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Scenari per un sistema dei trasporti 100% a fonti rinnovabili: per le città e le brevi distanze

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$Zucchero bianco, un \'killer\' invisibile$

La conversione dell’attuale sistema di trasporto sembra essere uno degli aspetti più complessi per una transizione verso le fonti rinnovabili.

La buona notizia è che un sistema di trasporto rinnovabile al 100% richiederebbe circa il 18% di energia in meno per fornire le stesse prestazioni del 2014.

La cattiva notizia è che mentre un’importante riduzione di energia è prevista nel trasporto su strada (-69%), per i settori marittimo e aereo si stima un aumento considerevole dei consumi: +163% e +149%, rispettivamente.

Lo spiega lo studio “Transportation in a 100% renewable energy system” a cura di alcuni esperti dell’Istituto di Scienze Marine (ICM) e del Consiglio Spagnolo della ricerca scientifica e pubblicato di recente.

Lo studio riesamina sia dal punto di vista tecnologico che energetico i sistemi e le tecnologie proposte o già sperimentate come alternativa al trasporto basato sui combustibili fossili e le loro prospettive di ingresso nell'era post-carbonio.

L’analisi valuta inoltre il costo energetico della transizione dall'attuale sistema di trasporto ad uno 100% rinnovabile, unitamente all’energia elettrica richiesta per il suo funzionamento.

Per la transizione di ogni settore di trasporto sono mostrati gli ostacoli, i limiti energetici e della disponibilità di materie prime.

Le conclusioni dello studio ci dicono che un trasporto alimentato con fonti rinnovabili al 100% è fattibile, ma non necessariamente compatibile con un aumento indefinito del consumo di risorse.

La transizione verso un’economia rinnovabile

Nel medio periodo la transizione energetica sarà probabilmente supportata da un uso intelligente delle fonti fossili, in particolare gas naturale, al momento la risorsa a minore intensità di carbonio disponibile che può tamponare l’intermittenza delle fonti rinnovabili.

In prospettiva, tuttavia, in 40 o 50 anni la nostra economia sarà totalmente rinnovabile grazie agli adeguamenti infrastrutturali e in virtù di auspicabili politiche energetiche nazionali e internazionale che al momento non sono ancora supportate pienamente dai governi.

Il definitivo avvio della transizione energetica globale coinciderà con il picco della produzione delle fonti fossili stimata da diversi autori tra il 2020 e il 2036 e si completerà nella seconda metà del secolo.

Un periodo di 50 anni che è compatibile con il tempo normalmente impiegato dalle innovazioni tecnologiche a espandersi nel sistema economico.

L’impatto dei trasporti sui consumi energetici

I trasporti, fondamentali nell’attuale economia globalizzata, sono altamente dipendenti dalle fonti fossili: oltre il 94% dell’energia richiesta dal sistema dei trasporti è fornita dal petrolio, il 3% dal gas naturale e altri combustibili, il 2% dai biocarburanti e appena l’1% dall’energia elettrica.

Nel trasporto passeggeri, i veicoli privati consumano circa la metà dell’energia totale richiesta dal sistema, mentre quello delle merci contribuisce per circa 45% dei consumi, con una metà a carico del trasporto pesante.

In un’ottica di utilizzo delle fonti rinnovabili, a parità di organizzazione del trasporto, la fornitura di energia pulita e le biomasse disponibili in maniera sostenibile non sarebbe sufficiente a soddisfare contemporaneamente anche la richiesta di energia nel settore civile, agricolo e industriale.

Il problema delle risorse persiste

Un’economia 100% rinnovabile utilizzerà inoltre un’elevata quantità delle riserve attuali di rame, nickel, litio e platino.

Gli ultimi tre metalli saranno usati nel settore dei trasporti, e in particolare il platino nelle celle a combustibile, che rappresenterebbe l’opzione più idonea per motori che richiedono elevata autonomia e potenza, come ad esempio navi, trattori e parte della flotta di camion.

Il vettore energetico idrogeno potrebbe essere utilizzato per il trasporto di terra e di mare. Tuttavia, la sua produzione comporta un elevato consumo di energia: ad esempio, usare idrogeno prodotto con la fonte eolica è quattro volte più costoso che usare direttamente l’elettricità generata dal vento.

Una nuova organizzazione dei trasporti

In questo scenario in cui i combustibili sarebbero scarsi e costosi, ogni uso diretto della rete elettrica per il trasporto sarebbe l’opzione più economica.

È opportuno pertanto ristrutturare e razionalizzare il sistema dei trasporti attraverso un uso intelligente e diretto delle fonti rinnovabili. Mentre ciò è fattibile per il trasporto terrestre, per quello aereo e marittimo si dovrebbero usare principalmente carburanti prodotti da fonti rinnovabili.

Il futuro sistema di trasporto, generalmente inteso, secondo l’ipotesi presentata nello studio sarà alimentato principalmente da:

energia prodotta da batterie interne
energia prelevata dalla rete
idrogeno o metano per alimentare celle o motori a combustione interna dei veicoli pesanti, navi e aerei per i quali le precedenti modalità (1 e 2) non sono applicabili.

Trasporto urbano e interurbano alimentato dalla rete

L’uso diretto di energia da parte dei motori rappresenta il modo più efficiente per produrre movimento.

I mezzi elettrici di trasporto terrestre più efficienti dal punto di vista energetico sono quelli “a catena”, cioè treni, tram, metro.

Poiché la rete di distribuzione nelle città e nelle aree metropolitane è ad elevata densità, tali mezzi risultano sicuramente più appropriati per questo genere di trazione.

I piccoli veicoli elettrici dovranno essere usati per le brevi distanze e per cittadini che non sono serviti dai servizi pubblici. Entro il 2050 il 66% della popolazione vivrà nelle aree urbane e una simile riorganizzazione del trasporto consentirà di risparmiare energia e risorse. Purtroppo, però, l’incremento della popolazione rischia di essere accompagnato da un ulteriore incremento della flotta di autoveicoli.

Perché dobbiamo ridurre il trasporto privato nelle città

La semplice sostituzione dell’attuale flotta di automobili a combustione interna, con una di pari dimensioni e caratteristiche con motori elettrici, riproporrebbe l’attuale situazione delle nostre città, affollate di automobili e pericolose per i pedoni, senza contare altri effetti, come incidenti, parcheggio selvaggio, congestione del traffico e, non ultimo, uno stile di vita sedentario.

Una riduzione del 50% della flotta di autoveicoli a uso privato renderebbe più vivibili le città, consentirebbe un uso sostenibile dei metalli sopra menzionati, necessari anche per altri scopi industriali, e in generale favorirebbe una maggiore efficienza energetica.

Questo perché per ottenere l’energia equivalente a 50 litri di gasolio servirebbero 141 kWh di elettricità e/o una batteria del peso di 281 kg: anche considerando futuri miglioramenti tecnologici, buona parte dell’energia andrebbe sprecata a causa del peso dei veicolo (1000/2000 kg), magari utilizzato per trasportare solo una o due persone.

Con una strategia simile un veicolo elettrico non darebbe alcun vantaggio rispetto ad uno a gasolio. Inoltre un sistema di trasporto urbano basato su veicoli elettrici privati dovrebbe essere dotato di parcheggi elettrificati per ciascun proprietario di auto per la ricarica notturna. Nelle grandi città questo richiederebbe milioni di parcheggi elettrificati!

Se vogliamo risolvere questi problemi, in futuro i veicoli elettrici privati dovranno avere un ruolo limitato rispetto ad oggi, a vantaggio dei trasporti pubblici connessi alla rete e a sistemi di car-sharing elettrico.

Considerando che un’auto privata è inattiva per il 95% della giornata e che normalmente è occupata da una o due persone, si stima che con il car-sharing si ottimizzerebbe l’uso di ciascun mezzo e che il 69% dei proprietari di un’auto avrebbe significativi benefici economici rinunciandovi.

Veicoli elettrici leggeri e trasporto pubblico: una nuova era per le città

Contrariamente a quella delle auto, si spiega nello studio, l’attuale flotta di scooter, motoveicoli e risciò potrebbe essere sostituita da una flotta equivalente di mezzi elettrici (anche quadricicli) alimentati da batterie.

Questi veicoli leggeri sono energeticamente molto più efficienti delle piccole auto (kWh per passeggero-km) e richiedono anche una minor quantità di litio e nickel per le loro piccole batterie.

Skate elettrici, monocicli e hoverboard (tavola biciclica autobilanciata) sarebbero tecnologie utili per il trasporto urbano. In confronto con le automobili convenzionali, questi mezzi di trasporto - così come le biciclette elettriche, mini-car e quad - condividono caratteristiche quali peso e potenza limitati, piccola taglia e velocità ridotta.

Questo le rende ideali alternative all’auto elettrica oggi pensato in sostituzione dell’auto tradizionale. Anche il sistema di bike-sharing deve essere accompagnato da decise politiche locali per conseguire un maggiore impatto nelle abitudini dei residenti.

Nelle grandi città e nelle aree metropolitane il passaggio a un sistema di trasporto elettrico è possibile con le attuali tecnologie, ma servirà investire molto di più nell’uso di treni, metro e filovie.

I mezzi connessi alla rete sono più efficienti di quelli alimentati da batterie (95% vs 80%) e potrebbero essere la prima opzione in futuro. Metro, treni, filovie, sono i mezzi di trasporto più efficienti: da 3 a 4,8 kWh per 100 km-passeggero.

Allo stesso modo, e-bike, e-scooter, e-risciò e motocicli hanno consumi da 1 a 4.8 kWh (per 100 km-passeggero), ma richiedono, come detto, metalli rari per le loro batterie, ancorché piccole.

Le auto elettriche hanno a loro volta un’efficienza accettabile a pieno carico (4-6,5 kWh per 100 km-passeggero) che diventa scarsa in caso di bassa occupazione (8,4-11 kWh per 100 km-passeggero).