro costi operativi inferiori, alle emissioni ridotte e alla facilità di manutenzione rispetto ai bus a combustione o ai filobus.

Tuttavia, il loro utilizzo richiede infrastrutture di ricarica, quindi l'adozione potrebbe essere più lenta nelle regioni con meno incentivazione delle politiche infrastrutturali. Alcune città in tutto il mondo, come Shenzhen, hanno già sostituito l'intera flotta municipale di autobus grazie a massicci incentivi governativi e al produttore di veicoli elettrici cinese, BYD.

I progressi nelle tecnologie dei semiconduttori di potenza, come i MOSFETs al carburo di silicio, consentono assemblaggi di batterie più economici ed efficienti. Man mano che la tecnologia delle batterie continua a migliorare, aumenterà anche l'autonomia degli autobus BEB e il costo di questi veicoli diminuirà, permettendo un'adozione più diffusa.

Autobus a ricarica in movimento (IMC)

Una soluzione ibrida per BEB e filobus è costituita dagli autobus con ricarica in movimento (IMC). Questa nuova tecnologia di autobus elettrici si trova principalmente nell'Europa centrale. Nelle città con linee di filobus già installate, gli autobus IMC possono ricaricarsi durante il percorso e allontanarsi dalle linee di filobus se necessario.

I bus IMC hanno un'autonomia complessiva del veicolo più alta, un peso a vuoto inferiore e utilizzano sistemi di gestione delle batterie sofisticati per operare in combinazione con l'energia diretta. IMC potrebbe anche vedere un'espansione del mercato con la crescita delle tecnologie di ricarica induttiva delle strade in combinazione con il potenziamento delle infrastrutture dei veicoli dei consumatori.

Camion pesanti di gamma medio-bassa

I camion pesanti stanno gradualmente passando all'alimentazione elettrica, soprattutto quelli che operano su percorsi a corto raggio. Sebbene questi veicoli abbiano requisiti di peso e potenza drasticamente diversi rispetto ai veicoli di consumo, la loro adozione è vantaggiosa dato il basso costo di manutenzione della flotta e le prestazioni elevate dei veicoli.

In applicazioni a basso chilometraggio stop-start-stop, come veicoli di consegna e camion della spazzatura, i veicoli elettrici possono risultare molto più efficienti e convenienti dei concorrenti con motore a combustione. Soprattutto date le loro elevate capacità di coppia istantanea, è probabile che i veicoli elettrici pesanti vedano un'ampia adozione a breve.

Ad esempio, Amazon ha recentemente collaborato con il produttore di veicoli elettrici Rivian per creare 100.000 veicoli di consegna entro il 2030 per sostituire gradualmente la loro flotta esistente a combustione, il tutto come parte del loro sforzo per raggiungere emissioni di carbonio nette pari a zero entro il 2040. Questa nuova flotta di veicoli sarà dotata di tecnologia EV all'avanguardia, sensori automobilistici e sistemi intelligenti di gestione della batteria che aiuteranno Amazon a servire i suoi clienti in modo più efficiente e a ridurre i costi.

Sfide di ricarica per flotte EV

I mezzi di trasporto come aerei, grandi navi e camion a lungo raggio hanno meno probabilità di adottare la tecnologia EV nel breve termine per i seguenti motivi:

Densità di potenza

Attualmente, le batterie hanno un rapporto potenza-peso troppo elevato, rendendo la loro adozione inefficiente o impossibile per il volo. Gli aerei richiedono una potenza massiccia al peso più basso possibile per ottenere la massima efficienza. Anche nell'aviazione basata sulla combustione, più l'aeromobile è pesante, più costoso è farlo volare.

Il peso del carburante è preso in considerazione in modo drastico per ogni volo, con le compagnie aeree che optano per una riserva minima di carburante per massimizzare l'efficienza. Allo stesso modo, le grandi navi richiedono enormi quantità di energia per il loro trasporto. Anche se immagazzinare questa energia potrebbe inizialmente sembrare fattibile, le batterie di oggi pesano ancora troppo per sostituire il carburante. Ad esempio, una nave portacontainer standard può trasportare circa 3 milioni di galloni di carburante diesel. Un singolo gallone di carburante diesel contiene 138,700 BTU o 40,6 kWh, che è lo stesso equivalante in energia a tre (3) Tesla Powerwall 3. Tre Tesla Powerwall 3 sono 23.666,4 pollici cubici e pesano 861 libbre, mentre un gallone di diesel è 231 pollici cubici e pesa 7,1 libbre.

Quindi, affinché una nave portacontainer sia completamente elettrica con le stesse capacità di potenza, deve supportare uno spazio di stoccaggio 102 volte maggiore e 121 volte il peso attuale di stoccaggio del carburante. Per fare un confronto, 9 milioni di Tesla Powerwall 3 (equivalenti a 3 milioni di galloni di diesel) hanno lo stesso volume di 30.211 container. La nave portacontainer più grande del mondo può trasportare 24.000 container e stocca oltre 5 milioni di galloni di carburante per le sue operazioni.

Sfide dell'infrastruttura di ricarica per flotte EV

I veicoli elettrici richiedono un'infrastruttura di supporto come stazioni di ricarica o pontili. Lo sviluppo di questa infrastruttura di ricarica può essere costoso negli ambienti urbani, proibitivo in termini di costi nelle aree rurali e persino tecnologicamente irrealizzabile negli ambienti marittimi.

Tra aerei, navi e camion per lunghe distanze, quelli che probabilmente avranno un'infrastruttura di supporto nel breve termine sono i camion per lunghe distanze, poiché una grande maggioranza degli ambienti urbani ha già iniziato l'elettrificazione delle infrastrutture per supportare i veicoli dei consumatori. La sfida maggiore per i camion per lunghe distanze è l'elettrificazione delle aree rurali, che potrebbe limitare solo alcune rotte commerciali che coprono distanze al di fuori della portata degli EV per lunghe distanze.

Le aree rurali possono avere infrastrutture elettriche limitate o assenti, per non parlare di un'infrastruttura abbastanza robusta da ricaricare continuamente le flotte di veicoli per lunghe percorrenze. Per adottare i camion a lunga percorrenza, sarà probabilmente necessario sviluppare generazione e trasporto di energia dedicati in hub di ricarica strategici, così come le aree di sosta rurali e le stazioni di servizio esistono per servire i veicoli a combustione.

Considerazioni sui costi dei veicoli elettrici commerciali

Sebbene alcune industrie possano presto essere tecnicamente in grado di realizzare l'elettrificazione, il costo potrebbe essere proibitivo. Cambiare una flotta di veicoli da motore a combustione interna a veicoli elettrici potrebbe essere proibitivo in termini di costi per qualsiasi azienda.

Per le industrie con margini di profitto limitati, il costo iniziale dei veicoli e delle infrastrutture probabilmente ostacolerà l'adozione diffusa, anche se il costo operativo è inferiore nel lungo termine. Gli incentivi normativi e di politica potrebbero compensare i costi di investimento per accelerare l'adozione diffusa, similmente a come i crediti d'imposta governativi accelerano l'adozione di veicoli consumer nei paesi interessati a farlo.

Un aumento nei veicoli elettrici commerciali

Sebbene alcuni settori possano essere più lenti ad adottare l'elettrificazione, come le grandi navi marittime, l'aviazione e i camion a lungo raggio, i recenti miglioramenti nella tecnologia dei veicoli elettrici consentono una rivoluzione nei trasporti commerciali. Gli autobus BEB e IMC stanno guadagnando trazione internazionale grazie ai loro costi operativi inferiori, alle emissioni ridotte e alle prestazioni superiori. È probabile che i camion pesanti vedano una rinascita dell'elettrificazione, esemplificata dal piano di Amazon di sostituire 100.000 veicoli per le consegne a combustione con veicoli elettrici entro il prossimo decennio.

Le sfide come la densità di potenza, i vincoli infrastrutturali e i costi iniziali elevati rallenteranno l'elettrificazione in alcuni settori. Tuttavia, l'adozione continua dei veicoli elettrici sarà visibile in quasi ogni industria e settore nei prossimi anni, man mano che i sistemi di monitoraggio delle batterie, la gestione dell'energia e la tecnologia dei veicoli elettrici continueranno a progredire.