I veicoli elettrici devono essere resi più leggeri per massimizzare i benefici in termini di cambiamento climatico e sicurezza

Blake Shaffer dell’Università di Calgary, Maximilian Auffhammer dell’Università della California e Constantine Samaras ingegnere civile della Carnegie Mellon University, nel loro studio pubblicato nella rivista Nature, hanno evidenziato che il maggior peso dei veicoli elettrici li rende più pericolosi nell’impatto con i veicoli convenzionali e pedoni.
I veicoli elettrici sono essenziali per decarbonizzare i trasporti. Il Regno Unito, la California, l’Unione Europea, il Canada e altri già nel 2030 prevedono di eliminare gradualmente la vendita di veicoli alimentati a combustibili fossili, mentre la Norvegia prevede di farlo prima. I consumatori sono interessati.
Ford Motor Company lo scorso maggio ha presentato una versione completamente elettrica del suo pick-up più venduto, il F-150 Lightning, ad agosto, tanti clienti ne avevano prenotato uno, per questo Ford ha raddoppiato il suo obiettivo di produzione iniziale. Il 27 settembre 2021, la società ha annunciato che spenderà miliardi di dollari per costruire fabbriche di batterie e un impianto di camion elettrici negli Stati Uniti, anche altre aziende stanno espandendo la loro produzione.
I grandi investimenti nei veicoli elettrici sono una buona notizia. Il settore ha fatto molta strada, ma molte sfide ci attendono, una questione che ha ricevuto poca attenzione è l’aumento del peso dei veicoli. I pick-up e i Suv (Sport Utility Vehicle) rappresentano ora il 57% delle vendite negli Stati Uniti, rispetto al 30% del 1990. È aumentata anche la massa di nuovi veicoli venduti negli Stati Uniti: automobili, Suv e pick-up rispettivamente hanno guadagnato il 12% (173 chilogrammi), il 7% (136 kg) e il 32% (573 kg). Ciò equivale a trascinarsi dietro un pianoforte a coda e un pianista. Tendenze simili si vedono in altre parti del mondo.
I veicoli elettrici aggiungono ancora più peso. Il petrolio combustibile e ad alta densità energetica è sostituito da ingombranti batterie. E il resto del veicolo deve diventare più pesante per fornire il supporto strutturale necessario. Il F-150 elettrico pesa 700 kg in più rispetto al suo predecessore a benzina. Le auto elettriche più piccole sono anche più pesanti dei loro equivalenti modelli a benzina.

Perché è importante ridurre il peso dei veicoli elettrici?
Prima di tutto è la sicurezza. La probabilità che i passeggeri muoiano in una collisione con un altro veicolo aumenta del 12% per ogni 500 kg di differenza peso tra i veicoli, questo rischio aggiuntivo non si applicherebbe se tutti guidassero auto di peso simile, ma fino a quando non lo faranno, è probabile che il numero di vittime in incidenti aumenti man mano che i veicoli elettrici pesanti si uniranno alla flotta di veicoli esistenti più leggeri.
Il rischio riguarda anche i pedoni, se i residenti negli Stati Uniti che sono passati ai Suv negli ultimi 20 anni fossero rimasti con i veicoli a benzina più piccoli, secondo uno studio si sarebbero potute evitare più di 1.000 morti di pedoni. I veicoli più pesanti generano anche più inquinamento da particolato dovuto all’usura dei pneumatici. Richiedono più materiali ed energia per costruirli aumentando le emissioni e il consumo di energia.
Effettivamente, quanto è grande questo problema? Il confronto approssimativo tra costi di mortalità e benefici climatici mostra che è significativo, con i sistemi energetici che operano oggi nella maggior parte dei paesi, il costo extra delle vite perse a causa di un aumento di 700 kg del peso di un camion elettrificato rivaleggia con i benefici climatici delle emissioni di gas serra evitate, praticamente sono in gioco due fattori principali: il peso e i supporti della batteria, nonché la pulizia delle reti elettriche da cui viene caricata.
I ricercatori per calcolare il costo del peso extra, hanno detto di aver utilizzato il valore del Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti di 11,6 milioni di dollari per ogni incidente mortale evitato. Il compromesso costi-benefici regge, anche se ipotizziamo che il costo sociale dell’emissione di una tonnellata di anidride carbonica sia elevato, circa 150 dollari; valori più bassi, come 50 dollari, riducono le stime dei benefici climatici. Certo, è una semplificazione eccessiva. Analisi realistiche dei costi-benefici per i veicoli elettrici richiedono la valutazione di molti altri fattori, questi includono i costi derivanti da lesioni nelle collisioni, i benefici per la salute derivante da un’aria più pulita e gli impatti sul ciclo di vita dei diversi modelli di auto.
È evidente che con il passare del tempo, per ridurre al meglio le emissioni di CO2 nella circolazione stradale, i veicoli elettrici faranno la differenza, alcuni paesi con molte fonti di elettricità pulita, come la Norvegia, sono già a un punto in cui l’elettrificazione di un camion ha più benefici per il clima che costi per la sicurezza; altri, compresi gli Stati Uniti, devono continuare sulla strada dei sistemi elettrici net-zero (l’espressione “neutralità climatica” o “net-zero” si riferisce al raggiungimento dell’equilibrio tra la quantità di gas a effetto serra emessi nell’atmosfera e la quantità di quelli assorbiti, per esempio attraverso meccanismi di cattura e stoccaggio. Le emissioni considerate sono quelle antropogeniche, cioè prodotte dalle attività umane).
Eppure, senza affrontare il problema del peso, i vantaggi per la società derivante dal passaggio all’elettricità saranno inferiori di quanto potrebbero essere nel prossimo decennio. Ecco il nostro pensiero su che cosa debbano fare i ricercatori, responsabili politici e produttori per affrontare il problema.

Tassare le auto pesanti
L’economia di base ci dice che le attività che impongono costi agli altri dovrebbero essere tassate. Stabilire le tasse di immatricolazione in base al peso del veicolo può disincentivare i veicoli pesanti e incoraggiare quelli leggeri. La riscossione delle tariffe basate sul peso risolve anche un altro problema incombente per i governi: le scarse entrate a causa della rinuncia alle tasse su benzina e diesel man mano che più veicoli elettrici circolano sulle strade, potenzialmente sono molti soldi.
Il governo federale, statale e locale degli Stati Uniti nel 2019, hanno raccolto oltre 112 miliardi di dollari in tasse sul carburante: diversi Stati per recuperare parte di questa tassa persa, sui veicoli elettrici hanno già iniziato a riscuotere mediamente da 50 a 200 dollari l’anno. È giusto, sostengono, perché le tasse sul carburante coprono parte dei costi delle infrastrutture stradali, utilizzate anche dai conducenti di veicoli elettrici.
La variazione di tali oneri in base al peso manterrebbe le entrate incentivando al contempo le persone a scegliere veicoli più efficienti dal punto di vista energetico e che impongono minori costi sociali. Ridurrebbe anche altre emissioni derivanti dalla produzione e dalla fabbricazione dei materiali, alcuni Stati hanno tali tasse, in Iowa, ad esempio, la quota di immatricolazione aumenta di 0,40 dollari per ogni 45 kg di peso del veicolo; nello Stato di New York, la tariffa è di 1,50 dollari per 45 kg per pesi superiori a 750 kg; sopra i 1.600 kg sale a 2,50 dollari. La Francia il prossimo anno andrà oltre, addebitando ben 10 euro per ogni kg che supera la soglia di 1.800 kg.
L’aggiunta alla tariffa della distanza di viaggio, spingerebbe le persone a guidare di meno. L’Oregon sta sperimentando un tale programma, offrendo ai proprietari la possibilità di basare le proprie tasse di registrazione sulla distanza percorsa in un anno (circa 1,1 centesimi per chilometro) al posto delle tasse annuali fisse. I dati di viaggio possono essere raccolti dai dispositivi di bordo; alcune compagnie di assicurazione offrono già polizze basate sul chilometraggio totale e altre abitudini di guida.

Batterie termoretraibili
Le batterie ora costano il 90% in meno rispetto a dieci anni fa. E la loro densità energetica è più che triplicata da quando le batterie agli ioni di litio sono state introdotte nel 1991. Tuttavia, la maggior parte dei progressi nella tecnologia delle batterie è andata ad aumentare la distanza che un’auto elettrica può percorrere con una singola carica e ad aumentare la potenza dell’auto. Negli ultimi dieci anni, ad esempio, Nissan ha introdotto sul mercato una versione a lungo raggio del suo veicolo elettrico di punta, la Leaf, con il triplo dell’autonomia (364 chilometri) e il doppio della potenza (214 CV), ma anche il suo peso è cresciuto del 14%, arrivando a 1.749 kg.
L’autonomia è importante per la diffusione dei veicoli elettrici. La maggior parte dei consumatori acquista auto in base alla portata perché si preoccupa di perdere potenza o di non essere in grado di ricaricare durante un lungo viaggio. Tuttavia, la maggior parte dei viaggi in auto sono brevi: negli Stati Uniti, ad esempio, in media, i conducenti per andare a fare shopping o a scuola, percorrono 56 chilometri il giorno, molto al di sotto dell’autonomia massima per i veicoli elettrici.
L’estensione della portata dell’autonomia di altri 100 chilometri circa ogni pochi anni renderà i veicoli elettrici più pratici per le persone che devono percorrere regolarmente lunghe distanze, ad esempio per lavoro, ma anche ora, ha rendimenti decrescenti per il guidatore medio. L’infrastruttura di ricarica rapida viene distribuita più ampiamente. La produzione di batterie leggere raccoglierà immediatamente i frutti.
I modi per alleggerire le batterie includono l’utilizzo di materiali con più densità di energia e la rimozione di componenti più pesanti, ad esempio, le batterie a stato solido che non utilizzano elettroliti liquidi e hanno la più recente chimica dell’anodo sono più compatte e potrebbero offrire densità di energia più elevate di quelle possibili per le celle agli ioni di litio. Le batterie al litio-silicio possono raggiungere densità di energia più elevate se i produttori utilizzano più silicio negli anodi anziché grafite. I miglioramenti possono anche essere digitali: i sistemi di gestione della batteria wireless possono eliminare fino al 90% della rete di cavi. L’utilizzo di meno materiali aiuta i produttori a risparmiare denaro.
Il problema è che le tecnologie all’avanguardia, costose da incorporare, aumentano i costi delle auto elettriche. Il supporto del governo, dal laboratorio alla fabbrica al consumatore, è quindi essenziale per stimolare l’innovazione e lo sviluppo. Le spese di immatricolazione basate sul peso potrebbero fornire parte di quel denaro. I sussidi statunitensi per i veicoli elettrici attualmente aumentano con la capacità di stoccaggio della batteria. Basare i sussidi per i veicoli elettrici invece sull’accumulo di energia per kg (kWh kg -1) incoraggerebbe i progressi nelle batterie più leggere.
È evidente che sono necessari ulteriori sviluppi nella tecnologia delle batterie per ridurre l’inquinamento prodotto dalla produzione e consumare meno cobalto e altri metalli e minerali rari. È necessario mettere in atto schemi per il riciclaggio e il riutilizzo di batterie e altri materiali, prima che decine di milioni di veicoli elettrici arrivino e poi lascino le strade.

Alleggerire i telai
Tesla, Volvo, GM e altre case automobilistiche stanno esplorando batterie per sostenere parte del telaio del veicolo, all’orizzonte c’è la possibilità di rendere il telaio stesso del veicolo il mezzo per immagazzinare energia. La ricerca e lo sviluppo sono necessari per migliorare la conduttività, la forza e il modo in cui le batterie strutturali gestiscono gli urti.
Lo studio ha evidenziato che circa un terzo della massa di un veicolo è costituito da acciaio convenzionale, in calo rispetto al 44% del 1995. Le strutture dei veicoli possono essere rese più resistenti e leggere utilizzando forme avanzate di acciaio, più alluminio e magnesio e polimeri rinforzati con fibra di carbonio. Ogni materiale comporta i propri costi e sfide tecniche, nonché impatti sulle emissioni dalle catene di produzione e fornitura. I ricercatori devono valutare questi compromessi per trovare soluzioni sicure, pulite e convenienti.
La sostituzione dell’alluminio con l’acciaio riduce il peso del veicolo e migliora l’efficienza energetica, ma la produzione di alluminio può avere quasi cinque volte le emissioni di carbonio insite nell’acciaio. Passare all’alluminio riciclato con una rete a basse emissioni di carbonio può ridurre le emissioni del ciclo di vita al di sotto di quelle dell’acciaio.

Ridurre gli incidenti
La sicurezza con i veicoli più pesanti sulla strada, diventa ancora più importante, alcuni veicoli già utilizzano telecamere, radar e altri sensori per evitare le collisioni monitorando gli angoli ciechi e la vigilanza del conducente, questi dispositivi mantengono i veicoli nelle corsie, regolano la velocità, controllano i fari e applicano i freni se c’è una minaccia di incidente. L’implementazione di queste tecnologie in tutto il parco veicoli degli Stati Uniti, ogni anno potrebbe evitare migliaia di incidenti mortali, più di un milione di incidenti e miliardi di dollari di costi sociali.
Le vecchie idee per migliorare la sicurezza stradale dovrebbero ancora essere incoraggiate come limiti di velocità, progettazione di strade che rallentano il traffico e infrastrutture incentrate sui pedoni. Parigi, Bruxelles, Bilbao e altre città hanno limitato la velocità sulla maggior parte delle strade a 30 chilometri orari.

Guidare meno
Ridurre la distanza percorsa in auto può aiutare a raggiungere gli obiettivi climatici man mano che i veicoli elettrici ed eventualmente automatizzati diventano ampiamente disponibili. Le politiche dovrebbero garantire che le alternative come andare a piedi, in bicicletta e con i trasporti pubblici siano più sicure, convenienti, accessibili, economiche e affidabili.
I progettisti urbani dovrebbero considerare gli impatti della zonizzazione e dello sviluppo sui modelli di guida per ridurre al minimo le distanze medie percorse e gli impatti dell’inquinamento atmosferico che gravano in modo sproporzionato sulle comunità vulnerabili. Il problema della mobilità nel corso della pandemia Covid-19 è la consapevolezza di quanto lavoro possa essere svolto a distanza, con meno spostamenti. Risolvere queste sfide salverà delle vite e proteggerà il clima.
I ricercatori in conclusione hanno detto che per gestire il cambiamento climatico, il mondo deve smettere di emettere gas serra dai veicoli e dalle centrali elettriche. I veicoli elettrici sono un passo essenziale nella giusta direzione. Concentrarsi sulla guida più leggera, più sicura, e con meno emissioni può garantire un futuro migliore per tutti.

About Pino Silvestri

Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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