10 gennaio 2018 - Primo contatto

In che direzione va il futuro dell'automotive?

Vogliamo iniziare questo 2018 guardando a cosa potrebbe rivelarci il prossimo futuro nel mondo dell’automobile, non solo quest’anno ma nel futuro prossimo. O meglio, vogliamo darvi un’opinione su quale potrebbe essere una buona visione di sviluppo futuro di vari problemi legati all’automotive. Vi presentiamo alcuni temi che tratteremo magari più approfonditamente in futuri articoli, ma che richiedono una certa visione d’insieme.

Guardando allo stato attuale del mercato, è plausibile che sentiremo parlare sempre di più di elettriche ma che, almeno per alcuni anni ancora, vedremo sempre più ibride sulle nostre strade. I motivi di questa transizione sono molteplici ma, in estrema sintesi, possiamo dire che al momento la soluzione ibrida riduce di molto i costi, soprattutto nel settore delle utilitarie o dei SUV. Questo perché consente di utilizzare batterie più piccole e quindi più leggere, rispetto alle full-electric in cui un terzo del peso della vettura è costituito proprio dalle batterie. Meno peso vuol dire anche meno energia spesa per muoversi, il che rende spesso le ibride più efficienti. Sicuramente a livello di efficacia, invece, le ibride presentano un’utilizzabilità confrontabile con le automobili tradizionali e quindi una più spiccata praticità rispetto alle elettriche. Sicuramente il continuo aumento delle vendite di ibride continuerà a fornire risorse allo studio delle batterie per diminuirne peso e costi aumentandone la durata e, cosa non trascurabile, la riciclabilità.

Inoltre per fabbricare una batteria al litio bisogna emettere, con la tecnologia attuale, circa 100 kg di CO2 per ogni kWh di capacità, quindi, essendo le batterie delle full-electric da 3 a 5 volte più grandi, si ha un’emissione di circa 2 tonnellate di CO2  in più.

Il problema attuale delle ibride è che, probabilmente più per motivi di attrattività sul mercato che di tecnologia, sono state finora proposte quasi sempre con una formula che non sfrutta a pieno  le loro caratteristiche: nella maggior parte delle ibride il motore termico agisce direttamente sulle ruote motrici oltre che sulla batteria in modo analogo alle vetture tradizionali, mentre la soluzione ottimale sarebbe avere un motore a combustione più piccolo del normale (quindi più leggero ed economico) che, girando costantemente al regime di maggior efficienza, operi esclusivamente sulle batterie, lasciando a queste il compito di assorbire le variazioni nel carico di lavoro richiesto dal guidatore. Una ricarica ottenuta in questo modo, quindi più lenta che con i “supercharger” studiati per ricaricare centinaia di chilometri di autonomia in frazioni di ora, aiuterebbe anche ad allungare la vita delle batterie sottoponendole a carichi minori.

L’esempio migliore di un’auto del genere è la “range extenderBMW i3 che, con un motore molto più piccolo delle rivali Opel Ampera e GM Volt, ha avuto un maggior successo sul mercato.

Una volta cambiato il punto di vista sul motore termico, passando da un’elevata variabilità di carichi e regimi ad un carico e regime costante e ottimizzato, diventano interessanti molte tecnologie rimaste finora nel campo della sperimentazione. Un esempio sono i motori “lean-burn” e i cosiddetti HCCI, ovvero Homogeneous Charge Compression Ignition.

Per i primi si tratta di motori studiati per operare efficientemente con miscele molto più magre dei normali motori a scoppio (quindi con un minor consumo) che garantiscono maggiori efficienze e minori emissioni di NOx. La combustione viene controllata tramite un sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation) che sfrutta i gas combusti del precedente scoppio per regolare temperatura e pressione nella camera del cilindro.

Gli HCCI sono una famiglia di motori che racchiude gli HCCI “puri” basati sul Diesel e i CAI (Controlled Auto Ignition) basati sugli Otto a benzina. Si tratta del tentativo di unire i vantaggi dei motori a benzina (quindi le basse emissioni, soprattutto di NOx) con l’efficienza dei motori diesel. La difficoltà sta nel fatto che nei motori a benzina la combustione di una miscela omogenea di combustibile ed aria viene comandata da una scintilla prodotta dalle candele. L’omogeneità migliora la combustione riducendo gli inquinanti, mentre la necessità di evitare l’autocombustione incontrollata usando bassi rapporti di compressione limita l’efficienza. Di contro nei motori diesel vi è una combustione di una miscela disomogenea comandata dall’immissione di combustibile liquido dagli iniettori, cosa che aumenta la produzione di inquinanti ma anche il rapporto di compressione e quindi l’efficienza.

In un motore HCCI la combustione avviene in maniera praticamente istantanea (o comunque molto più simile al “processo ideale” che si studia in fisica alle superiori) e contemporaneamente in tutta la camera di combustione. Ad aver frenato questa tecnologia dagli enormi vantaggi c’è il fatto che un tale tipo di combustione richiede un precisissimo controllo contemporaneamente sulla temperatura e sulla pressione nella camera di scoppio. Probabilmente un’occasione per parlarne più approfonditamente ci sarà non appena Mazda rilascerà nuovi dettagli sui suoi nuovi motori Skyactiv-X con tecnologia HCCI.

La “transizione ibrida” va vista anche sotto un’ottica più ampia, perché  problemi come l’utilizzo delle risorse planetarie e il riscaldamento globale vanno affrontate con una visione appunto globale. Ma non nel semplice senso di internazionalmente condivisa, quanto che tenga contemporaneamente in considerazione più aspetti. Se per cominciare si considera la filosofia dell’impatto zero, che molti stati stanno sposando con proclami di abolizione dei motori a scoppio nei prossimi decenni, si può osservare come questa sia estremamente vincolante, costosa e dispendiosa dal punto di vista delle risorse (una interessante analisi in questo articolo di Rebecca Rossi). Questo approccio è, in realtà, fuorviante: non è necessario un impatto nullo sull’ambiente, ma un impatto che l’ambiente sia in grado di assorbire senza danni. Questo cambio di prospettiva ci apre più strade per affrontare il problema, ovvero il poter lavorare sul ridurre il nostro impatto e sull’aumentare la capacità del pianeta di assorbirlo. Da questo punto di vista la crescita della produzione di energia eolica e le campagne internazionali di riforestazione sono azioni diverse per lo stesso risultato. Il fatto è che il problema dell’inquinamento globale è così imponente che non si può rinunciare a nessuno strumento per contrastarlo. Un utilizzo incontrollato della propulsione elettrica potrebbe avere, al momento, effetti devastanti in quanto non ancora integrato nella rete. La transizione è possibile attraverso l’utilizzo dei sempre più diffusi bio-combustibili di seconda generazione, ovvero quelli ricavati dai prodotti organici di scarto e non da campi coltivati apposta. Il vantaggio dei bio-combustibili, oltre al fatto di essere rinnovabili, consiste nell’essere prodotti per la maggior parte da derivati di vegetali che assorbono CO2 dall’atmosfera, quindi con un complessivo equilibrio.

Altri passi intermedi possono essere la combinazione della produzione di energia solare ed eolica, che hanno il difetto di essere altamente variabili, con  la produzione di idrogeno che potrebbe servire da “volano” per livellare i picchi di produzione (invece di fermare turbine eoliche o impianti fotovoltaici). La soluzione sarebbe anche più attuabile con la tecnologia esistente rispetto alla costruzione di mega-batterie.

In più la possibilità di usare come combustibile delle miscele di metano e idrogeno sfruttando l’attuale rete di produzione e distribuzione del gas naturale aprirebbe la via ad un maggiore uso dell’idrogeno stesso.

In sintesi, spesso sui media si tende a banalizzare il discorso dell’eco-sostenibilità come se elettriche e ibride salveranno il mondo per magia. La realtà è ben diversa ma al contempo le sfide che rimangono da superare non ci devono far rinunciare allo scopo: la strada è tracciata e le tecnologie possibili; spetta a tutti (a partire dai legislatori) una maggiore serietà e consapevolezza dei problemi nel loro complesso.

di Enrico Gussoni

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