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Come nasce (e perchè) il super rendimento del motore elettrico

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rendimento motore

Il rendimento di un motore elettrico supera di oltre tre volte quello di un motore termico (leggi anche). Il motivo è scritto nelle leggi della fisica. Poi, nella realtà, le cose non sempre sono così nette, e se si considera tutto…Ma vediamo perchè?

rendimento motoreIl motore termico perfetto (che non esiste)

Prima di arrivare al confronto, dobbiamo esplorare alcune caratteristiche dei due motori. Partiamo dal motore termico, che possiamo definire come una macchina che preleva calore (cioè energia termica) da una fonte esterna e lo trasforma in lavoro, cioè in energia meccanica.
I motori per autotrazione prendono il calore dalla combustione della benzina (o del gasolio) che libera l’energia potenziale intrappolata nei legami chimici. Detto questo, osserviamo la figura sotto che rappresenta un motore termico “perfetto” ma del tutto irreale:
Qa è la quantità di calore prelevata, L è il lavoro utile prodotto. Se esistesse veramente un tale motore, tutta l’energia contenuta nel carburante finirebbe trasformata in energia meccanica utilizzata dal veicolo per muoversi, sarebbe cioè:
L = Qa.
Si intuisce subito che qualcosa non quadra: se appoggiassimo una mano su questo motore dovremmo sentirlo completamente freddo, dato che non disperderebbe un briciolo di calore, e questo apparirebbe già molto strano: nessuno di noi proverebbe a fare una cosa del genere su un motore termico reale dopo averlo usato per qualche minuto. Un motore come questo, infatti, non esiste, e, come vedremo, non potrà mai esistere. E infatti lo vieta espressamente il secondo principio della termodinamica che recita chiaramente:
“Non è possibile costruire una macchina termica in grado di convertire  completamente il calore in lavoro.”

Il motore termico reale: quanto spreco!

Nella figura sotto è mostrato lo schema di funzionamento di un motore termico reale:
rendimento motore
Come si vede, una certa quantità di calore prelevato dal carburante viene “scaricata” all’esterno e non si trasforma in lavoro. Il lavoro utile si riduce quindi alla differenza tra il calore prelevato Qa e quello scartato Qb:
L = Qa – Qb
Osserviamo una cosa importante: la temperatura della “sorgente” di calore Ta è sempre superiore a quella del “pozzo” Tb dove viene scaricato il calore inutilizzato, come appare anche ovvio. Nei motori delle auto termiche la sorgente è rappresentata dal calore prodotto dalla combustione del carburante, mentre il pozzo è rappresentato da diverse cose, principalmente dai gas di scarico ancora molto caldi espulsi in atmosfera, dall’acqua del circuito di raffreddamento, e infine anche dagli stessi elementi che costituiscono il motore che disperdono calore per irraggiamento.

Quel numero magico che dice tutto: il rendimento

Il parametro fondamentale utilizzato per valutare un generico motore dal punto di vista energetico è il rendimento. Esso indica la percentuale dell’energia prelevata che il motore riesce a trasformare in lavoro e si esprime con la lettera greca η (pron. “eta”):
η = L / Ep
dove L è il lavoro prodotto ed Ep l’energia prelevata. Abbiamo usato l’”energia” Ep anziché il “calore” Qa per rendere più generale la formula: come penso sia chiaro a tutti, il calore è una forma di energia. Se, come abbiamo visto dal secondo principio della termodinamica, motori termici che riescano a trasformare tutto il calore in lavoro non esistono, allora ci chiediamo quale possa essere il rendimento massimo raggiungibile da un motore termico reale.

Il teorema di Carnot: la barriera invalicabile per i motori termici

Più precisamente ci poniamoci la domanda: il rendimento di un motore termico reale dipende solo dal progetto, dalle tecnologie costruttive, dalle condizioni in cui opera o esiste un esatto limite teorico?
Per rispondere dobbiamo introdurre il concetto di ciclo termodinamico. Non ci soffermeremo perché diventerebbe lunga (e complessa), ci limitiamo a dire che un motore termico lavora eseguendo alcune fasi che ripete continuamente. Per questo si chiama ciclico. Tutti conosciamo il motore a ciclo Otto (cioè quello a benzina) che è caratterizzato dalle seguenti quattro fasi, che abbiamo imparato tutti alla scuola guida:
1) Aspirazione
2) Compressione
3) Espansione
4) Scarico
Queste fasi possono essere rappresentate sul piano p-V (pressione- volume), in cui ogni tratto, semplificando un po’, rappresenta una fase. Mostriamo sotto il ciclo Otto senza addentraci nella spiegazione (si possono trovare facilmente e a vari livelli di approfondimento cercando in rete).
Oltre al ciclo Otto e Diesel, esistono molte altre macchine termiche che operano ognuna con il proprio particolare ciclo. Una di queste macchine riveste un’importanza particolare, pur essendo una macchina solo teorica: è quella che opera secondo il ciclo di Carnot.
Abbiamo visto che una macchina termica generica lavora sempre tra due temperature, una più alta e una più bassa, che chiamiamo Ta e Tb: ebbene il teorema di Carnot ci dice che il rendimento di una qualsiasi macchina termica non può superare il rendimento del ciclo di Carnot, che vale:
η = 1 – (Tb /Ta)
Si noti come il rendimento aumenti e si avvicini a 1 (cioè al 100%) quanto più Tb si riduce e Ta aumenta in modo che il rapporto Tb/Ta diventa un numero piccolo.
In pratica, il teorema di Carnot ci svela il lato debole delle macchine termiche: ci dice che, non potendo aumentare a piacere Ta come pure non potendo diminuire a piacere Tb, il rendimento sarà, in condizioni realistiche, molto più basso del limite ipotetico del 100% della macchina perfetta che avevamo visto all’inizio.
Nota: le temperature comunemente sono espresse in gradi Celsius (C). In termodinamica si usano i gradi Kelvin (K), il cui zero parte da –273 gradi Celsius, ovvero lo zero assoluto. Quindi, se in questa stanza dove sto scrivendo oggi ci sono 20 gradi Celsius, significa che ci sono 293 Kelvin (273 + 20).
Nicolas Léonard Sadi Carnot, un padre della termodinamica, morto a soli 36 anni nel 1832l
Facciamo un semplice esercizio e calcoliamo il rendimento di un ipotetico motore di Carnot, che operi tra 1473 K e 773 K (cioè tra 1200 C e 500 C):
η = 1 – (773 / 1473) = 0,564, cioè 47,5%.
Se riuscissimo ad abbassare la temperatura del pozzo freddo ci aspettiamo un miglioramento perché significa che il motore “butta via” meno calore; ipotizziamo quindi 100 gradi in meno, da 773K a 673K. E infatti otteniamo: η = 1 – (673 / 1473) = 0,62, cioè 54,3%.
Questi sono, ribadiamo, esempi giusto per capire la formula del rendimento di una ipotetica macchina di Carnot, cioè la macchina termica a massimo rendimento teorico possibile.
Il motore Diesel e il motore Otto, i cui valori reali di rendimento vedremo più avanti, lavorano ognuno con un loro specifico ciclo teorico, ed entrambi presentano un rendimento teorico inferiore a quello del ciclo di Carnot (con il ciclo diesel un po’ migliore del ciclo Otto grazie al maggior rapporto di compressione).
In ogni caso, il ciclo di Carnot è utile per comprendere che per alzare il rendimento di un qualsiasi motore termico a valori il più possibile vicini al 100% dovremmo avere una sorgente calda a temperature altissime oppure, meglio ancora, un pozzo freddo a
temperature bassissime. Tutte cose praticamente irrealizzabili.
Quindi non c’è nulla da fare: il rendimento di un motore reale rimarrà sempre molto al di sotto del 100% già in via teorica.
Omettiamo le formule che dimostrano tutte queste cose, e sintetizziamo il concetto in questo modo:
Un motore termico, qualunque esso sia, si trova di fronte una barriera teorica invalicabile imposta dalle leggi della termodinamica che lo condanna a rendimenti molto bassi, lontani dal100%.
Insomma, una gran bella fregatura, in vista del confronto con il motore elettrico…

Dalla teoria alla realtà: le cose peggiorano

Già usciti malconci dalla teoria, i motori termici subiscono un’ulteriore botta nel mondo reale, dove si passa dai cicli teorici disegnati sulla carta ad oggetti fisici concreti realizzati col ferro e col fuoco. E qua, nella realtà, i nostri motori termici devono fare i conti con attriti e dispersioni di varia natura che abbassano ulteriormente i valori del rendimento.
Pensiamo, ad esempio, agli attriti meccanici del pistone e dei manovellismi necessari per trasformate il moto da lineare a rotatorio, alla resistenza pneumatica nelle strozzature delle valvole, alle perdite di calore dalle pareti del motore, ecc.
Queste dispersioni non sono contemplate nei cicli teorici perché le trasformazioni sono considerate ideali. Ad esempio, la fase di espansione è considerata una trasformazione adiabatica perfetta, cioè una trasformazione che non scambia calore con l’esterno,
mentre nei motori reali una certa quantità di calore passa attraverso le pareti del cilindro.
Tutte queste dispersioni “rubano” energia utile, per cui, alla fine, possiamo stimare in questi termini il rendimento dei motori termici reali:
– Ciclo Otto (benzina): 25%-30%
– Ciclo Diesel: 35%-40%
Ribadiamo che questi sono valori medi del tutto indicativi, la forbice è piuttosto ampia. Visti questi numeri, tra i fan del motore elettrico c’è chi, per denigrare questa tecnologia, definisce le auto termiche stufe con le ruote. Forse è un po’ brutale e ingeneroso, ma da un punto di vista della fisica non si discosta molto dalla verità.
E le brutte notizie non sono ancora finite! Quelli che abbiamo appena visto sono i rendimenti al banco. Ma di un motore che gira su un banco di prova non ce ne facciamo niente. Lo dobbiamo immaginare inserito nel powertrain di un veicolo per capire cosa arriva veramente alle ruote, e lo vedremo tra poco quando confronteremo il motore termico con quello elettrico inserito anch’esso nel suo powertrain (e vedremo che anche l’elettrico qualche brutto colpo lo riceve).

rendimento motoreIl motore elettrico: un rendimento spettacolare

Finalmente arriviamo al nostro motore elettrico. La prima cosa da dire di questo motore, può sembrare una banalità, è che non è una macchina termica perché per alimentarsi non preleva energia termica ma energia elettrica, sfruttando le interazioni elettromagnetiche che si generano tra uno statore (la parte che resta ferma) e il rotore (la parte coassiale allo statore che genera l’energia meccanica).
Ciò significa che i pesanti limiti teorici dei cicli termodinamici non si applicano ai motori elettrici. Inoltre, va considerato che rotore e statore non sono mai a contatto tra loro; quindi, non esiste alcun attrito di tipo meccanico. Dunque, questi motori partono decisamente avvantaggiati nella sfida con i termici, e infatti riescono ad esprimere valori molto alti di rendimento:
– Il rendimento medio di un motore elettrico è di circa il 95 %. Questo valore si riferisce ad un motore sincrono a magneti permanenti, i più usati per le BEV, che possono arrivare anche al 98%. I motori a induzione asincroni presentano mediamente rendimenti più bassi, intorno al 90%.
Anche in questo caso intendiamo sempre il rendimento al banco. Ma, giusto per capire, dov’è finito quel 5% che sarebbe servito per arrivare al 100%, visto che non si tratta di un motore termico? La risposta è semplice: è finito in dispersioni varie di cui anche i motori elettrici soffrono:
Perdite nel rame (o perdite resistive): si verificano a causa della resistenza del filo di rame negli avvolgimenti del motore che genera calore per effetto Joule;
Perdite nel ferro (o perdite magnetiche): dovute alle correnti parassite indotte nel nucleo di ferro del motore a causa delle variazioni del campo magnetico
Dispersioni meccaniche: essenzialmente per i cuscinetti che sorreggono l’albero motore
Dispersioni aerodinamiche: prodotte della resistenza dell’aria quando il motore è in movimento ad alta rotazione.
Questo conferma che anche il motore elettrico, pur non essendo una macchina termica, è soggetto in ogni caso al secondo principio della termodinamica (nella formulazione più generale riferita ai processi irreversibili). Poco importa, verrebbe da dire; siamo già a livelli altissimi in confronto ai motori termici.

Dal motore alle ruote: il powertrain

Come dicevamo prima, abbiamo finora esaminato i motori isolandoli dal contesto, cioè come fossero collocati sul banco-prova di un laboratorio. Ma se vogliamo misurare il rendimento dell’intera autovettura, che è quello che poi ci interessa, dobbiamo considerare questi motori inseriti ognuno nel rispettivo powertrain, ovvero vedere tutta la catena degli apparati che servono per far muovere l’auto. In figura sono rappresentati i vari blocchi in cui fluisce l’energia erogata dal motore:
rendimento motore
Ognuno di questi elementi disperde un pò di energia durante il funzionamento, riducendo l’energia che effettivamente arriva alle ruote, causando quindi una ulteriore diminuzione del rendimento complessivo.
L’auto termica spreca energia nella trasmissione meccanica (ovvero nel cambio) e nei sistemi ausiliari (pompe di alimentazione, sistema di raffreddamento, ecc..) mentre
quella elettrica la spreca nella batteria (sia in fase di carica che di scarica), nell’inverter, nel caricatore interno, oltre ad una piccola parte per gli attriti nel riduttore (normalmente le auto elettriche sono prive di cambio).
A questo punto mettiamo nel conto del rendimento complessivo queste perdite e cerchiamo di quantificare i valori del rendimento complessivo. In realtà è molto difficile avere dati reali medi validi in termini assoluti perché i valori dipendono significativamente dalle caratteristiche tecniche specifiche dei sottosistemi e dalle condizioni in cui si opera.
In ogni caso assumiamo questi valori per avere dei riferimenti:
Nota: per ottenere il rendimento finale si deve eseguire la moltiplicazione dei vari elementi usando il valore
decimale (esempio: 90% è 0,9).
Powertrain motore Otto (benzina):
– Motore: 27%
– Trasmissione: 95%
– Sistemi ausiliari: 95%
– Totale rendimento ICE con motore Otto: 24 %
Powertrain motore Diesel
– Motore: 37%
– Trasmissione: 95%
– Sistemi ausiliari: 93%
– Totale rendimento ICE motore Diesel: 33%
Powertrain elettrico
– Motore: 95%
– Caricatore-raddrizzatore: 95%
– Batteria (durante le fasi di carica e scarica): 90%
– Inverter dell’auto: 95%
– Trasmissione (riduttore) e sistemi ausiliari: 95%
– Totale rendimento BEV: 73%
Come si vede, prendendo per buoni questi dati, effettivamente sembrerebbe che il powertrain elettrico sia circa tre volte più efficiente di quello a benzina e più del doppio del diesel.
Ma facciamo una verifica pratica, per toglierci ogni dubbio.

Prova su strada: i conti tornano

Mettiamoci su strada, per così dire, e facciamo, una verifica per vedere se i numeri che abbiamo visto siano plausibili. Lo facciamo confrontando i consumi realistici di un’auto elettrica e di una a benzina di taglia media che viaggino nelle condizioni riscontrabili in un uso misto.
Auto elettrica: ipotizziamo un consumo medio di 16 kWh/100 km. Aggiungiamo le perdite in fase di ricarica (del caricatore e della batteria stessa, mettiamo in tutto un 15%); il consumo diventa  quindi 18,8 kWh/100km. Togliamo un 5% dovuto alla rigenerazione (che in questa fase del ragionamento non va considerata) e otteniamo un consumo di 19,8 kWh/100km.
Auto a benzina: ipotizziamo che il consumo medio sia di 6 litri/100 km. L’ energia contenuta in un litro di benzina è pari a 9,7 kWh. Trasformiamo quindi in kWh l’energia contenuta nei litri di benzina e otteniamo un consumo di: 9,7 * 6 = 58,2 kWh/100 km. L’auto a benzina effettivamente consuma circa tre volte tanta energia o quella elettrica! Questo risultato ci conferma l’aspettativa teorica, e giustifica il titolo dell’articolo (con il diesel la situazione migliora ma la distanza resta di oltre il doppio).
Inoltre, si deve considerare che nell’uso reale la resa finale dell’auto termica peggiora quando i percorsi prevedono frequenti rallentamenti e frenate, come in città, o accumulo di energia potenziale, come in montagna.
Mentre in autostrada a velocità costante il termico lavora nelle condizioni di massima efficienza; quindi, la distanza con l’elettrico si riduce. All’opposto, la BEV, grazie alla rigenerazione, mantiene i consumi livellati e dipendenti praticamente solo dalla velocità media.

Ma tutto dipende da come si produce l’energia elettrica

Sembrerebbe tutto bello e meraviglioso per il motore elettrico.

Dal punto di vista del rendimento del motore in quanto tale, tra elettrico e termico, come abbiamo visto, non c’è partita. Ma c’è un “ma” grosso come una casa, anzi, come una centrale elettrica.  Infatti per chiudere il cerchio dei calcoli del rendimento energetico bisogna considerare l’origine dell’energia elettrica che abbiamo messo nella batteria della nostra BEV.
Se questa energia arriva dai pannelli solari del tetto di casa, le conclusioni cui siamo giunti sono corrette, e possiamo confermare il punteggio: 3 a 1 per l’elettrico, fine partita.
Se invece arrivasse da una centrale a carbone o a gas distante centinaia di chilometri, il discorso cambierebbe  perché bisognerebbe mettere nel conto il rendimento di queste centrali (che variano molto, tra il 35 e il 60% a seconda della tipologia) e le perdite di trasformazione AT/MT/BT e di trasmissione (almeno un ulteriore 10% tra tutto).
Il conto corretto deve quindi considerare il rendimento medio del mix delle fonti di energia, pesandone la quota di ciascuna di esse sulla produzione totale, che varia molto da paese a paese, da zona a zona.
Per capirci, se un paese produce il 60% dell’energia da centrali fossili (come all’incirca in Italia) con un rendimento medio tra produzione e trasmissione del 40%, rifacendo i calcoli e  tenendo conto di questo dato, otteniamo un rendimento energetico effettivo per un BEV intorno al 45%, comunque ancora ben superiore di un 10-15% a quello del diesel.
In un paese in cui invece l’energia elettrica arrivasse interamente da vecchie e inefficienti centrali a carbone o a gas, il motore diesel potrebbe pareggiare o anche superare l’elettrico in termini di rendimento energetico complessivo.
È tuttavia doveroso sottolineare che la quota di energia rinnovabile nel mondo è in continua crescita, e questo va sempre più a vantaggio delle BEV nel confronto energetico con la rivale.
E, da ultimo, dobbiamo considerare che benzina e gasolio non entrano nel serbatoio per magia: occorre estrarre il petrolio, trasportarlo verso le raffinerie, raffinarlo, distribuirlo e pomparlo nel serbatoio. Tutto questo comporta dispendio di energia, che potremmo quantificare in un 10% circa dell’energia contenuta in un litro di carburante.
E questo a sua volta penalizza il rendimento energetico di qualsiasi auto termica.
Ma di tutto ciò parleremo in un articolo successivo che affronterà l’intera filiera “dal pozzo alla ruota” o, come dicono gli inglesi “Well to Wheel”

E l’energia per produrre le batterie?

Alcuni osserveranno che in questo calcolo del rendimento andrebbe inserita anche la quantità di energia necessaria per produrre le batterie partendo dall’estrazione (e raffinazione) delle materie prime in miniera. Vero, è un aspetto da considerare, ma anche di questo, e argomenti correlati, parleremo in successivi articoli. Solo uno spoiler: le batterie, e soprattutto quello che contengono, non vivono una vita sola…

Ma alla fine, chi vince davvero?

Quindi è giusto concludere che il motore elettrico vince sul termico? Decretare vincitori e vinti non è lo scopo di questo scritto che mira a far conoscere come funzionano le cose dal punto di vista della fisica e dell’ingegneria. Non ci si può comunque nascondere dietro un dito: un motivo ci sarà se il motore elettrico vive ovunque intorno a noi, compatto, silenzioso, economico, e pronto ad obbedire ai nostri comandi al punto che non ci accorgiamo nemmeno più della sua esistenza (a casa mia ne ho contati 25, compresi quelli delle ventole di PC; provate a contare i vostri).
Il termico, invece, se ne sta giù, lontano da noi, segregato in un box quando non in giro a rumoreggiare (e inquinare) per la strada… Il concetto è reso in modo divertente da questo (doppio) spot Nissan/Renault uscito già diversi anni fa, del quale lascio il link per i pochi lettori di Vaielettrico che non l’avessero visto.

rendimento motore

Lasciando perdere i phon e i trapani dei dentisti, nello specifico ambito dell’autotrazione, a seconda delle preferenze personali, ciascuno esalterà le virtù di una o dell’altra motorizzazione (ovvero gli insormontabili difetti di uno e dell’altro).
Dal punto di vista del puro rendimento energetico non c’è storia: il motore elettrico stravince, ma se si guarda come si produce l’energia elettrica le cose possono cambiare notevolmente, o quanto meno ridimensionare la vittoria.
La risposta alla domanda “quale sia meglio” dipende anche dai valori soggettivi che riflettono la visione del mondo di ciascuno di noi. Ad esempio, chi ritiene che l’uscita dall’era del fossile sia una priorità per una serie di ragioni, ecologiche in primis, tiferà (anche) per la diffusione delle BEV.
Ma anche chi semplicemente apprezza una guida brillante, fluida e silenziosa non dovrebbe avere dubbi in merito, anche se resiste il paradigma dell’auto termica “dura e pura” come sinonimo di  sportività (forse perché per molti il sound del motore a bielle e pistoni, e soprattutto marmitta, rappresenta qualcosa di irrinunciabile).
All’opposto potremmo trovare tra difensori delle ICE magari chi, per lavoro, percorre molti chilometri in autostrada e ritiene – legittimamente – non ancora maturo l’ecosistema della BEV, almeno per queste specifiche esigenze.
E tutto ciò a prescindere dagli aspetti economico-sociali legati ai prezzi delle auto, alla transizione del sistema industriale dal termico all’elettrico, agli equilibri geo-politici e commerciali globali, tutte cose che meritano considerazioni approfondite a parte.
Ci permettiamo infine un’ultima considerazione: il motore endotermico è una tecnologia che ha alle spalle 150 anni di esperienza ed è talmente ottimizzata che oggi i miglioramenti sono ormai di tipo marginale (più che altro per ottemperare a normative antinquinamento in senso stretto).
La storia dell’auto elettrica è ben diversa. Partita alla pari più di un secolo fa, questa tecnologia è stata rapidamente surclassata da quella termica, complice le carenze delle batterie di quei tempi e l’inadeguatezza dell’infrastruttura elettrica.
È soltanto da una decina di anni che si è improvvisamente risvegliata uscendo dalla piccolissima “nicchia ecologica” nella quale la storia l’aveva relegata. Ed essendo rimasta molto indietro c’è da aspettarsi che la progressione degli sviluppi (soprattutto sul fronte delle batterie) cui stiamo già assistendo resterà notevole nei prossimi anni e decenni. Vedremo.
Riassunto:
– Un motore, in generale, è una macchina che ha lo scopo di fornire energia meccanica trasformando energia prelevata in un’ altra forma (tipicamente termica o elettrica).
– Per il secondo principio della termodinamica è impossibile che esista un motore termico in grado di trasformate tutta l’energia prelevata in lavoro.
– Il rapporto tra lavoro ed energia prelevata si definisce rendimento ed è sempre minore del 100%.
– Il motore termico è soggetto ai vincoli del ciclo ideale di Carnot che fissa in partenza limiti di rendimento teorici piuttosto bassi già in via teorica.
– Nei motori reali si verificano fenomeni dissipativi (maggiori nei motori termici) che peggiorano i limiti di rendimento teorici. 
– Il rendimento reale di un motore termico varia tra il 20 e il 35%, mentre quello elettrico raggiunge il 95%.
– I sistemi ausiliari presenti nei powertrain, necessari per il funzionamento, sia termici che elettrici, consumano energia abbassando ulteriormente il rendimento finale del veicolo.
– Anche considerando l’intero powertrain, il rendimento reale di un sistema elettrico risulta circa tre volte quello di un benzina il doppio di un diesel; tuttavia nel conto bisogna inserire il rendimento del mix medio produttivo dell’energia elettrica che riduce considerevolmente il vantaggio dell’elettrico fino anche ad azzerarlo nel caso la produzione derivi in grande prevalenza da fonti fossili .
– Nell’uso reale il motore elettrico mantiene costante il suo rendimento grazie alla rigenerazione, mentre quello termico, in situazioni quali città o montagna, peggiora la resa finale.
– La motorizzazione termica ha una storia di 150 anni, quella elettrica di appena una decina: per quest’ultima ci si attende quindi un progresso molto più significativo nei prossimi anni.

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43 COMMENTI

  1. Rinnovo i complimenti all’autore per la cura di questi articoli e la chiarezza espositiva

    Scrivo una annotazione sul dato WTT del petrolio:

    il contributo di energia/emissioni della filera petrolifera a monte del serbatorio delle auto termiche, l’autore lo stima a solo 10%, immagino in via cautelativa, per dichiarare un dato che sia per certo non in eccesso; perchè sono dati non cosi accessibili/rintracciabili o certi

    avevo cercato e trovato varie citazioni, con stime che variano abbastanza, anche in base al tipo specifico di filiera petrolifera, e anche di raffineria più o meno effiecente, e se includevano o meno tutti i passaggi

    ad es. alcuni anni fa Ispra ipotizzava 17% di WTT per il petrolio che arriva in italia, ma anche questo dato potrebbe essere ancora basso

    altri parlano genericamente di circa 25%

    media tra diverse filiere, cioè giacimenti facili, difficili, sabbie bituminose, piattoforme off-shore, fracking; trasporto con oleodotti o con navi, vicino o lontano, etc

    Metto qui uno studio Europeo commissionato a Ricardo (consulenti usati già altre volte dalle istituzioni) nel 2020, che poi nel testo cita altri studi

    “Determining the environmental impacts of conventional and alternatively fuelled vehicles through LCA ” di Ricardo 2020

    uno dei link dove scaricare il pdf
    https://climate.ec.europa.eu/system/files/2020-09/2020_study_main_report_en.pdf

    Grafico WTT a pag 118 di 456 del pdf:

    benzina da oil-crude-convenzionale:
    19 /(89-19) = 27 %

    benzina da oil-non-convenzionale:
    > 22/(92-22) = 31 %

    diesel da oil-crude-convenzionale:
    > 19/(92-19) = 26 %

    diesel da oil-non-convenzionale:
    > 22/(96-22) = 30 %

    GPL da oil-crude-convenzionale:
    > 19/(83-19) = 30 %

    GPL da oil-non-convenzionale:
    > 24/(88-24) = 37 %

  2. Bella lettura. Posso far notare che manca il DC/DC nel caso dell’elettrico, un assorbimento presente per far funzionare i sistemi di bordo.
    Varrebbe la pena approndire pero’ che il cuore del motore elettrico e’ nell’inverter e nel suo modulo di potenza. E’ li che avviene la vera magia, e quel signore li’ viaggia su frequenze che dai 15k Hz stanno salendo oltre i 30k. Il motore elettrico, con la controllabilita’ di oggi, non avrebbe potuto esistere in passato.

    Nota a margine, la liberta’ individuale che il motore termico ha garantito nella sua era dovrebbe essere portata con un po pi’ di riconoscenza. Il suo futuro e’ forse segnato ma non buttiamolo via come il male assoluto, ci ha portato dove siamo ora dopotutto.

    • Onore al termico che ci ha servito egregiamente per oltre un secolo. Poi abbiamo scoperto che:
      A) Il petrolio non è infinito (anzi comincia a scarseggiae) ed è tutto in mano a Paesi poco affidabili
      B) Bruciandolo alteriamo la composizione dell’atmosfera rendendola meno permeabile al calore in uscita. Questo produce un rapidissimo innalzamento della temperatura media del pianeta
      Quindi è più che consigliabile smettere di bruciarlo il più presto possibile. Senza alcun rancore

      • Perché non riporta le emissioni by sector e mi dice a quali di quelle fonti di emissioni lei oggi rinuncerebbe.
        Perché anche i server internet consumano tanta energia, che facciamo spegnamo?

        • Non so di server alimentati a carburante fossile. Quelli alimentati da energia elettrica emettono in rapporto al mix di generazione elettrica. Quindi zero se l’elettricità deriva da fonti rinnovabili. Spiegato ai bambini: non si rinuncia a nulla, si elettrifica tutto e si produce l’elettricità con il vento, il sole e l’acqua.

          • Capisco che mi sono espresso male. Lei parla di emissioni di CO2 in atmosfera (io solo di motori per autotrazione). Se si parla di CO2 il trasporto su strada (tutto) conta per circa il 12% (https://ourworldindata.org/ghg-emissions-by-sector). Produzione di energia, riscaldamento, industria fanno invece una grossa fetta. Ora, siamo dove siamo perche’ abbiamo usato ed usiamo energia, in toto prima adesso in parte da combustibili fossili. Gli stessi server internet si stimano al 4% delle emissioni globali di CO2. Facciamo tutto elettrico bene, ma l’energia viene prodotta da combustione, quindi sarebbe meglio ridurre il consumo di energia, non essendoci modo efficace di conservare quella da rinnovabili, oggi, assumendo che sole, vento ed acqua producessero tutto il fabisogno ogni singolo giorno.
            Certo dobbiamo imparere dal passato, ma se oggi siamo qui a parlare di batterie o solare e perche’ la bistrattata combustione da fossili ci ha data l’energia per farlo.

          • oltre al punto che il settori trasporti e l’unico con le emissioni mondiali ancora in crescita, poi sono anche dati medi mondiali, cioè fanno media tra i paesi come il nostro che hanno le auto e un alta emissione pro-ccapite, e i paesi che hanno meno sviluppo e anche poche auto

            cioè:
            ========
            Italia le emessioni sono circa:

            auto – 70 milioni di tonn Co2
            camion – 30 milioni di tonn Co2

            totale tutti i settori – 300 milioni di tonn Co2,
            si arriva a circa 400-420 aggiungendo metano e altri gas secondari

            =========

            ITALIA:
            trasporti su strada sono 23-25% di tutte le emissioni clima-alterananti (Co2 + Metano + etc)

            (aerei e navi aggiungono poco, portano il totale a circa 29%)

            ( dati Ispra 2019 pre-covid + EEA )

            ========

            EUROPA
            trasporto su strada 20,5% delle emissioni
            (leggermente meglio di Italia)

            (dati EEA 2022)

  3. Bellissimo articolo. La fisica non è un opinione e il risultato finale dipende mllto dalle condizioni al contorno.
    Il sistema circolante pertanto dovrebbe essere costituito da auto elettriche in città e extraurbano medio raggio, e termiche per le lunghe distanze a vel autoatradale.
    Non una soluzione unica per tutti. Se si puntasse alla seconda auto elettrica per tutte le famiglie e non per tutti in assoluto credo che avremmo fatto il massimo senza divietibe obblighi. In certinutilizzi l’elettrico non è fattibile, in città non c’è invece nulla di migliore. Significa auto piu piccole e leggere ed economiche, non come si vede oggi sul mercato, solo mega berline ultrapotenti con mega batterie.
    E chi viaggia tanto, probabilmente energeticamente, meglio del mptore a metano non c’è nulla. Rendimento come il diesel ed emissioni inferiori.

    • Non capisco come tragga le sue conclusioni dall’articolo che sta commentando. La migliore efficienza del motore elettrico non fa differenza fra urbano ed extraurbano.

  4. E’ lo stesso abbaglio che si prende riguardo all’idrogeno: combustibile pulitissimo, come scarico genera vapore acqueo. Ma per produrlo occorre energia elettrica, e questa viene generata da altri metodi, spesso inquinanti.
    Per cui l’idrogeno andrebbe considerato come un accumulatore elettrico più che un combustibile.
    Immetti eletricità per generarlo, estrai elettricità bruciandolo (celle)

  5. Eh sì… d’altra parte quello volato dieci anni fa dal cavalcavia di Avellino era anche elettrico:-).
    Che c’entra il fatto che era elettrico?
    Ah, si… infatti, non sapendo cosa inventare, adesso diciamo che l’elettrico è più propenso a volare dai cavalcavia.
    Meglio camminare con una stufa a benzina/gasolio sapendo che ha perdite colossali? Ma dai

    • Il mio professore di dinamica del veicolo ci ricordava sempre: voi progettisti dovrete risparmiare quanto più possibile peso su di un qualunque veicolo…e quando sarà inevitabile metterlo quanto più in basso possibile…poi sono arrivati i bus elettrici con batterie sul tetto

  6. Peccato che ci siano centrali elettriche che vanno a carbone, gasolio, gas. Perché con fanno le centrali elettriche che vanno a elettricità?

    • Si chiamanano pannelli fotofoltaici e parchi eolici, vanno ad energia solare

      Ha ragione bisogna fare più di queste centrali a energia solare

  7. Dubito che cambi molto il risultato, ma in questo calcolo non viene tenuto conto del maggior peso delle auto elettriche e della frenata rigenerativa che é possibile solo nelle elettriche/ibride.

  8. Sì, sì, i conti tornano, intanto vediamo i disatri che provoca un Bus elettrico grazie anche al peso maggiore rispetto ai tradizionali. Avete visto a Mestre. L’elettrico è un pericolo vagante. Credo che dopo tanta ubriacatura sull’elettrico, ci sia bisogno di una pausa di riflessione.

  9. Aspetto con ansia l’intervento di qualche campione di arrampicata sugli specchi che cerchi di confutare (a favore del termico) le conclusioni dell’articolo.

      • Dalle immagini non sembra essere scoppiato.
        Forse se anche si mezzi pesanti fossero obbligatori gli ADAS che permettono l’arresto del mezzo in caso di malore (tutto da verificare) di un autista o di presenza di un ostacolo e ci fosse la presenza del Line assist allora incidenti come questi (indipendentemente da bus ICE. O BEV) sarebbero ridotti sensibilmente.
        Peccato che molti costruttori ed autisti si oppongono.

      • @mose’

        fai schifo, il tuo commento fa veramente veramente schifo.
        pensa al dolore di chi resta e pensa un attimo allo spavento di chi ci è rimasto

        mi chiedo quando il nostro Paese ha cominciato a diventare così cinico, volgare e tristo….

  10. Ho trovato l’articolo molto interessante, ha rafforzato la mia convinzione nei confronti dell’elettrico anche se lasciandomi due piccoli dubbi.. Il primo riguarda la necessitá di un raffreddamento efficace, secondo me è un settore che va perfezionato per ridurre la differenza tra potenza nominale e di picco (dovuta appunto ai rischi di surriscaldamento) ancora notevole per molti modelli in vendita. Il secondo è sul riduttore che secondo me prevede quasi sempre un rapporto un pó troppo lungo con conseguente aumento del consumo nei percorsi in salita. E’ vero che in genere dopo una salita c’è una discesa che permette di rigenerare ma se in precedenza si riesce a consumare meno non sarebbe male vero ?

    • -la necessitá di un raffreddamento efficace-

      Rilievo intelligente. Porsche con la GT4 ePerformance ha fatto un lavoro davvero interessante in materia. Il risultato è che durante le varie presentazioni la macchina non faceva altro che entrare in pista, scossa a palate, subito fuori a caricare a bomba alla fast e di nuovo dentro. Tutto il giorno, senza sosta. Si cerchi la scheda tecnica e vedrà che ci ha visto giusto col suo rilievo.

      -Il secondo è sul riduttore che secondo me prevede quasi sempre un rapporto un pó troppo lungo-

      Storia vecchia per noi due. Ma se le fa piacere di “seguirmi”, sappia che se la sorte mi arride presto potrei avere interessanti novità.

      • Non ho dubbi sull’efficacia del raffreddamento ad olio adottato per la GT4 ma vedo che rimane comunque un certo divario fra potenza continua e di picco, scelta tecnica comunque comprensibile visti i valori assoluti in gioco.. Peró secondo me è ancora piú interessante la tecnologia SCT di Mahle che almeno sulla carta permette di “spremere” il motore al massimo quasi eliminando detto divario https://www.mpulse.mahle.com/en/article/sct-e-motor-from-mahle

  11. Un articolo che vale 10 stelle ++, da copiare e tenere in serbo per persone intelligenti e di coscienza, non certo come scusa per chi vuole impunemente inquinare.
    Grazie a chi la l’ha scritto

  12. L’articolo è molto chiaro ed esaustivo ma consentitemi una osservazione: il petrolio è un combustibile che brucia ed inquina sempre. La batteria è un elemento del veicolo quasi completamente riciclabile. Pertanto è assurdo fare un confronto che continuo a leggere su vari articoli relativi all’inquinamento dei bev.

    • /// la batteria è un elemento del veicolo quasi completamente riciclabile \\\ Vero, e lo sará sempre di piú.. Inoltre viene riciclata dopo almeno 5/10 anni di utilizzo + altrettanti nel settore dell’accumulo statico

    • no è assurdo pensare alla batteria come un combustibile e paragonarla al petrolio, è un serbatoio, di energia prodotta anche se non solo dal petrolio

  13. Io sul termico, leggendo quattroruote in tempi pre guerra all’elettrico leggevo rendimenti del 17/18% per i benzina e 22-25% per i diesel.

    • Sí i rendimenti dei motori termici sono pressapoco quelli ma cambiano molto a seconda del regime e del carico

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