Auto elettriche e autonome, l'Italia si muove: ecco le sfide per la transizione - Agenda Digitale

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Auto elettriche e autonome, l’Italia si muove: ecco le sfide per la transizione

L’industria automotive sta facendo i conti con la complessità della guida autonoma e gli impatti dell’elettrificazione. C’è ancora molto da fare, anche se molte aziende stanno lavorando per trovare soluzioni innovative. La transizione è però imprescindibile. Facciamo il punto

15 Mar 2021
Marco Baudino

Ingegnere Meccanico e Progettista sistemi circolari

Gianpiero Ruggiero

Esperto in valutazione e processi di innovazione del CNR

Il settore delle auto elettriche, il relativo mercato della guida autonoma e il settore della mobilità “alternativa” non possono non rientrare negli obiettivi strategici sui quali il Governo intende puntare per migliorare il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza.

D’altronde, per assecondare una transizione ecologica, diventa cruciale lavorare per un futuro di trasporti efficienti e piacevoli che provochino meno danni possibili al pianeta. Bisogna però essere realisti: una rivoluzione di questa portata non è facile. Sebbene debba essere affrontata e rapidamente.

Qualche domanda allora sorge spontanea: qual è il quadro del mercato delle auto elettriche e di quelle autonome? Quando sarà possibile avere una maggiore durata della batteria e più opzioni di ricarica? E le vecchie batterie delle auto elettriche rappresentano un pericolo?

Lo scenario prospettato dal premier Draghi

“Nelle prossime settimane rafforzeremo la dimensione strategica del programma, in particolare con riguardo agli obiettivi riguardanti la produzione di energia da fonti rinnovabili, l’inquinamento dell’aria e delle acque, la rete ferroviaria veloce, le reti di distribuzione dell’energia per i veicoli a propulsione elettrica, la produzione e distribuzione di idrogeno, la digitalizzazione, la banda larga e le reti di comunicazione 5G”.

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Il tema non può che interessare anche il settore delle auto elettriche. Che poi tanto alternativa non è, anzi si potrebbe dire addirittura principale, soprattutto per quei centri ad alta densità abitativa. Insomma quella mobilità dolce, fatta di spostamenti brevi e ricollocabili su mezzi innovativi, magari intermodali e integrabili, pubblici, privati, in sharing, sulla falsa riga del modello in forte sperimentazione in tante città italiane, caratterizzato ancora da un “certo” caos, che rappresenta per forza di cose la nuova frontiera della mobilità di prossimità.

Guida autonoma e auto elettriche, il futuro che ci attende: benefici e sfide sociali

Automotive, in arrivo cambiamenti radicali

IBM ha messo in evidenza i trend che più di altri domineranno il mercato dell’automotive nell’anno da poco iniziato. Tra i principali, quelli dei servizi di share mobility (noleggio, car sharing e servizi di abbonamento, come i servizi Pay per Use o di sottoscrizione), la green mobility e l’auto elettrica, che resta la strada battuta da tutti i costruttori di automobili, la guida autonoma e le auto connesse, che sono le sfide più pressanti che il mercato automotive sta affrontando in questi anni.

Molte aziende stanno investendo ingenti risorse per consegnare nuovi modelli elettrificati nei prossimi anni, in piena, pare ormai evidente, transizione dai combustibili fossili. L’urgenza è sottolineata dal cambiamento climatico e dal cambiamento nei regimi di tassazione. Il coronavirus minaccia ora di smorzare quell’enorme ondata di veicoli elettrici, respingendone l’arrivo e prosciugando denaro e slancio alle start-up di servizio e di contesto a questo fenomeno.

Le vendite di veicoli in generale ed elettrici, anche se molto meno (in Italia abbiamo una crescita sostanziale nel 2020, come si evince dall’autorevole report di Motus-E, con flash su gennaio 2021), sono effettivamente diminuite negli Stati Uniti e in Cina, nonostante il grande anno di Tesla. La morsa delle forniture di chip che si sta abbattendo sull’industria elettronica e delle auto, dove parte significativa della competizione passa per i microchip, starebbe mettendo in serio pericolo le previsioni di vendita per il 2021.

È certo che i veicoli autonomi faranno parte del futuro mix dei trasporti, ma permangono dei dubbi da sciogliere relativi alla responsabilità legale, va creata una regolamentazione sulla tassazione, sull’inquinamento e sulla congestione. Con ogni probabilità, fino a quel momento la maggior parte dei governi europei rimarrà cauta all’idea di consentire a migliaia di veicoli autonomi privati ​​di accedere alle strade dell’Unione prima del 2025.

Si apprestano invece a diventare di serie, sulle auto aziendali e sui furgoni, i sistemi parzialmente autonomi relativi alla sicurezza, come l’assistenza alla velocità intelligente e la frenata di emergenza autonoma, prima ancora dell’obbligatorietà di adeguamento entro il 2022 segnalata dall’Unione Europea.

Automotive, la sfida della ricarica della batteria

Tanti vorrebbero contribuire a migliorare il proprio impatto sull’ambiente e migliorare la qualità dell’aria della propria Regione, essendo disposti magari a comprare un’auto elettrica. Ma ciò comporta che devono confrontarsi con il posto dove collegarla e con l’autonomia delle batterie.

Recenti studi prevedono fino a 21 milioni di vendite annuali di veicoli elettrici e ibridi plug-in entro il 2030, un aumento di dieci volte rispetto a oggi. Alcuni esperti del settore sostengono che, a meno di un investimento di tipo “Piano Marshall” in infrastrutture, i propositi di molti governi di avviare decine di milioni di conducenti a familiarizzare con prese elettriche non saranno facilmente raggiungibili. Ma è in quella direzione che dobbiamo guardare se vogliamo tenere insieme sviluppo e sostenibilità ambientale. La maggior parte degli esperti ambientali, più correttamente, afferma che il passaggio ai veicoli elettrici, in particolare combinato con la generazione di energia da fonti rinnovabili meglio localizzabili e vicine alle utenze, può fare una grande differenza nel rallentare gli effetti del riscaldamento globale e che una maggiore efficienza del sistema elettrico complessivo, anche con le integrazioni di V2G e V2H, permetterà una transizione molto più graduale e sostenibile, senza necessità di azioni d’urto “catastrofiche”.

Ci sono tante grandi città, come Londra, che stanno già, e giustamente, pianificando di escludere dai centri urbani le auto a combustione interna. La Gran Bretagna è tra i governi che chiedono di vietare la vendita di auto a combustibili fossili, comprese le ibride gas-elettriche, già nel 2035, addirittura con fonti che anticiperebbero all’inizio di quel decennio.

Sono buone intenzioni che si scontrano con una realtà che va ben valutata. Le auto puramente elettriche a sola batteria hanno trovato circa 1,6 milioni di acquirenti l’anno scorso, una significativa piccola goccia in un secchio di vendite globali di 90,3 milioni di auto, in un mercato in depressione che vede comunque nell’elettrico una opportunità, viste le crescite di vendita esponenziali che si registrano. Gli sforzi dei governi un po’ di tutto il mondo e le aziende elettriche (Enel-X in Italia e in alcune zone d’Europa) stanno chiaramente affrontando la costruzione di punti di ricarica privati e pubblici[1]. In Italia finalmente anche presso i distributori di combustibili tradizionali; un passaggio importante soprattutto per molte città che sono ancora indietro, soprattutto nel sud Italia.

Per affrontare la sfida della ricarica e della durata della batteria, negli Stati Uniti molti modelli elettrici più recenti, come la Chevrolet Bolt e la Tesla Model 3, riescono a percorrere oltre 200 miglia prima di aver bisogno di una ricarica. Alcune aziende, come EVGo, stanno costruendo centinaia di caricabatterie veloci, che in genere possono aggiungere circa 100 miglia di autonomia in 20-30 minuti. È più lento del rifornimento in una stazione di servizio, ma può rendere più fattibile un viaggio su strada.

A breve termine, queste sfide probabilmente non impediranno alle auto elettriche di diventare più popolari man mano che i vantaggi dell’elettrico saranno più evidenti e più governi si allontaneranno dai veicoli convenzionali[2]. Oggi si possono percorrere 1.500 km in elettrico spendendo 30 euro con abbonamento flat ogni 300 kWh di elettricità (per farne 1.500 km se ne consumano 255 effettivi di kWh), mentre a benzina si arriva a spendere 184 di euro e con il diesel 112. Il gap di prezzo di un auto elettrica, anche senza incentivi, per una media di 45.000 km/anno, si può perciò recuperare in un anno. Senza contare i vantaggi della mancata manutenzione di olio motore, candele, usura dei componenti meccanici e pastiglie freni.

Ma, avvertono gli analisti, alla fine le vendite potrebbero incontrare un collo di bottiglia senza una grande costruzione di infrastrutture di ricarica. Dobbiamo aspettarci che il nodo della ricarica riceva molta più attenzione negli anni a venire. Con le case automobilistiche che sono già sul pezzo, come ben sanno Enel, Ionity, Duferco, e tanti altri player con potere contrattuale forte in base ai programmi definiti sull’elettrico, Volkswagen compresa.

Automotive, la sfida del riciclo della batteria

Cosa succede quando le batterie delle auto elettriche sono esaurite?

Le auto elettriche hanno batterie agli ioni di litio davvero grandi. Sembrerebbe un potenziale disastro ambientale, se e quando un gran numero di veicoli elettrici finirà per circolare per le strade. Ma le batterie dei veicoli elettrici hanno una seconda vita utile. E su questo che bisognerebbe puntare in termini di innovazione.

Ci sono esempi promettenti negli USA. Lucid è un’azienda che pensa di aver trovato un modo per spremere fino all’ultimo bit di energia dalle batterie e ha in programma di rilasciare auto – per la verità molto costose – che si dice viaggeranno fino a 500 miglia con una singola carica. C’è un’altra società chiamata Arrival che sta lavorando su furgoni e autobus elettrici con un approccio unico: i suoi veicoli useranno pannelli di plastica giganti invece di lamiere. Arrival parla anche della produzione di veicoli in “micro fabbriche” vicine agli eventuali acquirenti di veicoli. Non so se funzionerà, ma è un modo totalmente radicale di vedere le cose. Non si tratta solo di realizzare un altro veicolo che non utilizza benzina.

Auto elettriche e reti di ricarica, com’è la situazione in Italia

Come riportato dalle ultime elaborazioni e dallo studio realizzato da Motus-E, relative a febbraio 2020, sul suolo nazionale sono presenti 13.721 punti di ricarica in 7.203 stazioni accessibili al pubblico (dato che si riferisce al numero di infrastrutture installate). La ripartizione media è del 73% per le infrastrutture pubbliche ad accesso pubblico (su strada) e del 27% su suolo privato a uso pubblico (supermercati o centri commerciali). Rispetto all’anno precedente, la crescita media è del 33% (+1.957 infrastrutture e +3.074 punti di ricarica).

Si conferma una crescita mediamente molto superiore dell’infrastrutturazione in cinque regioni del centro-nord (Emilia-Romagna, Lombardia, Piemonte, Trentino-Alto Adige e Veneto), che complessivamente coprono il 50% del numero totale di infrastrutture in Italia. In testa la Lombardia, che da sola ha il 18% delle stazioni di ricarica. Rimane moderata o stabile la crescita delle altre Regioni.

Sostanzialmente invariata la potenza erogata dai punti di ricarica, che vedono ancora una debole crescita delle ricariche ad alta potenza in corrente continua: stabile al 3% la percentuale delle ricariche fast (tra 44 e 100 kW), le più utili; mentre rimane trascurabile l’apporto delle ultra-fast, oltre i 100kW. Nello specifico Enel-X ha superato la soglia di 10 mila punti di ricarica installati e gestiti.

Con una rete autostradale complessiva di 6.943 km, i punti di ricarica fast presenti risulterebbero 13 ogni 100 km. Una situazione che viene percepita come un disagio dagli utenti, che invece avrebbero bisogno di una più̀ capillare diffusione di punti di ricarica ad alta potenza (almeno 100 kW) proprio per facilitare spostamenti su tratti extraurbani. Ad oggi, Ionity sta installando infrastrutture ad alta potenza (HPC, High Power Chargers, a 350kW) lungo le autostrade. Il progetto prevede una stazione con sei punti di ricarica disponibili ogni 120 km, lungo i corridoi di attraversamento identificati, e cofinanziati, dal programma Europ-e, che riserva all’Italia 50-60 stazioni di ricarica. All’Italia, inoltre, andranno circa 5,7 milioni di euro in finanziamenti europei. L’UE ha deciso di finanziare due progetti italiani. La fetta più grande (3,6 milioni) è destinata a Italiana Petroli Spa, risultata vincitrice con un progetto finalizzato alla realizzazione di infrastrutture di prossima generazione per i veicoli elettrici. Le restanti risorse serviranno per lo sviluppo di servizi di ricarica elettronica intelligente, con Duferco Energia spa responsabile progettuale.

La svolta per l’auto elettrica nel nostro paese potrebbe arrivare dal nuovo piano industriale di Autostrade per l’Italia che prevede l’installazione di 4-6 punti di ricarica ultra-veloci “Fast” fino a 350 kW presso 67 aree di servizio della rete autostradale italiana. Le prime due aree interessate, con stazioni di ricarica ad alta potenza fino a 300-350 kW, sono quelle di Secchia Ovest (A1, direzione Sud) e Flaminia Est (A1, direzione Nord). Questo significa che sarà possibile spostarsi in autostrada anche con vetture elettriche dotate di batteria con capacità inferiore da 20/30 kWh e più rapidamente se dotate di ricarica in corrente continua DC come ad esempio Peugeot e208, Mazda MX-30, nuova Zoe o vecchia ZOE come la Q210 che in corrente alternata si ricarica a 43 kW.

Il progetto green di Autostrade per l’Italia prevede anche che, entro il 2022, ci sia uno stanziamento di 25 milioni di euro per installare 144 impianti fotovoltaici. In questo modo Autostrade punta ad una produzione di energia totalmente green e sostenibile di oltre 45 GWh, in grado di fornire energia elettrica pulita alle colonnine di ricarica rapida.

Autostrade italiane, così cambieranno: sicure, green, digitali

La prima Formula 1 a guida autonoma

«Il vero big bang del settore automobilistico non è certo la motorizzazione elettrica. La guida autonoma, invece, cambierà il mondo come oggi lo conosciamo tra circa un decennio», ci dice il Professor Sergio Savaresi del Politecnico di Milano che è alla guida del progetto “PoliMove Racing Team”, la squadra che parteciperà alla Indy Autonomous Challenge in rappresentanza del Politecnico di Milano. L’evento, in programma il prossimo 23 ottobre all’Indianapolis Motor Speedway e fortemente supportato da Dallara, incarna il progetto ambizioso di realizzare una competizione diretta tra vetture a guida autonoma.

Il cuore della competizione risiede nella realizzazione dei software di controllo e dell’intelligenza artificiale, che andranno poi implementati su una piattaforma comune per tutte le squadre. “Il concetto fondamentale della gara è che tutte le auto sono perfettamente identiche tra di loro, con la parte di motore, telaio, ma anche sensori ed elettronica che è completamente gestita dagli organizzatori”, spiega Savaresi. “La competizione quindi è al 100% sul software di controllo e sull’algoritmo. È come se fosse una monomarca, con la differenza che, anziché avere piloti umani, alla guida c’è un’intelligenza artificiale di controllo. Le squadre non hanno neanche la possibilità di regolare l’aerodinamica, il motore o le sospensioni. Tutta la parte classica di meccanica, motoristica e aerodinamica quindi è stata interamente congelata”.

Tutto il lavoro sta a monte nella programmazione dell’algoritmo che deve essere raffinatissimo: deve poter dire alla macchina che il suo obiettivo è quello di sorpassare tutti e deve insegnare alla stessa come farlo, deve sapere come prendere e tagliare le curve, come evitare le collisioni, come mettersi in scia, come attivare tecniche di difesa: in fin dei conti deve sapere fare da sola tutto quello che fa un pilota di Formula 1

I prossimi appuntamenti per il poliMove Racing Team comprendono il quarto hackathon in programma il 27 febbraio, la Simulation Race a Indianapolis in occasione della 500 Miglia, fino ad arrivare alla tanto attesa Final Race il prossimo 23 ottobre, dove insieme agli atenei di Pisa e Modena rappresenterà i colori italiani in quella che costituisce un’inedita e ardita sfida tecnologica.

Esperienze come questa sono importanti per tracciare le traiettorie future. Sviluppare una nuova generazione di software in grado di garantire il controllo di precisione dei veicoli – anche ad alta velocità – permetterà di anticipare i tempi di commercializzazione delle vetture di serie a guida autonoma[3]. Lo sviluppo di algoritmi sarebbe funzionale anche alla riduzione delle vittime della strada (in Usa il 94% dei morti in caso di incidente sono causati da fattori umani) e perfino nella lotta all’inquinamento: una maggiore efficienza dell’automazione porterebbe alla riduzione del 60% del consumo energetico dei veicoli.

Conclusioni

L’industria automotive sta facendo i conti con la complessità della guida autonoma e gli impatti dell’elettrificazione. C’è ancora molto da fare, anche se molte aziende stanno lavorando per trovare soluzioni innovative. La tecnologia self driving, che sembrava imminente, necessita di lavoro e di sperimentazione. “Non vedremo auto a guida completamente autonoma in questa metà del secolo, e forse le vedremo in quella successiva” ha sostenuto Danny Shapiro, manager di Nvidia.

Da questo quadro emerge che lo scenario che muterà maggiormente nei prossimi anni è quello che riguarda la ricerca e l’innovazione, che chiama in causa governi, ma anche ingegneri e informatici che dovranno affrontare le prossime sfide: aspetti regolatori e normativi per l’utilizzo di fonti energetiche con una struttura di premi/sanzioni; lo sviluppo di software e algoritmi che garantiscano livelli di guida autonoma 4 e 5; una maggiore disponibilità di chip ad alto valore aggiunto per auto; una rete impiantistica ancora insufficiente, con un numero di punti di ricarica da aumentare; batterie da rendere meno costose ma più rapide nella ricarica, più leggere e più durevoli delle attuali.

Vere e proprie sfide, in chiave green, che molte aziende stanno già affrontando. La ricerca prosegue a ritmo incessante e le novità, perciò, non tarderanno ad arrivare e si susseguiranno a ritmo elevato.

  1. Enel-X è fortemente motivata e impegnata a procedere con un massiccio programma di installazione. Tesla procede con i SuperChargers e i Destinations. Ionity ha un programma serrato spinta da Jaguar, Porsche, Audi in modo ufficiale e PSA si esprimerà a breve con una rete personalizzata.
  2. Secondo gli analisti di BloombergNEF, entro il 2030, i veicoli elettrici rappresenteranno il 20% delle nuove vendite negli Stati Uniti.
  3. Una società americana di consulenza prevede che questo settore varrà 800 miliardi di dollari entro il 2035 e 7 trilioni di dollari entro il 2050.

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