Le vendite globali di veicoli elettrici (EV) erano passate da tre milioni di unità nel 2020 a una previsione di quattordici milioni di unità entro la fine del 2023, con un aumento del 367 percento in questo arco di tempo.[1] Tutte le regioni hanno contribuito alla crescita: la Cina è in testa, l’UE rimane stabile e gli Stati Uniti stanno guadagnando quota. Nel 2023 gli EV avrebbero potuto rappresentare il 18 percento delle vendite totali di autovetture e, se queste tendenze proseguiranno, evitare il consumo di cinque milioni di barili di petrolio al giorno entro il 2030. La Figura 1 mostra la curva esponenziale e regolare seguita dalle vendite di EV dal 2016.
Questa crescita è sostenuta da importanti fattori favorevoli:
- Aumento della capacità produttiva di batterie entro il 2030, per soddisfare la domanda di batterie per EV necessaria al raggiungimento delle zero emissioni nette (Net Zero) nel segmento
- Innovazione di nuove chimiche delle batterie, per ridurre la pressione sulla fornitura di materiali e migliorare autonomia, sicurezza e prestazioni rispetto alle tecnologie tradizionali
- Continua espansione dell’infrastruttura di ricarica a supporto dell’adozione da parte dei consumatori
- Crescita delle politiche e degli investimenti, a testimonianza della collaborazione tra governi regionali e industria privata per la diffusione degli EV
L’elettrificazione è destinata a restare: tassi di produzione dei veicoli più elevati ridurranno ulteriormente i costi per i consumatori. Inoltre, costi più bassi faranno aumentare le vendite, accelerando la domanda necessaria a finanziare un’automazione ad alta intensità di capitale. Questa tendenza ridurrà in modo significativo i costi per i consumatori, rendendo gli EV accessibili al mercato di massa. Un ostacolo ancora presente, come i detrattori si affrettano a sottolineare, è che la ricarica impedisce ancora ad alcuni consumatori di passare a un EV, a causa dell’ansia da autonomia e del cambiamento nello stile di vita dovuto ai tempi di ricarica eccessivi.
Metodi attuali di ricarica degli EV
Oggi la maggior parte degli EV si ricarica attingendo da fonti di energia esistenti, molte delle quali non rinnovabili (ad es. combustibili fossili, carbone). Per mantenere la neutralità o la negatività carbonica e contrastare l’impatto del cambiamento climatico, il Sesto Rapporto di Valutazione[2] del Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico delle Nazioni Unite (IPCC) raccomanda con forza l’uso di fonti di energia rinnovabile. Se l’infrastruttura di ricarica dovesse integrare approvvigionamenti di energia rinnovabile (ad es. solare, eolica, da biomassa, idroelettrica), esistono limiti naturali alla disponibilità e all’affidabilità di tale energia. Ciononostante, gli EV rappresentano una via significativa per la decarbonizzazione del settore dei trasporti. Di conseguenza, sarà necessario che il settore risponda a domande come le seguenti:
- Che cosa accade all’energia solare di notte o nelle giornate nuvolose?
- E se il vento non soffia con regolarità o con sufficiente intensità?
- La conversione dell’energia rinnovabile in energia elettrica può essere completamente priva di emissioni di carbonio?
Per rispondere a queste domande cruciali, dobbiamo esaminare gli attuali metodi di approvvigionamento dell’energia elettrica di rete e ciò che sarà necessario per ricaricare gli EV.
Approvvigionamento energetico globale
Le fonti di alimentazione della rete elettrica principale variano sensibilmente da regione a regione. All’interno di una data area geografica, anche la prossimità delle fonti di energia può essere diversa. La Tabella 1 offre una panoramica di alto livello di come il mondo produce energia e presenta l’andamento biennale tra il 2020 e il 2022.[3]
| Fonte (TWh a livello mondiale) | 2020 | 2022 | Variazione biennale | Quota della produzione elettrica globale (2020) | Quota della produzione elettrica globale (2022) | Tendenza biennale della quota |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carbone | 9293 | 10191 | 10% | 35% | 36% | 0,4% |
| Gas | 6132 | 6309 | 3% | 23% | 22% | -1,2% |
| Idroelettrico e altre rinnovabili | 4435 | 4427 | 0% | 17% | 16% | -1,4% |
| Nucleare | 2634 | 2610 | -1% | 10% | 9% | -0,9% |
| Eolico | 1587 | 2139 | 35% | 6% | 7% | 1,5% |
| Solare | 851 | 1289 | 51% | 3% | 5% | 1,3% |
| Petrolio | 741 | 885 | 19% | 3% | 3% | 0,3% |
| Bioenergia | 603 | 678 | 12% | 2% | 2% | 0,1% |
Come illustra la tabella:
- Il carbone domina ancora il panorama globale, ma la sua crescita sta rallentando (sebbene la sua quota percentuale sia aumentata marginalmente).
- Il gas è al secondo posto e prosegue l’andamento da stabile a decrescente osservato nel 2020.
- Le rinnovabili sono una componente ancora ridotta ma in crescita, con eolico e solare che continuano a registrare guadagni esponenziali allo stesso ritmo.
- L’energia idroelettrica sembra finalmente essersi stabilizzata.
- Anche la bioenergia si sta affermando come fonte emergente, con una crescita lineare.
Secondo Our World in Data, il mondo ottiene circa il 39 percento della propria energia elettrica da fonti a basse emissioni di carbonio, tra cui nucleare, bioenergia e altre fonti rinnovabili. Le fonti di energia rinnovabile come idroelettrico, eolico e solare costituiscono il 30 percento della produzione energetica globale e continuano generalmente ad aumentare in modo marcato nel caso di eolico e solare.
Il crescente passaggio alle energie rinnovabili è stato accolto con favore ed è necessario, poiché la domanda globale di energia elettrica dovrebbe crescere a tassi superiori al 75 percento tra il 2022 e il 2050.[4] L’aumento della popolazione e la spinta verso l’elettrificazione sono all’origine di questa tendenza. Tuttavia, un altro fattore critico dell’aumento della domanda di elettricità è la crescente pressione a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, che ancora forniscono quasi due terzi dell’energia elettrica mondiale, a favore di rinnovabili più rispettose del clima.
Tuttavia, un aumento così drastico dell’elettrificazione metterà sotto pressione la capacità della rete e aggiungerà la sfida della gestione dell’accumulo di energia rinnovabile, a fronte di carichi crescenti nei momenti di picco della ricarica. Questi ostacoli creano l’opportunità per tecnologie innovative in grado di attenuare l’impatto dell’aumento della domanda sull’infrastruttura di ricarica. Una di queste innovazioni inverte il flusso di energia elettrica tra la rete e l’EV: la tecnologia vehicle-to-grid.
Che cos’è il Vehicle-to-Grid?
La tecnologia vehicle-to-grid (V2G) si basa su unità di accumulo di energia facilmente trasportabili e decentralizzate rispetto alle centrali elettriche, che consentono un trasferimento bidirezionale di energia tra la rete e il veicolo. Sfruttare l’energia elettrica contenuta in ogni EV in circolazione può contribuire a restituire potenza alla rete quando necessario, sfruttando al contempo la capacità di ricarica fuori rete. Il V2G si fonda sul presupposto che molti consumatori utilizzino solo una frazione della capacità della batteria; questo approccio ottimizza l’utilizzo della batteria per ottenere di più dagli stessi componenti.
Il caricatore domestico dell’EV dell’utente è l’infrastruttura che restituisce l’energia alla rete o alimenta le abitazioni. Gli stessi percorsi elettrici che collegano alla rete per trasferire energia alla batteria vengono utilizzati per raccogliere l’energia in eccesso dalla batteria e fornirla alla rete, a prezzi di mercato equi o negoziati. La domanda e la disponibilità di energia determineranno la direzione del flusso, verso la rete elettrica o da essa. Questa struttura garantisce una fornitura di energia on demand, conservando al contempo l’energia in eccesso per un utilizzo successivo.
Il V2G ottimizza il modo in cui la società produce, utilizza e trasporta l’energia elettrica. Le batterie dei veicoli verrebbero collegate in rete con una soluzione di accumulo energetico remota per aumentare l’offerta di energia elettrica durante i picchi di domanda e ottimizzare i momenti di ricarica dei veicoli (di notte, nei periodi di bassa domanda). Inoltre, il V2G consente ai proprietari dei veicoli di gestire in modo più attivo i propri consumi energetici, fornendo dati sulle loro abitudini di utilizzo, che possono incoraggiarli a ottimizzare i comportamenti per ridurre i costi. Apre inoltre una fonte di reddito per i consumatori grazie alla possibilità di rivendere la propria energia elettrica alla rete. La riduzione del costo totale di proprietà (TCO) degli EV è uno dei fattori fondamentali di mercato per aumentarne l’adozione globale.
Inoltre, disporre dei dati V2G su quando i veicoli utilizzano e producono energia elettrica aiuta anche le società di servizi pubblici a ottimizzare la produzione di energia in base alle tendenze della domanda e al comportamento dei consumatori. Questo vantaggio ridurrà i costi sia per i fornitori di energia sia per i consumatori.
Un beneficio per la società è che il V2G offre accesso a sistemi di accumulo di energia remoti in località che in precedenza ne erano prive. Immagazzinare, regolare e fornire energia on demand, sia alla rete sia a un veicolo, sono tra i vantaggi più dirompenti dell’integrazione dell’uso elettrico del veicolo nella rete.
La ricarica “verde” degli EV utilizza pannelli solari in cui i fotoni eccitano gli elettroni, creando una corrente elettrica che fluisce nel veicolo e riempie la capacità di carica della batteria. Integrare l’energia solare intermittente con l’accumulo in batteria è un modo naturale per rendere più uniforme la capacità di fornitura di energia elettrica per l’uso on demand. Una volta completamente carica, la batteria può essere utilizzata come e dove necessario, nel veicolo o in casa. Il V2G risolve il problema dell’accumulo per l’energia rinnovabile, una delle principali sfide ancora aperte per una maggiore diffusione delle energie rinnovabili.
Sfide residue e barriere all’adozione
Uno dei vantaggi dell’energia elettrica è l’efficienza. Le batterie convertono direttamente l’energia chimica in energia elettrica, evitando la combustione del carburante, una fase che riduce il rendimento termico di circa il 30 percento. Il V2G rappresenta una soluzione vantaggiosa sia per attenuare l’intermittenza delle energie rinnovabili sia per ridurre la pressione sulla rete elettrica in un contesto di domanda di energia in rapida crescita. Ma deve ancora superare diverse sfide prima che gli EV diventino una scelta praticabile per la maggior parte dei consumatori.
Un vantaggio secondario di grande rilievo è la creazione di una nuova fonte di energia rinnovabile: l’energia recuperata dal V2G. La possibilità di indirizzare l’energia verso la rete e dalla rete consente di trattarla più come una valuta, trasferibile tra una fonte e un’applicazione.
Esiste inoltre un’opportunità di sviluppo per i caricatori in corrente continua (DC) in grado di integrarsi con il veicolo, insieme alla necessità di disporre di convertitori di dimensioni adeguate per passare dalla corrente alternata (AC) alla corrente continua (DC) ai fini del trasferimento di energia. Mentre i convertitori AC/DC esistenti offrono un’efficienza fino al 95 percento, molti prodotti continuano a offrire un’efficienza di soli 80–90 percento. Pertanto, i convertitori di potenza devono essere dimensionati in base alla capacità della batteria degli EV e il settore deve lavorare per aumentare l’efficienza di conversione, il che incrementa direttamente l’energia elettrica resa disponibile.
Conclusione
Gli EV alimentati da energia rinnovabile sono essenziali per raggiungere gli obiettivi di una rete a energia rinnovabile attraverso il V2G. Questo approccio sfrutta la disponibilità di energia solare “verde” per riempire la capacità della batteria di un EV e trasferirla da e verso la rete elettrica, fornendo energia dove è più necessaria. Il V2G offre una soluzione flessibile di accumulo di energia, affrontando una barriera significativa per le energie rinnovabili e mitigando al contempo la disponibilità intermittente di energia tipica delle fonti eolica e solare. La tecnologia V2G collega inoltre la disponibilità di energia alla domanda dei consumatori, offrendo un approccio just-in-time alla fornitura di energia che coinvolge attivamente l’utente e rappresenta la soluzione più efficiente ed economicamente vantaggiosa sia per i fornitori di energia sia per i consumatori.
Riferimenti
[1] IEA, Electric car sales, 2016-2023, IEA, Parigi, https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/electric-car-sales-2016-2023, IEA. Licenza: CC BY 4.0
[2] IPCC, “Sixth Assessment Report”, 20 marzo 2023, https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar6/.
[3] Our World in Data, “Electricity Production by Source, World (2020-2022)”, consultato il 5 gennaio 2024, https://ourworldindata.org/grapher/electricity-production-by-source?time=2020..latest.
[4] U.S. Energy Information Administration, “EIA Projections Indicate Global Energy Consumption Increases through 2050, Outpacing Efficiency Gains and Driving Continued Emissions Growth”, comunicato stampa, 11 ottobre 2023, https://www.eia.gov/pressroom/releases/press542.php.
