Dal pozzo alla ruota (WTW): ecco come confrontare l’ efficienza energetica dei veicoli con diverse motorizzazioni, nel nuovo articolo del nostro Vittorio Milani. Qui tutti gli articoli della rubrica “La stanza dell’ingegnere”
Vediamo un pò più a fondo come si misurano le emissioni dal pozzo alla ruota con la metodologia di analisi WTW (Well-To-Wheels) utilizzata per valutare l’efficienza energetica complessiva delle varie soluzioni di mobilità. E con qualche considerazione a margine.
Da diversi anni la comunità scientifica ha messa a punto una metodologia chiamata WTW (Well-To-Wheels). Il suo scopo è
valutare un “sistema di mobilità” nel suo insieme, partendo dall’estrazione della materia prima (o dalla fonte primaria di energia) e arrivando all’utilizzo finale con l’obiettivo di valutare:
– La quantità di CO2 emessa lungo tutto il percorso
– L’efficienza energetica, ovvero quanta parte dell’energia “estratta” all’inizio finisce in lavoro utile alla fine.
Le due cose sono ovviamente collegate, in quanto un sistema più efficiente richiede meno energia e quindi, se questa è prodotta in tutto o in parte da combustione fossile, riduce le emissioni di CO2. In questo articolo ci soffermeremo sul secondo aspetto, cioè guarderemo il WTW solo dal punto di vista dell’efficienza energetica.
Obiettivi del WTW e differenza con l’analisi LCA
Spesso si sente parlare anche dell’analisi del ciclo di vita (LCA – Life Cycle-Assesment). In effetti, LCA e WTW sono entrambe metodologie utilizzate per valutare l’impatto ambientale/energetico, e si sovrappongono in parte, ma abbracciano fasi diverse del ciclo di vita.
Semplificando, possiamo dire che l’analisi del ciclo di vita (LCA) valuta l’impatto ambientale/energetico di un prodotto, processo o servizio lungo l’intero ciclo di vita, dalla culla alla tomba, cioè dalla primissima fase di produzione all’eliminazione.
L’analisi WTW invece si concentra sull’impatto ambientale/energetico primariamente nelle valutazioni dei
vari sistemi di trasporto, considerando l’efficienza associata all’energia consumata. In pratica il WTW non considera l’energia utilizzata per costruire il sistema stesso, né le infrastrutture necessarie per far funzionare il tutto, né gli aspetti di fine vita degli stessi, e nemmeno i costi per la società complessivi, come le aree di costo sanitario, sociale o altro. Il vantaggio è che, riducendo l’ambito di analisi, si riduce l’incertezza, e si riescono ad ottenere risultati più precisi e attendibili per confronti pratici fra i vari sistemi di mobilità.
Efficienza energetica: cos’è esattamente?
Quando mi capitava di fare colloqui di assunzione, chiedevo con un certo sadismo la differenza tra efficacia ed efficienza. Pochi, tra coloro che NON avevano condotto studi tecnico-scientifici, superavano di slancio l’ostacolo.
Allora chiariamo la faccenda, non dando nulla per scontato. Il termine “efficacia” definisce la capacità di un sistema, un processo o un’attività di raggiungere gli obiettivi stabiliti.
“Efficienza” indica “come” il sistema riesce a raggiungere gli obiettivi in termini di minor consumo possibile di risorse, come
tempo, denaro, energia o materiali. E adesso parliamo proprio di efficienza.
Un processo qualsiasi è definito da una quantità di energia in ingresso E in e una in uscita E out . La prima rappresenta l’energia consumata, la seconda l’energia utile ai nostri utilizzi:
L’efficienza energetica si esprime come il seguente rapporto (il simbolo si pronuncia “eta”):
Nota: in questo articolo useremo indistintamente “rendimento” come sinonimo “efficienza”.
Il risultato sarà quindi un numero tra 0 e 1 (ovvero tra 0% e 100%) che esprime quanta parte dell’energia utilizzata (Input) il sistema è riuscito a trasformare in energia utile (output).
Per esempio, nel caso di un’auto termica, l’input è l’energia chimica potenziale contenuta in una certa quantità di benzina e l’output è l’energia meccanica che arriva alle ruote utilizzata per far avanzare il mezzo (di quanti km poi dipende dalle condizioni: pianura o salita, velocità, attriti, ecc..). Più questo numero è alto e minore sarà lo spreco di energia per ottenere lo stesso risultato, e quindi avremo un’efficienza energetica (o rendimento) più alto.
Ne consegue che la perdita energetica del processo risulterà:
Perdita = E in – E out .
Per produrre lavoro si perde sempre energia
Nessuna macchina può avere un rendimento pari al 100%. Se così fosse si potrebbe usare l’energia di OUTPUT e rimetterla in ingresso come INPUT, ottenendo il moto perpetuo, cosa che non si è mai vista e mai si vedrà. E sappiamo anche che l’energia definita come “perdita” non sparisce nel nulla ma è semplicemente calore che si disperde nell’ambiente.
Quindi la domanda, del tutto legittima è: perché per ottenere lavoro si deve per forza perdere una quota perde energia? E quanta?
I motivi sono diversi e dipendono dal tipo di sistema. Se parliamo di processi termodinamici (dove il lavoro si ottiene dal calore) la perdita è rappresentata dall’energia termica del fluido che si trova in condizioni di temperatura ancora relativamente alte ma non più utilizzabile per il processo specifico (ad esempio per un normale motore a benzina a ciclo otto).
In altre parole, il processo di una specifica macchina termica “rinuncia” a continuare ad estrarre lavoro dal fluido a quella temperatura e pressione e “preferisce” scartarlo piuttosto che “perdere tempo” per continuare ad estrarre una quantità di energia sempre più
ridotta.
Un esempio pratico giusto per fissare questo concetto: i motori a ciclo Atkinsons sono simili ai comuni motori a ciclo otto ma prevedono una corsa del pistone nella fase attiva (quella con i gas caldi che spingono) più lunga rispetto a quella di aspirazione (ottenuta tramite complessi manovellismi) in modo da
estrarre il più possibile energia dal gas combusto prima di scaricarlo all’esterno.
Tuttavia, a fronte di un effettivo aumento dell’efficienza energetica, la potenza si riduce perché diminuiscono i giri-minuto del motore, che evidentemente perde tempo in questo allungamento della fase di espansione per cercare di “succhiare” più energia possibile. Per questo motivo il normale ciclo otto preferisce scartare l’energia poco utilizzabile per riportare il ciclo termodinamico alle condizioni iniziali, e riavviare velocemente il ciclo successivo (che può essere anche un ciclo continuo, come nelle centrali termiche con turbine a vapore).
In alcuni casi, quando possibile, questo calore è recuperato per utilizzi secondari, ad esempio per il teleriscaldamento che utilizza il calore residuo delle centrali termiche o degli inceneritori). Ecco perché vediamo quelle enormi torri di
raffreddamento delle centrali termonucleari che “sprecano” enormi quantità di calore, oppure non osiamo mettere una mano davanti al tubo di scarico di un auto termica…
Sembra assurdo disperdere tutta quell’energia. Eppure…
Sembra una cosa assurda disperdere tutta quell’energia, ma sono le dure leggi della termodinamica. Nella vita di tutti i giorni, usando un’auto termica, buttiamo via una grande quantità di calore ottenuto bruciando benzina (pagata profumatamente)
per poi tornare a casa e produrre di nuovo calore per riscaldarci bruciando gas metano (pagato profumatamente). Sembra assurdo, e in effetti lo è.
Tutto quanto detto vale per i processi termodinamici, che utilizzano il calore per ottenere lavoro meccanico. Ma non tutti i motori sono di questo tipo, come nel caso delle auto elettriche. Tuttavia, anche in queste macchine, che hanno comunque un rendimento molto più alto, la fisica ci dice che è impossibile
evitare dispersioni e attriti (sia di natura meccanica sia di tipo elettrico). Quindi, concludendo, in ogni caso e con qualsiasi tecnologia dobbiamo aspettarci che una certa quantità energia si perde ad ogni stadio di una trasformazione.
È il prodotto che fa la somma
Chiarito il concetto di efficienza e come si misura, immaginiamo ora un assieme di dispositivi che utilizzano energia collegati in cascata nei quali l’energia fluisce da uno all’altro subendo trasformazioni (per esempio la sequenza motore- cambio – ruote).
In ognuno di questi stadi una quota più o meno rilevante dell’energia in ingresso si perde per diversi motivi, per cui, come detto, l’uscita non sarà mai uguale all’ingresso. Se conosciamo il rendimento di ciascun elemento della catena, come si ottiene il rendimento complessivo? Semplice, basta eseguire il prodotto dei
valori di rendimento di ciascuno di essi (espressi in valori da 0 a 1). Si capisce che basta un solo elemento con un rendimento molto basso per “distruggere” l’efficienza complessiva dell’intero sistema.
L’analisi WTW, guardiamoci dentro
Iniziamo ad addentrarci finalmente nell’analisi WTW. Prima però una premessa doverosa: i dati che mostro sono una sorta di media di quello che ho trovato pubblicato in vari studi e pubblicazioni in rete. Non pretendono di essere “la verità”, che peraltro in questo tipo di studi è ben difficile da trovare, stante l’enorme numero delle variabili in gioco, e su una realtà oltretutto in perenne evoluzione.
Tornando al nostro tema, osserviamo che normalmente il WTW si divide in due fasi: il WTT (Well-To-Tank, dal pozzo al serbatoio) e TTW (Tank-to-Wheel, dal serbatoio alle ruote). È un sistema utile per evidenziare le caratteristiche delle fasi legate alla produzione del “carburante” (WTT) e di quelle legate all’utilizzatore finale (TTW). Una volta inquadrato il problema, vediamo di capire cosa succede lungo la catena energetica
dell’auto termica, e poi dell’auto elettrica.
Spoileriamo subito che mentre per la prima le cose sono abbastanza semplici, la seconda richiede dei distinguo più articolati.
Analisi WTW per le auto termiche
Vediamo per primo il WTT (dal pozzo al serbatoio) delle classiche auto termiche che utilizzano benzina o gasolio come carburante:
-Estrazione e trasporto petrolio greggio: 85%-90% (il dato varia molto a seconda del tipo di giacimento; oggi i giacimenti più facilmente sfruttabili stanno diminuendo per cui le tecniche di estrazione sono sempre più energivore come il fracking per estrarre il petrolio dalle rocce di scisto).
– Raffinazione: 85%-90% (è una stima piuttosto grossolana, non ho trovato in realtà dati certi in merito)
– Trasporto alla pompa: 99%
Facendo il conto risulta che il WTT (dal pozzo al serbatoio) si attesta intorno al 71%-82%. Dunque, una fetta significativa di energia primaria (cioè contenuta nel petrolio greggio) se ne è già andata per portare il carburante raffinato alla pompa della stazione di servizio.
Ma il peggio deve ancora arrivare, con la seconda parte, quella dal serbatoio alla ruota (TTW). Ed è proprio in questa fase che abbiamo lo spreco più rilevante, perché, come noto, i motori endotermici sono in grado di trasformare in energia meccanica solo una parte limitata dell’energia del carburante.
Basiamoci sui seguenti dati per fare due conti (ribadiamo che
sono dati ampiamente suscettibili di variazione a seconda della situazione):
Powertrain motore Otto (benzina):
– Motore: 25% (condizioni operative reali, non al banco)
– Trasmissione e attriti meccanici: 93%
– Sistemi ausiliari: 95%
– Totale TTW veicolo ICE con motore Otto: 22 %
–
Powertrain motore Diesel
– Motore: 35% (condizioni operative reali, non al banco)
– Trasmissione: 93%
– Sistemi ausiliari: 95%
– Totale TTW veicolo ICE con motore Otto: 31%
Calcoliamo quindi il rendimento TTW (dal serbatoio alla ruota) :
-TTW benzina 0,25 * 0,93 * 0,95 = 0,22 ovvero 22 %
-TTW diesel: 0,35 * 0,93 * 0,95 = 0,31 quindi 31%
A questo punto non resta che calcolare il WTW finale applicando la formula WTW = WTT * TTW; i risultati sono mostrati in figura, ci dicono che siamo in un intervallo tra 16%-25%. Davvero molto basso.
In conclusione, l’analisi WTW dei veicoli termici dal pozzo alla ruota ci mostra in modo chiaro quanta poca energia contenuta nella fonte primaria, cioè nel petrolio che se ne stava tranquillo sottoterra, si riesca a trasformare in lavoro alle ruote.
Tutta l’energia non sfruttata, e parliamo di oltre l’80%, si è trasformata in calore non utilizzabile e disperso nell’ambiente.
WTW dei veicoli elettrici: tutto dipende dal mix energetico
Occupiamoci ora del WTW dei veicoli elettrici. Iniziamo dalla prima fase, cioè dalla produzione dell’energia fino alla batteria dell’auto, e le cose si complicano già in quanto abbiamo diversi modi di produrla con rendimenti molto differenti. Per questo motivo l’analisi WTT non può prescindere dal mix di produzione dell’energia elettrica che si prende come riferimento, che cambia molto da paese a paese.
Prendendo l’intero mondo come riferimento, ancora oggi la maggior parte delle centrali elettriche dipende dal carbone e dal gas naturale come combustibile nella misura di circa il 40 % e il 20 % rispettivamente.
Come si produce l’energia elettrica fa tutta la differenza del mondo. Abbiamo visto che nel caso delle auto termiche la maggior parte dello spreco avviene nel TTW (dal serbatoio alle ruote) a causa della inefficienza dei motori endotermici; nel caso delle BEV è esattamente l’opposto: lo spreco maggiore potrebbe verificarsi nella fase WTT, sottolineando la parola “potrebbe”.
Infatti abbiamo diversi modi di produrre l’energia, ciascuno caratterizzato da valori di rendimento molto diversi
tra loro. I più utilizzati sono:
– Centrali a carbone: 32% -42%
– Centrali a gas: 35%-60%
– Rinnovabili (idro-FV-Eolico): 100% per definizione essendo a costo marginale nullo.
– Qui non consideriamo il nucleare per le implicazioni complesse che richiede.
Se l’energia è tutta termoelettrica…
Prima di arrivare alla centrale elettrica, sia il carbone sia il gas devono essere estratti e trasportati, con perdite che comportano un rendimento che stimiamo al 90% grossolanamente. Successivamente dobbiamo considerare le perdite elettriche dovute ai trasformatori e alla trasmissione dell’energia lungo la rete, mettiamoci un 90% di rendimento.
Usando questi dati, abbiamo per la produzione elettrica da fonti termiche un WTT (dalla miniera alla
colonnina) pari a 28% -49%.
Per quanto riguarda la fase TTW, dalla batteria alle ruote, abbiamo le perdite per la ricarica (che qua consideriamo sempre “interne” anche nel caso si utilizzi un caricatore esterno come nelle ricariche ad alta potenza). Calcoliamo il TTW usando questi valori di efficienza:
– Caricatore AC/DC: 90%
– Batteria (durante le fasi di utilizzo): 90%
– Motore: 95%
– Elettronica di regolazione della potenza dell’auto: 95%
– Trasmissione (riduttore) e sistemi ausiliari: 95%
Facciamo il prodotto di questi valori: otteniamo per le auto elettriche TTW = 69%. Non resta che calcolare il WTW totale per le auto elettriche con energia elettrica tutta da fonti fossili, che, come mostrato nella figura sotto, risulta tra 19%-34%.
…e se è tutta da fonti rinnovabili
Vediamo ora il WTW nel caso di produzione dell’energia elettrica tutta da fonti rinnovabili, nelle due ipotesi di produzione da centrali FER o da autoproduzione domestica. In quest’ultimo caso abbiamo considerato un 15% di perdite tra inverter e batteria di accumulo che normalmente si utilizza in queste soluzioni.
Commentiamo ora i due casi limite che abbiamo appena illustrato:
– se l’energia elettrica è prodotta tutta da centrali a carbone o a gas, il WTW di una BEV è paragonabile a quella di una ICE. Infatti, abbiamo un 19%-34% della BEV “da fossili” contro il 16-25% del benzina-diesel.
Quindi, in questo ampio range, è del tutto vero che un moderno diesel può, in situazioni favorevoli, superare per efficienza una BEV con energia prodotta da poco efficienti centrali fossili.
– Se invece l’energia elettrica è prodotta tutta da rinnovabili, la BEV risulta all’incirca tre volte più efficiente rispetto ad una ICE, con un WTW complessivo del 59% contro il 16-25%
Ma nel mondo reale la situazione per quanto riguarda la produzione dell’energia elettrica si pone in punti intermedi tra questi due estremi della scala, cioè tutto fossile e tutto rinnovabile. Vediamo un esempio di una situazione reale, prendendo un paese a caso: l’Italia.
Quindi, in Italia, come siamo messi?
Per prima cosa dobbiamo stabilire un dato medio di efficienza delle centrali termiche effettivamente utilizzate, oggi quasi tutte a gas. Assumiamo il 50% di rendimento medio (ottimistico). Ora dobbiamo stabile quanta energia OGGI si produce con le fonti rinnovabili. Secondo quanto ricavabile dalle pubblicazioni statistiche di Terna, la percentuale netta di energia prodotta da fonti rinnovabili del 2023 è stata pari al 43,8% (escluse importazioni nette). Un valore che certamente sorprenderà molti, ma è così.
Prendiamo come riferimento del mix questo dato per fare due conti per stabilire il WTW reale medio di un’auto elettrica in Italia (si vedano gli schemi mostrati prima per la comprensione dei calcoli)
-WTW elettrico se fosse 100% termico: 0,90 * 0,50 * 0,90 * 0,69 = 0,28
-WTW elettrico se fosse 100% rinnovabile: 0,85 * 0,69 = 0, 59 (come abbiamo visto).
Se pesiamo ora i due dati sulla base delle rispettive quote, 43,8% per le rinnovabili e quindi 56,2% per le fossili, otteniamo:
WTW elettrico mix italia = 0,28 * 0,562 + 0,59 * 0,438 = 0,16 + 0,26 = 0,42.
Dunque, il WTW delle auto elettriche in Italia con l’attuale mix energetico risulta pari al 42%. Ciò significa che già oggi in Italia le BEV risultano il doppio più efficienti delle auto benzina-diesel (che, abbiamo visto, hanno un WTW del 16%-24%, dove ovviamente il dato più basso si riferisce alla motorizzazione a benzina).
E con il passare degli anni, con il crescere continuo della quota di rinnovabili, la distanza sarà sempre maggiore.
Abbiamo dimentico l’idrogeno?
No, in realtà non lo abbiamo dimenticato. Lo abbiamo escluso in partenza perché, almeno per i prossimi anni, non sarà possibile metterlo in gara come alternativa green rispetto al sistema delle BEV pure.
Se oggi non ci sono di fatto auto a idrogeno che circolano per le strade (che sono poi auto elettriche con una piccola batteria al litio e simpatici bomboloni a 700 bar), nonostante la fissazione ammirevole di un molto noto marchio giapponese, una ragione ci sarà. Anzi, più di una ragione, ma non ne parliamo qui.
Come si può vedere dalla figura sotto, dove i dati sono puramente indicativi (è sempre difficile avere dati attendibili) ma rendono l’idea, il WTW è molto basso, siamo a livelli di quelli dell’auto termica a benzina, ma con enormi complicazioni (quindi costi) per renderlo praticabile. Si pensi solo alla creazione dell’infrastruttura distributiva e alla produzione della quantità di idrogeno necessario.
Ma attenzione: l’idrogeno svolgerà un ruolo fondamentale nella transizione energetica. Come sistema di accumulo, per il trasporto pesante (direttamente utilizzando fuel-cell o trasformato in carburante sintetico con cattura di CO2). E, in generale, per tutti i settori “hard to abate”. Avremo infine un crescente uso dell’idrogeno verde come riduttore nell’industria siderurgica.
La morale del WTW: bruciare è sempre una pessima idea
Sono diverse le conclusioni interessanti suggerite dall’analisi WTC, al di là dei freddi numeri. La prima, più scontata, riguarda il confronto tra ICE e BEV. E’ vero, le auto diesel possono essere effettivamente più efficienti delle auto elettriche. Ma solo se quest’ultime sono alimentate esclusivamente con energia elettrica prodotta da centrali a combustibili fossili a bassa efficienza.
Se, all’opposto, la produzione di energia elettrica è ottenuta al 100% da fonti rinnovabili, allora le BEV sono oltre tre volte più efficienti delle auto endotermiche. Ma anche con un mix che vede un’incidenza delle rinnovabili anche solo del 20% le BEV risultano già più efficienti; e va ricordato che nel mondo la quota di rinnovabili copre circa il 30% (40% se consideriamo anche il nucleare) ed è un dato in crescita esponenziale.
Ma la cosa più interessante che, a mio avviso, che ci insegna l’analisi WTC è che bruciare qualcosa per ottenere energia non è mai una buona idea, sia che avvenga nella prima fase, cioè nel WTT come nel caso delle centrali elettriche di tipo termico, oppure nella seconda fase, cioè nel TTW come nel motore endotermico.
Infatti, è proprio la combustione che abbassa drammaticamente l’efficienza complessiva del sistema. Per questo motivo si parla dell’elettrificazione di tutti i sistemi come passaggio obbligato per uscire dall’era del fossile, ovviamente con produzione dell’energia elettrica tutta da fonti rinnovabili.
Un mondo più efficiente è possibile
In un mondo, speriamo non troppo lontano, dove per riscaldarci useremo pompe di calore (che moltiplicano fino a 4/5 volte la resa energetica). E, per muoverci, auto o mezzi comunque elettrici. Con reti intelligenti, e tutto quello che serve per rendere l’intero sistema molto più efficiente, avremo un’enorme riduzione dell’energia primaria necessaria.
È una sfida enorme, richiederà decenni. Ci sono settori hard-to-abate per i quali oggi non abbiamo nemmeno lontanamente la capacità produttiva per fare tutto quello che serve. Così come non abbiamo bene chiaro come risolvere concretamente il problema dell’accumulazione di lungo periodo dell’energia per fronteggiare l’intermittenza delle rinnovabili (con un base-load nucleare? Oppure con l’idrogeno? O con le batterie al litio o al sodio? Con tutte queste cose?).
Ma, come sempre, di fronte alle grandi sfide si possono avere due atteggiamenti. Cercare le soluzioni o cercare i motivi per cui “non si può fare”. Magari negando i motivi alla base dell’urgenza della transizione energetica.
Ognuno giudichi da sé; ricordiamo solo che il 2023 è stato l’anno più caldo mai registrato per il pianeta terra da quando gli misuriamo la febbre.
A mio avviso manca la fondamentale considerazione inerente la densità di energia, nel mondo dei trasporti si afferma la tecnologia che ha la migliore densità di energia…dal momento che l’energia ce la dobbiamo “portare dietro” insieme al mezzo di traposto.
Se una tecnologia ha una densità di energia infinitamente superiore, bhe, le inefficienze saranno del tutto trascurabili per l’utente.
fa bene, tu compra un auto con motore a razzo, come i missili per la Luna, per andare in ufficio, è quella con la massima densità di energia, è il futuro
il parametro non è la densità, ma l’autonomia, e interessa nel limite di una certa soglia, che varia da utente a utente (es 300-400-500-600 km), oltre conta poco
a mio avviso nel mondo reale l’efficenza pesa eccome, e interessano:
> prezzo aquisto, prezzo rifornimento e manutenzione
> comodità, confort, brillantezza di guida
> e pensa un po’, stiamo privilegiando sempre più i trasporti che sprecano meno ed emettono meno emissioni di inquinanti e Co2
Guardi la lascio verificare di persona, provi a chiedere ad un utente di ICE se si è mai preoccupato dell’autotomia di un’auto al momento dell’acquisto.
Ha mai visto dichiarato il dato dell’autonomia con un pieno da un costruttore di ICE?
La lascio riflettere intensamente, ci aggiorniamo quando avrà metabolizzato questi concetti. Saluti
quindi concordi con me che un parametro di interesse è l’autonomia (che raggiunmga una certa soglia) e non la “densità del carburante”, di cui nessun automobilista si è mai preoccupato
vedi che era facile?
La lascio pianificare il suo prossimo viaggio 😂
ti lascio misurare la densità della benzina quando fai rifornimento.. portati gli alambicchi e un densimetro
Poi altro aspetto a mio avviso non secondario:
– dal metano si hanno per la salute umana danni molto inferiori a quelli provocati dal petrolio, la sua lavorazione ed i suoi derivati.
danni inferiori .. ma danni comunque..
e l’intera filiera di perforazione, estrazione, trasporto, filtraggio, accumulo e ripompaggio verso altri depositi .. fino alla combustione finale ha tante e tali perdite in atmosfera che han dovuto mandare in orbita appositi satelliti di monitoraggio visto che il metano ha un potere clima-alterante enorme rispetto alla CO2…(anche se con tempi di permanenza inferiori.. ma gli effetti si sommano al già enormemente grave problema causato dalla CO2).
Ma se ci sono alternative migliori… proprio non ci possiamo staccare da sti’ fossili??
mica tanto ..
credo che bisogna pensare anche alle condotte del gas ..
il metano è peggio della co2 come gas serra
e la rete del metano italiana comincia a invecchiare , con perdite
basta cercare con google “fuga di gas”
e l’elenco è lungo
in prospettiva ;
oltre a non inquinare la “rivoluzione elettrica” imho renderà più sicure anche le nostre case
e non venitemi a dire che le nuove pompe di calore usano il propano come gas refrigerante ..
la quantità è ridicola ..
non può demolire un appartamento in caso di esplosione si tratta di 80-90 GRAMMI di gas
Con tutti questi calcoli alla fine mi faceva male il cervello🤪…ma l’articolo è interessantissimo ed esaustivo..ho “un’arma” in più per ribattere a tutti gli scettici che incontro👍
manca il recupero da frenata.
Ottima relazione, complimenti.
Manca solo un dato (ma magari mi è sfuggito) – quello relativo alla resa del barile di petrolio,
In sintesi: i petroli stanno diventando sempre meno puri, sempre più densi di scarti e quindi a valle della raffinazione si creano sempre più scarti (il principale è il PETROLUM COKE ma ce ne sono anche altri) che aumentano sempre di più e che fanno in modo che:
– in rapporto al grezzo movimentato le quantità di prodotto utile sono sempre meno;
– questo scarto sempre più in aumento ha fatto in modo che nel 2002 la raffinazione italiana si è fatta fare una legge su misura dal all’epoca governo FI Lega AN per poterlo bruciare al posto del gas che bruciavano in precedenza con una tragica ricaduta di malattie, malformazioni neonatali, sterilità e morte sulle popolazioni circostanti.
l’articolo è molto interessante e ben spiegato… ma nella parte finale il bravissimo dr @Vittorio Milani parla dei settori “hard to abate” e dell’incostanza delle fonti rinnovabili…
faccio notare che nessun articolo recente di Vaielettrico si è più occupato di energia generata col mare (a parte 1 del 2021 su “Nova Innovation”).
Peccato ! perché è un enorme e diffusissimo potenziale con caratteristiche anche cicliche e prevedibili; infatti sarebbe possibile produrre:
Energia da Correnti marine: ricavata meccanicamente con pale (come l’eolica);
Energia cimoelettrica,: prodotta col moto ondoso;
Energia talassotermica: sfruttando la variazione di temperatura tra acque superficiali e qeulle in profondità;
Energia osmotica: prodotta usando la differenza di concentrazione del sale tra l’acqua marina e quella dolce;
Energia delle maree; prodotta da spostamenti d’acqua causati dalle maree, cicliche e quotidiane; varia la forza in base al posizionamento (oceani e mari chiusi hanno altezze di maree molto diverse.
In tutti i continenti abbiamo paesi affacciati su mari ed oceani; so anche di esperimenti pochi metri sotto il livello del mare all’isola d’Elba (LI)… e che fine ha fatto il progetto Ocean SET ??
C’è qualcosa che mi sfugge nei calcoli. Se confronto i km percorsi con l’energia di un litro di benzina con l’energia necessaria per compiere gli stessi km con auto elettrica la differenza risulta del 90%. Da dati dichiarati dalle case automobilistiche per stessa categoria di auto, convertendo l’energia di un litro di benzina in kwh (9,6 kwh/litro)
Grazie per l’attenzione
Non si tratta della differenza fra rendimento energetico e densitá energetica ?
Buongiorno sig. Giuseppe, sinceramente non ho capito come abbia ricavato questa “differenza del 90%”. In ogni caso, se l’intento era un confronto tra ICE e BEV basato sui dati di consumo dichiarati dalle case (cioè del ciclo WLTP) allora facciamo un esempio pratico tra due auto tra le più vendute delle rispettive categorie, ad esempio un’Audi Q3 1.5 con un consumo dichiarato di 6,5 litri/100km e una Tesla model Y con 16,9 kWh/100 km dichiarati (anche se la Tesla tecnicamente apparterrebbe al segmento superiore). Tenendo presente la densità della benzina, 0,750 kg/l, per l’Audi otteniamo: 6,5 * 0,75 * 9,6 = 46,8 kWh/100 km, ovvero circa 2,8 volte il consumo della Tesla, confermando le conclusioni dell’analisi WTW. Nell’uso reale i dati possono variare notevolmente a seconda delle situazioni, migliorando leggermente la performance delle ICE nell’uso autostradale (dove il motore termico gira nelle condizioni di massima efficienza) ma peggiorandola di molto nell’uso cittadino, anche per la mancanza della frenata rigenerativa.
Salve mi sembra che nel suo conto in risposta al sig. Giuseppe abbia fatto un errore di calcolo: se l’energia della benzina è 9.6 kWh/litro (dato che prendo per buono) nel suo esempio non deve fare come fa:
6.5 litri/100km * 0.750 kg/litro * 9.6 kWh/litro = 46.8 kWh/100km poichè questa uguaglianza è SBAGLIATA DIMENSIONALMENTE in quanto verrebbe 46.8 kg*kWh/100km*litro.
Il conto giusto era semplicemente 6.5 litri/100km * 9.6 kWh/litro =62.4 kWh/100km (ora dimensionalmente è giusta) che è il dato da confrontare con i 16.4kWh/100km di Tesla. ..ossia quasi 4 volte il conumo di tesla e non solo 2.8 volte. Mi perdoni la puntualizzazione che forse è un po’ tecnica per i più ma a lei non dovrebbe sfuggire.
Grazie anche da parte mia al Dott. Milani che ha charito con chiarezza e precisione come stanno le cose e che ci ha dimostrato che la strada dell’elettrificazione è la più corretta da prendere a patto naturalmente di incrementare ogni giorno di più la produzione della più nobile tra le energie utilizzando le fonti rinnovabili.
I grande vantaggio che abbiamo nelle mani è la possibilità di produrre energia elettrica a costo ZERO (a parte l’investimento degli impianti di produzione che comunque sono certamente inferiori a quelli per le centrali a carbone o gas).
Anche se potessimo generare carburante con il sole e con il vento non converrebbe farlo visto che è più pulito produrre elettricità; abbiamo quindi una fortuna enorme che non possiamo trascurare.
E se il nostro Governo lo avesse capito avrebbe già da tempo reso facilissimo e interessante, se non obbligatorio, la copertura di tutti i nostri tetti con pannelli fotovoltaici.
Grazie all.Ing Vittorio Milani per il lavoro certosino di ricerca e analisi, ed esposizione di temi ostici resa comprensibile, e anche per la simpatia, per me circa 7-8 risate durante la lettura 🙂
>> segnalo errore di battutura, nel paragrafo “Analisi WTW delle auto termiche”
“”” Facendo il conto risulta che il WTT (dal pozzo al serbatoio) si attesta intorno al 71%-82% (nel testo è sfuggito un 77%-82%) “””
> ACCUMULI ENERGIA POMPAGGI IDROELETTICI “PI”
come accumuli energia ci sono anche i pompaggi idroelettrici, sistemi PI, già molto presenti in Italia e in generale dove c’è idroelettrico; pare avranno un ruolo di primo piano, hanno una enorme capacità di accumulo energia gia installata e ulteriormente scalabile, e un prezzo al kwh stoccato stracciato, di circa 1 cents, battono per distacco le batterie (che comunque saranno utili ed utilizzate anche loro), rendendo ancora più bassi i costi di integrazione dei mix 100% rinnovabili, nei quali personalmente confido, cioè sia ormai “relativamente” semplice realizzarli vedendo i dati dei paesi già più avanti
copio un link postato da Giuliano in altro articolo, con il link a un webinar sui mix rinnovabile e nella seconda parte in particolare discute i sistemi di accumulo:
https://www.youtube.com/watch?v=FLEi8vylkr8
> CENTRALI A METANO ITALIANE
potrebbero (?) avere efficenze medie più alte del 50% ?
me lo chiedo perchè per tradizione molte (ma non ho dati certi, solo i coefficenti indiretti di Co2 per kwh di Ispra) venivano aggiornate di frequente all’ultimo modello di turbina ovvero al momento 41-43% le ciclo semplici, e 60-63% le ciclo combinato, rendimenti effettivi in uscita secondo dati Ansaldo;
qualità e aggiornamenti Ansaldo pare di eccellenza, insieme alle Siemens tedesche;
la generazione di turbine appena precedente, immagino presente ancora in parte nel parco centrali nazionale, aveva rese di circa 2-3% più basse, ma già interessanti, e cosi via ancora più basse andando indietro alla generazione precedente; inoltre smepre dai dati Ispra una parte delle centrali a metano italiane recupera parte del calore in inverno facendo riscaldamento a distanza
“ci sono anche i pompaggi idroelettrici” A quanto ne so, e potrei sbagliarmi, in Italia questo tipo di impianti viene già utilizzata se non al massimo delle sue capacità quasi.
in Italia 20 impianti PI costruiti il secolo scorso, stoccaggio 53 GWh usabili giornalmente, perchè si ricaricano in 6-7 ore
sono di più al Nord, ma anche al Sud, questo è uno famoso:
https://www.quotidianodelsud.it/laltravoce-dellitalia/caserta/laltravoce-dei-ventenni/territorio-e-ambiente/2024/03/18/presenzano-la-fabbrica-dellenergia-sostenibile-al-sud
un’altro al Sud con potenza 0,6 GW e capacità 8,5 GWh è in costruzione 2025-2030 abbinato a questo bacino per irrigazione agricola già esistente:
https://www.quotidianodelsud.it/laltravoce-dellitalia/benevento/cronache/territorio-e-ambiente/2024/04/17/centrale-di-campolattaro-il-progetto-di-sviluppo-sostenibile-nel-dettaglio
da un paio di decenni anni in Italia i PI vengono sotto utilizzati, a circa il 10% del potenziale, perchè il prezzo energia era stato quasi livellato tra i diversi orari, e per conflitto di interesse di Enel con l’uso delle centrali a metano
mentre ad esempio in Portogallo li stanno già usando in modo massiccio come mega-batterie; ma anche da noi con l’aumento delle energie rinnovabili si genereranno dei momenti della giornata in cui l’energia costa molto meno, quasi zero, e allora torna economicamente conveniente utilizzare gli stoccaggi per non sprecarla e rivenderla in altro orario.. per questo è in costruzione anche un impianto nuovo proprio al Sud, tra l’altro da un consorzio di investitori privati, prevedono che questi impianti torneranno a lavorare molto
se sarà necessario (=conveniente economicamente), collegando con condotte idrauliche sotterrane bacini idroielettrici già esistenti, i PI italiani potrebbero essere portati a 150 GWh di capacità (per confronto, i consumi nazionali italiani su 24 ore sono 820 GWh), o anche molto di più aggiungendo piccoli bacini artificiali secondari
ma forse non sarà necessario se in parallelo crescerà la capacità installata con le batterie chimiche (probabili +70 GWh di batterie di rete già entro il 2030, più gli storage domestici e aziendali)
i sistemi a batterie chimiche per ora in teoria costano di più, tra 4 e 8 centesimi per ogni kwh che possono stoccare sul loro ciclo di vita, contro 1 centesimo a kwh dei sistemi PI, però le batterie hanno alcune capacità uniche, sono distribuibili in modo più fine sulla rete per stabilizzarla e hanno tempi di modulazione praticamente istantanei, per cui sembra che si useranno entrambi in modo integrato, batterie per regolazioni fini e PI per rinforzo di potenza/capacità
Grazie RS, non conosco questa realtà e visto che mi pare tu sia informato ne approfitto per un’altra domanda. La sottoutilizzazione deriva dal fatto che comunque gli invasi si riempiono naturalmente e quindi non ha senso ripompare l’acqua? Perhè un utilizzo solo del 10% mi sembra folle. Grazie mille in anticipo.
usano 2 bacini, di cui almeno quello superiore completamente scollegato da fiumi; possono pompare acqua in alto e “mulinarna” verso il basso, in pratica la stessa acqua, quante volte vogliono, le perdite per evaporazione sono piccole
purtroppo il sottoutilizzo (con scia di polemiche in italia tra Terna che spinge e Enel che frena) è perché per ora si preferisce produrre l’energia al momento con il gas (conflitto di interesse) o comprare gli esuberi in sconto da svizzera e francia
ma man che crescono le rinnovabili, con picchi di produzione di corrente a costo quasi zero e quantitavi esuberati, la pressione economica ad usare i PI aumenta (anche rivendendo in altro orario a poco la corrente, si guadagna) e anche se in ritardo risolviamo la faccenda.. i bacini/laghetti artificiali di solito diventano anche sede di altre attività, piacciono alla popolazione locale..poi sono opere idrauliche durevoli e notevoli, un po’ come le centrali idroelettriche (alcune storiche vanno ancora con le turbine originali dell’800 solo manutenzionate, mai sostituite)
i sistemi PI hanno efficenza 80% quando usano turbine differenziate per pompare e mulinare, e 70% quando usano una stessa turbina “reversibile”, cioè nella fase di accumulo serve un po’ più energia di quelle nominale stoccabile e restituibile dall’impianto
Grazie mille! Credo di capire: non avevo mai visto un impianto col bacino superiore non servito da affluenti. Quindi tu parli solo di quel tipo di impianti? Ero convinto che la stragrande maggioranza degli impianti idroelettrici avesse un bacino superiore comunque servito da uno o più affluenti.
ma infatti il grosso sono come dici tu, fiumi con grosse dighe; nei siti con le statistiche energetiche ci sono queste voci:
a) idroelettrico ad acqua fluente, fonte energetica non programmabile (ma abbastanza costante sulle 24h)
b) idroelettrico a invaso (grossa diga), fonte energertica parzialmente programmabile; l’enorme accumulo rifornito lentamente dal fiume, 4,5 TWh totali nel caso dell’italia, lo si può quasi considerare un accumulo lento; per es, si regolano le turbine per avere maggiore potenza di notte, o in una particolare settimana se necessario)
c) accumulo a pompaggi idroelettrici (PI), non è una fonte energetrica, ma un accumulo puro (va ricaricato ogni volta), del’ordine di decine o massimo centiania di GWh
puoi fare un PI aggiungendo un bacino più piccolo posto più in alto di un bacino piccolo (per agricoltura) o grande (con diga e fiume a una centrale idrolettrica a valle); basta una collina, un dislivello da 200 a 700 metri, e una conca naturale; oppure si possono collegegare due dighe/bacini già esistenti a diverse altezze
Sei stato gentilissimo, davvero grazie. Era una realtà che non conoscevo. Grazie ancora e buona serata.
nuovi PI al Sud Italia (ma ne arriveranno altri):
– Rec S.r.l. presso bacino Campolattaro
procedura Mase 795 – aperta 2011 – approvata 2015
– Fri-el S.p.A. presso bacino Serra del Corvo
procedura Mase 7858 – aperta 2021 – in iter
– Edison presso bacino Serra del Corvo
procedura Mase 8087 – aperta 2022 – in iter
Mi complimento davvero con la redazione ed il Dott Milani per il bellissimo articolo. Non ho ovviamente le competenze per discutere i numeri (do per scontato che siano esatti, ci mancherebbe), ma il taglio divulgativo è davvero apprezzabile. Davvero ben fatto, complimenti!