Home

VALUTAZIONI OGGETTIVE PER UN CONFRONTO TRA METODI DI PROPULSIONE PER VEICOLI

Andrea Fanelli – Dicembre 2004

Pubblicato su www.aspoitalia.net per gentile concessione dell’autore

In questa nota cerco di dare alcune valutazioni oggettive e quantitative per un confronto tra automezzi con motore a combustione interna, automezzi con alimentazione ad idrogeno ed automezzi con alimentazione elettrica. Vale comunque sempre il ragionamento che "uno spreco di energia é sempre uno spreco, indipendentemente dalla tecnologia e dal rendimento"; non intendo confrontare "tecnologie di alimentazione" con "politiche di trasporto Pubblico<->Privato" perché sono due cose diverse.

Nel seguito riporto:

Una tabella di rendimenti, che uso dopo nel calcolo della catena dei rendimenti, partendo da una situazione di paragone comune, con alimentazione iniziale tramite combustibile fossile. É ovvio che la generazione di energia elettrica con fotovoltaico "diffuso" é il metodo migliore per alimentare eventuali mezzi di trasporto. Prima di iniziare con la lunga tabella di calcoli, per alleggerire la questione, inserisco come curiosità:

1) La prima autovettura (allora sperimentale) che supero` la velocità di 100km/ora fula francese "jamais contente", ad alimentazione elettrica, su una pista in un parco Parigino

2) Ben prima dell'avvento delle autovetture, a Londra, nei principali incroci, sostavano in continuazione alcuni netturbini specializzati: avevano il compito di mantenere sufficientemente pulita una striscia di strada dallo sterco di cavallo che si accumulava in continuazione per permettere ai pedoni di attraversare (per cui, "il troppo stroppia", indipendentemente dalla tecnologia; i cavalli ed il loro sterco sono perfettamente biodegradabili e basati su energie completamente rinnovabili).

Allora, partiamo con l'articoletto:

Tabella generale dei rendimenti

-------------------------------

- Rendimento di una centrale termoelettrica 45% (se va bene, tenuta pulita, ecc)

- Rendimento di una linea di trasporto di energia elettrica 80% (se avete dati migliori, documentati, passatemeli , per favore)

- Rendimento di un processo di elettrolisi (per strappare l'idrogeno dall'acqua) 70% (la pirolisi costa di più dal punto di vista energetico, per quel che ricordo)

- Rendimento di un motore a combustione interna, ciclo otto 25% max (in condizioni di "regolazione": non a tutto gas, nel qual caso raggiunge il 30-35%, ma non é un caso reale per le autovetture), se si parla di un motore di autovettura puo` essere anche inferiore, specialmente per brevi tragitti ed in città

- Rendimento di un accumulatore elettrico 85-90% (effetto del riscaldamento e dell'autoscarica)

- Rendimento di un motore elettrico 90-95%

- Inoltre, in sistema (auto + motore elettrico + accumulatore + sistema di regolazione elettronico con recupero) permette di recuperare l’energia cinetica ricaricando le batterie al posto di dissiparla con il riscaldamento dei freni

- Rendimento di una cella a combustibile 20-40% (ma credo che il valore giusto sia quello basso: 20%, dovuto alla variabilità del carico)

Ora vediamo i vari casi da confrontare, partendo da una stessa quantità iniziale di energia fossile di 100 unità.

Il primo caso valuta la catena dei rendimenti di una vettura elettrica, alimentata da rete, trascurande i recuperi dell'energia notturna dissipata, ecc.

1) Caso auto elettrica

• inizio 100 unità di energia;
• trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità;
• trasporto l’energia elettrica fino al punto di ricarica, 80%, restano 32 unità;
• accumulo in batterie, 85%, restano 27.2 unità;
• la uso con motore elettrico, 90%, uso 24,48 unità per muovermi, recuperando nelle frenate.

**Sintesi: auto elettrica tradizionale, quasi 25% di rendimento globale, e l’energia è ben utilizzata e prodotta in centrale (minimo inquinamento “tecnicamente possibile” ad oggi).

Il secondo caso é per una vettura ad idrogeno

2) Caso auto elettrica con cella a combustibile ad idrogeno.

• inizio 100 unità di energia;
• trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità;
• trasporto l’energia elettrica fino all'impianto di elettrolisi, 80%, restano 32 unità;
• elettrolisi dell’acqua, 70%, restano 22,4 unità;
• tralascio le perdite per trasportare l’idrogeno compresso o addirittura allo stato liquido ed i problemi per lo “smaltimento dell’ossigeno”, problema sempre trascurato.
• trasformo idrogeno in energia elettrica, 30% (ottimistico), restano 6,72 unità di energia;
• la uso con motore elettrico, 90%, uso 6.05 unità di energia.

**Sintesi: auto elettrica ad idrogeno, circa il 6% di rendimento globale, comunque l’auto deve avere accumulatori (per recupero sulle frenate e spunto in accelerazione) e deve avere un serbatoio contenente idrogeno compresso od addirittura allo stato liquido ad una temperatura bassissima od una pressione alta. Oltre al problema della produzione di CO₂ in centrale (la stessa del primo caso) c’è anche il problema dell’ossigeno (un eccesso di ossigeno crea grossi problemi di incendi e problemi alla vita umana).

Anche questo caso si applica ad una vettura ad idrogeno

3) Caso auto ad idrogeno con motore tradizionale.

• inizio 100 unità di energia;
• trasformo in elettricità, 40%, restano 40 unità;
• trasporto l’energia, 80%, restano 32 unità;
• elettrolisi dell’acqua, 70%, restano 22,4 unità; tralascio le perdite per trasportare l’idrogeno liquido e distribuirlo.
• la uso con motore a scoppio, 25% (ottimistico), uso 5.6 unità di energia (e, a meno di auto ibrida, non recupero le frenate).

**Sintesi: auto tradizionale ad idrogeno, circa il 6% di rendimento globale. Restano gli stessi problemi del caso 2.

Per paragone, un'atovettura alimentata a benzina utilizza le 100 unità direttamente e le trasforma in 20-25 unità utili per il trasporto, ma a prezzo di una combustione molto meno controllata e quindi con una maggiore produzione di incombusti, polveri fini, ecc.

Faccio quindi notare che la catena dei rendimenti per il caso 1 e per l'auto tradizionale a combustione interna é paragonabile, ma con una notevole differenza in termini di qualità della combustione ed una maggiore differenza in termini di rumore (aspetto molto trascurato ma, a mio avviso, generatore di un inquinamento almeno uguale a quello chimico).

Ovviamente, se si ricarica la batteria dell'auto elettrica con pannelli solari fotovoltaici, od eventualmente con un piccolo impianto di cogenerazione domestica, che come sottoprodotto ricalda la casa, il modello diventa anche piu` interessante.

Spero di essere stato chiaro, e faccio i complimenti a chi ha resistito a leggere fino qua. :-)

Per una trattazione chiara sui problemi di gestione dell'idrogeno, potete guardare a questo interessante articolo:

http://www.aspoitalia.net/documenti/bardi/elettrico_idrogeno/elettricoidrogeno.html

Nota finale: il tempo di ricarica delle batterie é molto simile al tempo di riposo ed alimentazione dei cavalli, per parecchi secoli le "stazioni di posta" prevedevano la sostituzione di cavalli "scarichi" con cavalli "carichi"; farlo con delle batterie é addirittura piu` facile, e non richiede strutture molto diverse dagli attuali distributori di benzina (secondo me le stazioni di scambio batterie sarebbero anche meno inquinanti/pericolose dei distributori di carburante)

Andrea Fanelli, ingegnere meccanico (con un antico pallino per il risparmo energetico)